

Ningbo Paint and Coating Industry Association
乳胶漆在储存过程中常出现絮凝分水和浮色发花现象,影响涂料的开罐效果、流平性、遮盖率、色泽、涂层光泽、附着力和耐水耐碱性,造成该现象的因素很多,涂料原材料如乳液、颜填料、润湿分散剂、增稠剂等以及配方和生产工艺都会对其产生影响,本文就该现象的产生和控制作一初步探讨,以便抛砖引玉。
造成乳胶漆分水现象的影响因素
从以上理论分析可以看出,影响分水现象的关键是在增稠剂作用下粒子间相互作用的能井深度和位置。而影响能井深度和位置的因素有很多,如增 稠剂的分子结构、乳胶的性质及影响增稠剂分子间或增稠剂与粒子间缔合的助剂、表面活性剂等。造成乳胶漆分水现象的影响因素1、增稠剂相对分子质量的影响
聚缔合型增稠剂基本为线型结构,相对分子质量的大小决定增稠剂分子的均方末端距,同时也决定亲油端基的含量。此两因素对能井的深度和位置都有影响。相对分子质量越小,能井的位置越靠前,能井深度越深。表现出的结果是聚氨酯缔合型增稠剂相对分子质量越小使乳胶稳定的最低固含量越高。乳胶的固含量在此最低固含量以下时都会产生分水现象,也就是说增稠剂相对分子质量越小,产生分水的可能性越大。理论的模拟计算可以获得此结论,也可以直观理解这个结论。首先,常用商品聚氨酯缔合型增稠剂为线型含有两个亲油端基,相对分子质量越小亲油端基含量也就越高,形成的表面能井越深;其次,假如将增稠剂亲水链段看成弹簧,亲油端基结合在乳胶粒子上 亲水链段越短 ,将粒子诵过桥联拉得越近。实验也证实此结论。当乳胶粒径为45nm,增稠剂用量11.3 mg/ cm3增稠剂相对分子质量为8000时,乳胶固含量 低于54%时出现分水。而增稠剂相对分子质量为12 000时,乳胶固含量低于29%出现分水[9]。2、亲油端基的影响
亲油端基的大小决定增稠剂与乳胶粒子作用强弱,亲油端 基越大,增稠剂与粒子的缔合越强。形成单位表面能井越深,端基的大小决定表面能井的深度。端基越大造成分水的可能性越大。3、乳胶固含量的影响
在乳胶粒径不变的前提下,乳胶固含 量越高,首先 是粒子总表面积越大。单 位粒子表面吸附的增稠剂的亲油端基越少。单位 表面能井越浅:其次固含量增加,在乳胶粒径相同时粒子本身间距也变小。粒子间距处于能井位置时。即使增稠剂在粒子间形成桥联也不可能将粒子拉得更近。当粒子原有间距小于能井位置时, 粒子间还会产生排斥作用。因此高固含量乳胶体系-般难以产生分水现象。低固含量乳胶体系易产生分水。采用乳胶体系稳定的最低固含量作为体系分水点指标。4、增稠剂用暈的影响
是理论模拟计算增稠剂用量与表面能曲线。随着增稠剂用量增加,表面能井的位置向大的间距移动,同时表面能井的深度随着增稠剂用量的增加而变化。在增稠剂用量低时,表面能井深度随增稠剂用量增加而逐步增加。到一定浓度后,增稠剂用量增加,表面能井深度又逐步变浅。由干分水现象与表面能井的位置和深度有关。当增稠剂用量少时,表面能井深度浅。能井不足限制粒子的布朗运动能。乳胶不出现分水:当增稠剂用量大时,能井位置向长间距移动,同时能井深度也降低,乳胶也不出现分水。两条曲线与x轴分别围成的区域为其分水区域。分水区域出现在一一定的增稠剂用量范围,增稠剂用量低或高时体系都不出现分水。
5、乳胶粒径的影响
乳胶粒径对分水现象的影响机理和乳胶固含量的影响机理本质是相同的。对于固含量相同的乳胶,其粒径越小,首先粒子总表面积会增加,单位粒子表面的增稠剂吸附量就降低,表面能井深度下降:同时粒径越小。在相同的固含量时。乳胶 中粒子间距也会降低。因此乳胶粒径越小。越不易形成分水。粒径为84nm的乳胶的分水区域比粒径为45nm的乳胶范围大。6、乳胶特性的影响
