水性多彩涂料的研究与制备.docx

1、水性多彩涂料的研究与制备北京化工大学硕士学位论文水性多彩涂料的研究与制备 姓名:秦明明申请学位级别:硕士 专业:材料物理与化学 指导教师:吉静 20090602摘要水性多彩涂料的研究与制备摘 要多彩涂料是涂料中含有和漆料不相容的色彩不同、大小与形状 各异的颗粒状物质,组成的一种复合的悬浮分散体涂料。它通常包 含有两种或两种以上的颜色颗粒,形成的色彩图案多样。一次施工 即能得到深浅层次不同的多彩花纹,并能适应砂浆、灰浆、混凝土、 石膏板、木材等多种建筑材料,使用后能收到显著的装饰效果。 本文通过保护胶体和增粘剂复合成粒体系制备的水性多彩涂 料。分别就增粘剂、多聚磷酸钠、保护胶体、颜填料等主要组分

2、对 分散介质(连续相和分散相(颜色颗粒的影响进行了研究,并 对多彩涂料组份的配比、性能等问题进行了探讨。结论表明:1.在分散介质中,钠基增粘剂有好的成粒效果。选用焦磷酸钠,作 为无机分散剂,通过降低增粘剂的粒径,从而降低分散介质粘度。 焦磷酸钠用量范围大,有助于在制备中准确调节色粒的大小。 2.在分散相中,非离子保护胶体有利于颜料组份的稳定和粘度的提 高。颜填料的选用需要根据种类的不同,选择其在分散相中的不 同用量,以达到最佳效果。其中有机颜料对多彩涂料的增稠效果 明显高于无机颜料。3.为了便于生产工艺的控制,规定了多彩涂料制备过程中各组份的 粘度范围如下:颜料组份为Ku120,1301,分散

3、相为Ku90, l001,分散介质为Ku60。以上各组份在制备后至使用前均需 T北京化T人学硕上学位论文满足规定的粘度范围。4.剪切速率高、搅拌时间长会使色粒减小,反之产生可大色粒;由 搅拌器的不同而引起剪切方式的改变,可改变色粒的形状。助剂 对多彩涂料体系也有影响:增塑剂可调整色粒的弹性,消泡剂种 类的不同对体系的粘度也有显著的影响。5.多彩涂料的最佳配比:分散相占35%,分散介质占35%,清漆/色漆占30%。其中分散相的用量可在0-40%之间调节,分散介质 和漆料做出相应调节。关键词:多彩涂料,保护胶体,增粘剂,多聚磷酸盐,水性建筑涂 料lI摘要RESEARCH AND PREPAR玎Io

4、N oF THE:ALTERIN.,ATER MUIJICoLoR CoATINGS ABSTRACTMulticolor coating is a l(ind of composite dispersion suspended coating.It comprises of different colors,size and shape of the granular which are incompatible with dispersed medium.It usually contains two or more of the color particles,and can form

5、a variety of color pattems. This article produces a water-inwater multicolor coating by utilizing protective colloid and tackifier composite system to form colorful particles.The effects of tackifier,sodium polyphosphate on the dispersion medium(continuous phaseand of protective colloid and pigment

6、on the dispersed phase(color particlesare studied respectively. Funh%the performance of multicolor coating is characterized. Specific conclusions obtained are as follows:1.In the dispersion medium,Na-tackifier can acquire the best results into forming granules.Sodium pyrophosphate is the most effect

7、ive to reduce the viscosity of dispersion medium.As a kind of inorganic dispersants,sodium pyrophosphate reduces the dispersion medium viscosity by minishing the particle size of tackifier in water. According to the amount range of sodium pyrophosphate most wide, III北京化工人学硕.I二学位论文Sodium pyrophosphat

8、e redounds to more accuratly adjust the particles size and strength.2.In the dispersed phase,nonionic protective colloid is selected into pigment composition in favor of stability and improvement of its viscosity.In order to achieve the best results,choose pigments different amount according to thei

9、r different types.The thickening effect of organic pigments is significantly higher than inorganic pigments.3.In order to facilitate the control of production processes,prescribe the viscosity of each group in multicolor coating production.Those are as follows:Color components Ku120,130,dispersed ph

10、ase Ku 90,100,dispersion medium Ku60.Each group is more than prepared to use after the procedure would require to meet the scope of the provisions of the viscosity.4.High shear rate and long mixing time will reduce the colorful particles,on the contrary,will produce large colorful particles.The gran

11、ule shape will change with the different shear mode of the stirrer Oar.The effects of additives on multicolor coatings:Plasticizers Can change the flexible of the colorful particles;different Defoamers have significant impacts on the viscosity of the multicolor coating system. 5.The best ratio of th

12、e multicolor coatings:dispersed phase is 35%, dispersion medium is 35%,varnish/paint is 30%.The amount of摘要dispersed phase can adjust between 0-40%,dispersion medium and paints need to make the corresponding adjustment.KEY WORDS:multicolor coating,protective colloid,tackifier, polyphosphate,waterbom

13、e architectural coatingV北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。作者签名:煮咀蜩 日期:关于论文使用授权的说明.渺9.参j学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和

14、磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部 或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在土年解密后适用本授 权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。作者签名:导师签名: 日期:日期:.号、6.弓北京化工大学硕Ij学位论文1.1前言第一章绪论涂料基料中悬浮有和漆料不相容的色彩不同,大小与形状各异的珠状物质即形成 多彩涂料(multicolor coating。多彩涂料通常包含有两种或两种以上的基料。形成的 色彩图案多样,可以随意选择。采用以喷涂为主的施工方法。一次喷涂即能得到深浅 层次不同的多

15、彩花纹,并能适应砂浆、灰浆、混凝土、石膏板、木材、FC板、塑料等 多种建筑材料,也可用于钢材等金属表面的涂装,使用后能收到显著的装饰效果,并 保持长时间(如10,-,15年不变色。本研究主要关注用于墙面装饰的多彩涂料,得到 的涂层光泽优雅,优于壁纸。通过添加适当的助剂,可使饰面具有防水、防潮、防油、 防火、防化学品等性能.能够用水洗刷,适于宾馆、饭店、商业楼、办公用楼以及一 般居室的内外墙装饰。n吲多彩涂料的设想最早由E.R.Bushnl提出,并于1939年获得专利,但其实用性受 到限制。到了50年代,由于J.A.Paasche1和D.K.Lesser阳1等人贡献,多彩涂料达到 实用化,有了商

16、品出售。在日本,1955年出现了多彩涂料,也采用美国技术。这个时 期的多彩涂料主要使用硝基保护胶体作成膜物质。60年代,多彩涂料发展较快,选择 作为成膜物质的材料较多,如聚苯乙烯树脂,聚酰亚胺等。这应归功于J.C.ZolaH川 的工作,他一人分别在美国、英国和德国取得了三项专利。进入70年代以后,日本 在这方面研究较多,发表了许多专利,出现了不含溶剂的水性多彩涂料。迄今为止, 世界各国有关多彩涂料的专利已达100多篇,制造方法和所用原料各异。嘲我国一些厂从1990年开始引进英、英、日等国多彩涂料生产技术,然后这些厂又 向国内其它生产厂家转让技术,经过十几年时间的发展,已有许多厂遍布全国。u们1

17、.2多彩涂料的种类多彩涂料由连续相或称分散介质,以及分散相组成,连续相低浓度、低粘度;分 散相则高浓度,高粘度,并且含有着色颜料。在搅拌作用下,不同颜色的分散相分别 被分散到连续相中形成肉眼可见的细小的粒条或粒滴,然后进行混合。也可一次性将 不同颜色的着色基料分散到介质中形成多彩涂料。根据两相的性质。多彩涂料可以分 为四类:1H711.2.1水包油型(0/W水包油型多彩涂料是一种把各种颜色的磁漆,均匀、稳定地分散在含有保护胶成北京化T火学硕.1j学位论文分的水溶液中,形成复杂的油和水互混的二相体系。连续相为水相,系合成树脂乳液, 甲基保护胶体水溶液等;分散相为油相,含溶剂和硝基保护胶体、甲基苯

18、乙烯/丁二 烯共聚物,改性醇酸树脂等成膜物质,加入填料、颜料等助剂。它既具有油漆的高光 泽,良好的耐水、耐碱、耐洗擦等优良性能、又具有水性建筑涂料附着力强、透气性 好等特点,使得多彩涂料的性能指标、质量要求不同于一般涂料。1.2.2油包水型(w/0油包水型多彩涂料的连续相为油相,分散相为水相,在连续的油相中加入耐碱性 的氯乙烯树脂漆、丙烯酸树脂漆;在分散的水相中加入高粘度的各种合成树脂漆而制 成。这类涂料的遮盖力很大,具有很强的表面粘接能力,耐碱性强,有较好的花纹饰 面,但价格高,溶剂有严重的危害和污染。1.2.3油包油型(0/0连续相和分散相均为油相,但溶剂互不相溶,主要适用于金属的涂装,且