在乳胶合成时表面活性剂或保护胶使用较多, 粒子表面被表面活性剂或保护胶占满,没有空余的点与:增稠剂亲油端基缔合。乳胶粒子与增稠剂缔合减弱,乳胶不易产生分水。相反乳胶合成时表面活性剂或保护胶使用较少时,乳胶粒子表面空余大量能与增稠剂亲油端基的缔合点,乳胶粒子与 增稠剂的缔合加强。乳胶易产生分水现象。7、其他因素的影响
乳胶体系配方中,添加解缔合物质 。如有机溶剂、表面活性剂、润湿剂等,这 些物质可以破坏增稠剂亲油端基的缔合。这些物质的加入可以改善乳胶体系的抗分水性能,但这些物质的加入也会改变涂料的流变学性能。乳胶漆絮凝分水成因与控制
颜填料的沉降速度与研磨细度成倍数关系,与颜料密度成正比,随体系粘度增加而下降。实际沉淀体系更为复杂,颜填料不一定是球型的,颜料与颜料、乳液、润湿分散剂、增稠剂等相互影响,尤其是体系絮凝使沉降速度大幅度增加。造成体系絮凝的常见因素有,原材料的不相容性,如分散剂与乳液、增稠剂的不匹配,羟乙基纤维素与缔合型增稠剂的不匹配,缔合增稠剂的添加量过多或过少,尤其是乳胶漆中的乳液是热力学不稳定体系,易受到多种外界因素的影响而絮凝和聚结。
造成乳胶漆浮色发花的主要因素涂料的涂膜发花、色不均匀是什么原因造成的?
造成乳胶涂料涂膜发花、色不均匀的原因很多,既有涂料本身的原因,也有施工及基材表面等因素的影响。涂膜发花、顔色不均匀是建筑涂料施工中最常出现也最令人头疼的问题,只有了解并找到产生问题的原因才能对症下药,有针对性地采取措施。(1)涂料本身有浮色。涂料最终显现的顔色是由多种顔料调合出来的。每种顔料的密度不同,有时差异较大,造成密度小的顔料颗粒飘浮于上面,密度大的顔料颗粒在下部发生聚集,致使顔色分离。经过充分搅拌,涂刷干燥后,涂层仍易产生色泽上的差异。(2)涂料中顔料分散不好,或两种以上的顔料相互混合不均匀,也是造成顔色发花的重要原因之一。顔料分散不好或密度相差过大,在刷涂或辊涂施工时,在刷、辊方向上产生条纹状色差,即有浮色产生。另外在涂膜干燥后,由于顔料颗粒飘浮而使其分布不均匀产生浮斑。(3)在施工中,由于涂刷不均匀,厚薄不均匀,施工技术不熟练等都会造成顔色深浅不一。(4)基层表面粗糙度不同,对所施涂料吸收不均匀,基层碱性过大,也易造成色泽不均匀。脚手架遮挡部位在重新喷或刷涂涂料时,涂布量及涂料色调可能与大面积的不同,也会造成色泽不均。如何克服涂膜发花和色调不均匀现象?为了克服涂膜发花、色调不均匀现象可采取如下预防措施。(1)选用适宜的顔料分散剂,最好将有机、无机分散剂匹配使用,使顔料处于良好的稳定分散状态。(2)适当提高乳胶涂料的粘度。如果粘度过低,浮色现象严重;粘度偏高时,即使密度相差较大的顔料也会减少分层的倾向。(3)施工前应充分搅拌涂料,使之均匀,没有浮色或沉淀。施工时,不要任意兑水稀释。(4)施工时应力求均匀,严格按照操作规程时行。涂膜不宜过厚,涂膜越厚,越易出现浮色发花现象。(5)基层含水率﹤10%,PH值﹤10。为使基层吸收涂料均匀,最好施涂封闭底漆。对于外墙乳胶涂料的施工,这点很重要。(6)被脚手架遮挡的部位在重新喷涂或刷涂时,要认真操作,涂布量不要少于规定的数量且尽量且尽量使用同一批涂料,以确保整体饰面顔色的一致。为了克服涂膜发花、色调不均匀现象可采取如下预防措施。在生产彩色乳胶漆过程中常常碰见浮色发花问题,乳胶漆出现浮色发花时,调色变得很困难,即浪费颜料又调色不准,涂料的开罐效果很差,且涂膜颜色产生偏离并难以涂成均匀一致。涂料的浮色发花因素很多,颜填料粒径差、体系中各物质的表面张力差、以及各物质的亲水亲油平衡值(HLB)、乳液与色浆的相容性等对乳胶漆的浮色发花产生较大影响。造成乳胶漆浮色发花的主要因素颜填料粒子的粒径对涂料浮色发花的影响