19、文献报 道很少。具有溶剂型涂料的缺点。1.2.4水包水型(w/W即水性涂料,这是在水性乳胶漆中加入可凝胶化的水溶性涂料分散而成。通常把 两相简称为A组分和B组分,通常它们带有相反的电荷,两组分混合时即在粒子的接 触表面产生凝胶化。但也有的并不需要特殊的阳离子物质,而是使用蒙脱土和Na3P04等无机盐。如果按照多彩涂料的干燥成膜温度,可分室温干燥型和烘烤型两大类别。前者主 要靠加入催干剂让溶剂或水分在室温下挥发促进成膜,绝大多数多彩涂料都是这种类 型。而后者则必需加热到较高温度成膜,涂层非常牢固,用于金属表面装饰。1.3W/W型多彩涂料的基本原理w/w型多彩涂料,实际上是种以水性乳胶涂料的小液滴

20、构成涂料的分散相, 保护胶水溶液构成连续相的多相悬浮体。要得到均匀、稳定的这种悬浮体,就必须实 行把水性乳胶涂料滴加到保护胶水溶液中这一过程。同时在这一过程中不发生保护胶 水溶液对水性乳胶涂料的稀释,乳胶涂料的凝结以及颜料向保护胶溶液中渗透等。 w/w型多彩涂料是以具有原乳胶涂料配比物的小滴分散其中,形成保护胶水溶 2北京化工人学硕上学位论文液连续相包裹着乳胶涂料小滴的悬浮体。要实现这种“水包水的悬浮体,就必须在 把水性乳胶涂料分散于保护胶水溶液中的瞬问,在涂料滴的表面形成一层不溶于水的 柔性膜,这层柔性膜除了能够阻止膜内涂料组份及膜外的保护胶液组份互相扩散外, 还防止颜料滴之间发生聚集、凝结

21、。喷涂施工后,起先湿膜中的涂料滴仍保护在水相 中的悬浮状态,随着涂膜中水分的挥发,涂料滴相互堆砌、融合,最终形成牢固的多 彩花纹涂膜。n83分散相散介质连续相栅玎态敷嚣麟料湿膜干燥图卜l W/W型多彩涂料及其成膜过程Fi91.1wator-bas倒l multicolor coatings and film-forming process1.4多彩涂料的研究进展1.4.1水包油型多彩涂料的研究进展吴英君n91等人在国内率先研制成功了水包油型多彩涂料。它是以各种着色磁漆借 助于特殊制备工艺分散于水性保护胶介质中的悬浮状单组分、多色彩的室内装饰涂 料。此种涂料是由成膜物质、增塑剂、颜料、溶剂、保护

22、胶体所组成。它的各项性能 指标均以达到或超过国外同类产品。北京化工人学颂I:学位论文季永新乜们等人研究了松香树脂(即422树脂对涂膜的光洁度、耐洗刷性、流平 性等的影响,而且优化组合得出422树脂最佳用量对提高多彩涂料质量的重要作用。 庄稼乜等人用废聚苯乙烯代替部分价格昂贵的成膜物,制得低成本水包油型多彩 涂料,具有良好的经济效益。还介绍了该涂料的组份选择、配方、生产工艺和性能指 标;讨论了废聚苯乙烯量、配制色粒的温度、保护胶溶液浓度、搅拌速度、搅拌时间、 粘度、施工方法等因素对涂料性能的影响。徐峰乜23分析了硝化棉类水色油多彩涂料的毒性来源和成本高的因素,使用溶剂 选择标准的基本原理,对毒性

23、溶剂用量大、成本高的硝化棉类水包油多彩涂料的溶剂 重新进行选择。所进行的重新选用溶剂的试验研究取得了很好的结果,大大降低了溶 剂的成本,并使涂料的毒性也显著降低,减轻了对环境的影响。张海剐231等人利用回收的聚苯乙烯(PS泡沫塑料制各了一种价格低廉并具有优 良的装饰效果和耐水性的水包油型多彩涂料。介绍了其基本组成和制备工艺,讨论了 制备过程中原材料、配比、工艺参数、技术经济分析等影响因素。邱侃胁3用改性硅灰石粉部分替代钛白粉应用在水包油多彩花纹涂料的生产中,对 降低多彩花纹涂料的成本取得了明显的效果。Edward W.Lewandowski位鄙等人制备了一种水包油型多彩涂料。它是先把高分子 材

24、料溶解在有机溶剂中,形成一种粘稠的溶液;然后把这种粘稠的溶液与油性的颜料 一起研磨;再把一种水性聚合物乳液加入上面制得的混合物中,使混合物粘度进一步 增加;最后把这种混合物边搅拌边加入到水性乳胶基涂料中。这种涂料适用于固体表 面的刷涂、滚涂或喷涂。1.4.2水包水型多彩涂料的研究进展孙幼红啪,等人对水包水型多彩涂料的制备过程是目前可以查到的最新的制备过 程。他们是在乳胶漆中添加另一种天然高分子物质,利用其凝胶性能来制备多彩涂料, 得以在已分散的色漆颗粒表面形成一层柔软的保护膜,从而阻止其二次凝聚。由于使 用了综合性能较好的乳胶漆,漆膜性能理应比单纯的聚乙烯醇类涂料好。下面是甘文君瞄1等人对水包

25、水型多彩涂料的另一种制备方法:他们以丙烯酸树脂 中和物和有机合成树脂乳液作为主要成份,加入多种颜料,配制成水包水型的多彩涂 料,使得一次喷涂即可得到美观的花纹和色彩。并且,颜色及颗粒大小可根据需要调 整。水溶性的丙烯酸树脂中和物和多种颜料的混合物作为分散相,于合成树脂乳液的 分散介质中分散。凝胶化试剂使得分散相粒子表面凝胶化,从而使不同色调之间互不 相溶,得到两种或两种以上色彩的多彩涂料,色彩丰富且具有立体效果。顾志峰啪1研制的水包水多彩花纹涂料是以苯丙乳液为主的有机、无机复合型的内、 外墙装饰涂料。其中主要介绍了改性聚乙烯醇胶水的制备工艺,并以此作为彩粒成型 4北京化工人学硕士学位论文剂,应

26、用非离子型保护胶体增粘剂复合增稠剂做抗沉剂和稳定剂,与苯丙乳液等 成膜剂、无机颜料等制成无毒、阻燃的水性多彩涂料。W/W型多彩涂料是通过制备稳定色粒和调整工序来进行的。何声太啪1等人在制 备稳定色粒的过程中,对分散剂的和交联剂的种类和用量进行选择和控制,配合其它 组份的调整、改性而制备稳定色粒,工序的调整使涂料具有更完善的性能。李振玉啪1的实验采用的不溶体系为保护胶体醚/无机盐体系。此实验选用保护胶是 非离子型保护胶体,它性能稳定,但耐水性较差。不溶剂是一种无机盐。当水性乳胶 涂料在保护胶水溶液中分散时,它能与涂料彩粒表面的亲水凝胶迅速反应生成一层柔 性膜,保证彩粒稳定存在于连续相中。汤小平啪

27、1以甲壳糖为成膜剂,通过掺入彩色短纤维后混入交联剂,得到室内装饰 多彩涂料。与常用的该类多彩涂料相比,其具有低温干燥快,不易霉变、无需较贵的 添加剂等优点。可望用于环保型涂料研究,并开辟其应用新途径。外文文献多为专利。Anthony Brian James口研制了一种多彩沥青基的乳液涂料。 它由三部分水基载体、乳化沥青基料和至少一种颜色组分混合而成。通过调节颜色组 分的相对粘度和胶粒强度从而阻止其与乳化沥青基料相混。最终产品的耐磨性更高, 与传统的屋顶材料,比如沥青屋面板来说,其应用更简便且价格更便宜。多彩沥青基 乳液涂料的制备工艺是先分别制备水基载体、乳化沥青基料和颜色组分,然后把乳化 沥青

28、基料与水基载体相混和,最后把所需的多种颜色组分加入其中。Rossetti Edoardob21也介绍了一种制备多彩涂料的方法。这种涂料的基料中有阳离 子增稠剂和重金属或三价金属的无机盐。多彩涂料还包括不溶性沉淀的颜料粒子,每 一种基料都是一种的颜色。在连续相的乳液中需要加入足够量的无机盐以形成不溶性 沉淀的颜料粒子这一分散相反应物。Bollini Germano1的专利中介绍的水性多彩涂料体系是水性的颜料粒子分散在含 有成膜物质的水性分散介质中。为了提高涂料的稳定性和实际应用中耐刷涂和滚涂的 能力,颜料粒子需要与以下物质相互作用:亲水性胶体、多糖类物质和丙烯酸酯,还 必须含有Fe3+、A13+