涂料在干燥过程中,随着涂料中挥发份的挥发,这些挥发份还会夹带一部分颜、填料把它们带到涂膜上来,而这些颜、填料粒子在被输送到表面时,有较高表面积的较细粒子易于输送,而比表面积相对低的粗粒子则有碍于运动,另外,在干燥过程中乙二醇提供了一个膨胀的连续的亲水网状组织,蒸发的物质通过此网状组织扩散到漆膜表面,在涂膜干燥时,更为亲水的物质趋向于快蒸发,因为它们优先进入亲水网状组织,从那里它们易于扩散和逃逸。而在生产乳胶漆的过程中,如果白浆相对色浆来说亲水性强一些,即白色的颜填料粒子的亲水性比色浆中颜料粒子更亲水一些,它们就更易被强极性的挥发物质带到表面上来。加上颜填料粒子粒径差太大,使得颜、填料之间的混容性变得很差,尤其是涂料中超细粒子过多,假如某一品牌的立德粉或钛白粉的粒径分布很广,超细粒子过多,由于以上原因,用这种颜料制得的色漆不好施工,施工过程中涂料浮白现象严重,而涂膜则发生浮色。浮白色很难调深色漆,且会造成颜料的浪费。解决方案是仔细选择颜、填料,使所选用的颜填料的粒径要匹配;从而避免浮色发花现象。
表面张力差对涂料浮色发花的影响
在平常调色漆时,时常发现有些色浆在白色基础漆中很难分散均匀,分散好的色漆在静止一短段时间后,很快就有分色或浮色现象发生,尽管涂料在此种情况下的浮色、或者分色并不一定会引起涂膜的浮色、发花,但涂料的开罐效果不好。发生这种情况时可以使用润湿分散剂来调整白浆或者色浆的表面张力,缩小它们与涂料体系之间的表面张力差来消除涂料的浮色、发花。
在制漆过程中,白浆的制作与色浆的制作工艺配方不同,制作白浆常采用阴离子型分散剂或离子型聚电解质分散剂,而色浆则多采用非离子分散剂,或与部分阴离子分散剂并用,因而白色颜料与彩色颜料粒子因吸附了一层不同的润湿分散剂而具有不同的表面性质,其亲水亲油值不一样,其表面张力也不一样。一般离子型表面活性剂比非离子型表面活性剂的表面张力大。都是非离子类表面活性剂,因其疏水端分子结构不一样,其表面张力也不一样,而且分子疏水端结构中最外面的链节对表面张力贡献最大。
表面能低的分子意味着分子之间的力小,表面张力也较低。从热力学方面来考虑,表面张力低的物质容易吸附转移到面,而使体系稳定,因表面张力降低削弱了液体收缩表面和液滴聚并的趋势、降低弯曲液面的附加压力差,因而有利于液面及分散体系稳定。所以,如果白浆或色浆之间的表面张力与体系的表面张力差,相差大时,用这种浆配置的涂料比较容易出现浮色。
乳液与色浆的相容性对涂料浮色发花的影响
乳液与色浆相容性好则涂料和涂膜的浮色发花情况会好很多,乳液对色浆润湿好则色漆展色性也很好。在水系涂料中经常使用阴离子和非离子型表面活性剂作润湿分散剂,在水系中具有极性和离子型表面的无机颜料,能够与添加的离子型表面活性剂的极性基或离子发生作用,形成二层吸附层。
在水系颜料浆中颜料粒子表面吸附了表面活性剂,形成一保护层,但保护层之间的作用力有分子间力、静电力之分,所以其间的作用力强弱不一样,当以上色浆与各类乳液或乳胶漆混合时,色浆的分散稳定性表现就不一样,当颜料粒子表面的表面活性剂与乳液粒子表面吸附的表面活性剂即乳化剂或者水之间的亲和力大时,颜料粒子所吸附的表面活性剂被剥离,使得颜料粒子表面的保护层变薄,造成颜料的絮凝,从而引起涂料涂膜的浮色发花。当然当乳液颗粒外的乳化剂与色浆中颜、填料粒子外的表面活性剂相容性好时,则乳液对这些颜、填粒子的润湿就好,整个色漆的展色性就好,色彩鲜艳,且不浮色。
这种由絮凝引起的浮色、发花可以通过改变或添加一种合适的润湿分散剂,表面张力很低的表面活性剂,使其解絮凝,则可缓解发花或浮色;还可以添加一些可产生触变结构的添加剂,如高岭土、或二氧化硅,在漆膜中形成一种网络的结构,阻止颜料分离,从而阻止浮色或发花;或者提高色浆中颜料粒子表面吸附的高分子化合物吸附层厚度,也是提高涂料产品质量,提高涂料抗絮凝、防浮色的重要因素。
亲水亲油平衡值对浮色发花的影响
亲水亲油平衡值(HLB)是个很敏感的问题,在生产乳胶漆时常使用多种材料:乳液、颜、填料、溶剂、助溶剂及各类助剂。这些材料它们都有自己的亲水亲油平衡值(HLB值),各材料的亲水亲油平衡值匹配则涂料整个体系的性能就很优,浮色、发花、分水等现象就会克服。当然我们使用的乳液、颜填料选定以后,亲水亲油平衡值即HLB 值就没法改变,但可以通过仔细选择助剂,即润湿分散剂、增稠剂等来调整整个体系的HLB值,使整个体系的HLB值平衡。我们知道,亲油的物质其亲油端的表面张力小,涂料贮存在容器贮罐中,这些亲油的物质容易浮到表面上来,从热力学角度来讲,整个体系能量降低,体系稳定。当生产的乳胶漆在静态即在容器中就浮色,不仅开罐效果不好,施工性能也不好,涂膜状态也不好。如果涂料浮白色,说明白浆HLB值比较小,白浆比较亲油,所以,生产白浆时就要把白浆作得亲水一点;如果涂料浮的是色浆的颜色,说明白浆HLB值比较大,比较亲水,则在生产白浆时就要把白浆作得亲油一些,来阻止涂料浮色。
亲水亲油平衡值(HLB值)的匹配,可以通过仔细选择润湿、分散剂来完成。阴离子分散剂中带疏水基团的铵盐分散剂比羧酸钠盐类分散剂要亲油,HLB值小,且带疏水基团的铵盐分散剂(如科达PE40A和汉高SN-Dispersant5027)对乳胶漆涂膜的浮色也有很大改善。因为当颜填料粒子包裹了这种类型的分散剂时,颜填料粒子周围不仅有静电阻力,还存在空间位阻,而且涂膜在干燥过程中,随着水份的蒸发,铵盐中氨也挥发,使得此类分散剂更疏水一些,从而包裹了此类分散剂的颜填料粒子与成膜物相容性更好,加上空间位阻使得结构变得很膨松,从而使涂膜在干燥过程中涂膜浮色,即动态过程中浮色也得到抑制。
增稠剂对乳胶漆浮色发花的影响
通过增稠剂提高体系粘度一方面可控制颜料絮凝、沉降和贝纳德旋窝流动,减轻浮色发花现象,但在某些条件下会加剧乳胶漆的浮色发花。一些假塑性强的缔合增稠剂与HLB值较大的表面活性剂有很大的亲和性,使其在颜料表面上脱附,造成颜料的聚集和絮凝,进而使体系着色力下降并产生浮色发花。在有机和无机颜料混用的体系中,尤其是钛白与酞青蓝、酞青绿和碳黑色浆共用时,采用假塑性弱的缔合增稠剂(如汉高2000、罗蒙哈斯2020、科达PU40A和科达AB708等)可获得色泽较为满意的乳胶漆并有良好的流平性。
通过上述分析, 避免乳胶漆絮凝分水和浮色发花应注意以下问题:
1) 在乳胶漆生产过程中,应充分考虑乳液的钙离子稳定性、机械稳定性以及与增稠剂、色浆和颜填料的匹配性;
2) 颜料的密度、粒径差太大会造成涂料及涂膜浮色和发花,在涂料生产中尽量不选用含过多超细粉的颜料、及密度差过大的颜料;
3) 亲水亲油平衡在涂料的浮色发花中也是很敏感的因素,可以通过选用润湿剂、分散剂调整体系的HLB值,使整个体系的亲水亲油平衡值匹配;
4) 由于表面张力差是促进贝纳尔德旋涡、造成发花的因素,可以选用强有力的表面张力降低剂,明显降低表面张力,阻止贝纳尔德的循环;
5) 调整配方并选择合适的增稠剂使乳胶漆的高中低剪切条件下的粘度更为合理。
乳胶漆的配方成分较为复杂,并且是热力学不稳定体系,引起乳胶漆絮凝分水和浮色发花的因素很多,在实际生产中多种因素可能会同时存在,要仔细分析絮凝分水和浮色发花的主要原因,采取正确的措施予以解决。