29、、Ca2+和M92+其中至少两种金属阳离子。Lynch EJamesml等人对聚氨酯基多彩涂料也进行了一系列研究。聚氨酯基水包水 型多彩涂料由分散相和连续相两部分组成,这一特性有利于提高涂料在物体表面的涂 刷过程。分散相主要包括:一个水分散的惰性成膜的交联的聚氨酯体系,羟基(低烷 基的保护胶体,季铵盐类的水溶性保护胶体醚,可形成胶体溶液的粘土和水。连续 相主要包括类似的聚氨酯体系,一种水溶性的交联成膜的压敏胶粘剂,成胶性粘土和 水。1.4.3其它类型多彩涂料的研究进展5北京化T人学硕I:学位论义陈忠祥。堪3等人开发出一种新型的仿瓷多彩涂料,该涂料采用自制的多彩色浆,添 加到以交联剂和增粘剂进行

30、改性的仿瓷涂料中,分散均匀后,一次性涂刮到墙上,呈 现仿瓷多彩涂料的效果。张惠娣。玎1等人用新型的技术工艺路线,将普通涂料技术与高档多彩花纹涂料技术 相结合,开发研制了彩色星点涂料。彩星涂料本身为粘稠状液体。通过喷涂的方式, 在压缩空气的作用下,被吹散于施工面上,形成形态一致的圆点状饱满颗粒涂层。 卢荣明等人通过对引进的德国技术进行消化吸收,采用独特的施工技术,研制 出鳄鱼新多彩花纹内墙漆。它含有的特殊彩片是从德国ALLIGATOR公司引进的高新 技术产品,其以特制的合成共聚乳液、填料和颜料经特殊的加工工艺制得的固体不规 则片状和条形彩色薄片。其耐水耐碱性优良,不泛黄变色,同时还具有施工方便,

31、适 用面广,颜色柔和协调,不同颜色彩片容易相互混合,不会褪色,修复方便的特点。 而且通过不同颜色或形状的彩片混合,得到风格各异又具有复合色彩的立体涂层。彩 片为固体形态,重金属含量远远低于GBl8582国家标准,VOC为零,且不存在储存稳定 性问题。李慧扬口叩等人研制了膨胀型水包水多彩防火涂料。选择水溶性难燃树脂氯丁乳 液、聚醋酸乙烯乳液作为基料,选择磷酸铵盐作为脱水成碳催化剂,选择阳离子保护 胶体和阳离子淀粉作为主要成碳剂。把配制好的连续相倒入带有搅拌装置的容器中, 调节搅拌速度,然后把配制好的2种或2种以上不同颜色的单色分散相依次以细流状 缓缓加入。连续相与分散相以1:1l:5混合为宜。两

32、者粘度比约为1:78,但两 者的相对密度应趋于一致。这样形成的多彩悬浮体系贮存稳定。喷涂无困难。胡涌东H们等人以着色聚合物微球和水性乳液为主要原料制得的水性多彩绒面涂 料具有仿鹿皮和多彩的视觉效果,无毒无味,耐水,耐洗擦。选用合适的聚合物树脂 经溶剂法或着色法均可制得较理想的绒毛粉。绒毛粉的粒径控制在10-一100pm之间, 外观呈球形粒子,可配制成优雅柔和,绒感强的水性绒面涂料。不同颜色的绒毛粉相 互混合后可配制具有多彩装饰效果的绒面涂料。Raymond A.vincentHu发明了一种新型多彩涂料的喷涂设备。这种多彩喷涂设备 有一个或多个喷枪,在供料处有一个小而简单的颜色转换阀,通过转换阀的调节可以 选择喷出涂料的颜色和用量。1.5多彩涂料的发展趋势附刀目Iji,多彩涂料活跃的研究课题及发展趋势有以下几个方面:(1大力开展W/W型无毒无味多彩涂料的研究,克服0/W型多彩涂料使用有毒 芳烃溶剂的这一缺点,但保持0/W型多彩涂料的华丽外观优点。(2积极研究和发展耐候性好,性能优