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涂料基料中懸浮有和漆料不相容的色彩不同，大小與形狀各異的珠狀物質即形成多彩涂料(multicolor coating)。多彩涂料通常包含有兩種或兩種以上的基料。形成的色彩圖案多樣，可以隨意選擇。采用以噴涂為主的施工方法。一次噴涂即能得到深淺層次不同的多彩花紋，并能適應砂漿、灰漿、混凝土、石膏板、木材、FC板、塑料等多種建筑材料，也可用于鋼材等金屬表面的涂裝，使用后能收到顯著的裝飾效果，并保持長時間(如10～15年)不變色。本文主要關注用于墻面裝飾的多彩涂料，得到的涂層光澤優雅，優于壁紙。通過添加適當的助劑，可使飾面具有防水、防潮、防油、防火、防化學品等性能．能夠用水洗刷，適于賓館、飯店、商業樓、辦公用樓以及一般居室的內外墻裝飾。

1．多彩涂料的種類

多彩涂料由連續相或稱分散介質，以及分散相組成，連續相低濃度、低粘度；分散相則高濃度，高粘度，并且含有著色顏料。在攪拌作用下，不同顏色的分散相分別被分散到連續相中形成肉眼可見的細小的粒條或粒滴，然后進行混合。也可一次性將不同顏色的著色基料分散到介質中形成多彩涂料。根據兩相的性質。多彩涂料可以分為四類：

1） 水包油型(0／W)

水包油型多彩涂料是一種把各種顏色的磁漆，均勻、穩定地分散在含有保護膠成分的水溶液中，形成復雜的油和水互混的二相體系。連續相為水相，系合成樹脂乳液，甲基保護膠體水溶液等；分散相為油相，含溶劑和硝基保護膠體、甲基苯乙烯／丁二烯共聚物，改性醇酸樹脂等成膜物質，加入填料、顏料等助劑。它既具有油漆的高光澤，良好的耐水、耐堿、耐洗擦等優良性能、又具有水性建筑涂料附著力強、透氣性好等特點，使得多彩涂料的性能指標、質量要求不同于一般涂料。

2） 油包水型(w／0)

油包水型多彩涂料的連續相為油相，分散相為水相，在連續的油相中加入耐堿性的氯乙烯樹脂漆、丙烯酸樹脂漆；在分散的水相中加入高粘度的各種合成樹脂漆而制成。這類涂料的遮蓋力很大，具有很強的表面粘接能力，耐堿性強，有較好的花紋飾面，但價格高，溶劑有嚴重的危害和污染。

3） 油包油型(0／0)

連續相和分散相均為油相，但溶劑互不相溶，主要適用于金屬的涂裝，且文獻報道很少。具有溶劑型涂料的缺點。

4） 水包水型(w／W)

即水性涂料，這是在水性乳膠漆中加入可凝膠化的水溶性涂料分散而成。通常把兩相簡稱為A組分和B組分，通常它們帶有相反的電荷，兩組分混合時即在粒子的接觸表面產生凝膠化。但也有的并不需要特殊的陽離子物質，而是使用蒙脫土和Na₃P0₄等無機鹽。

如果按照多彩涂料的干燥成膜溫度，可分室溫干燥型和烘烤型兩大類別。前者主要靠加入催干劑讓溶劑或水分在室溫下揮發促進成膜，絕大多數多彩涂料都是這種類型。而后者則必需加熱到較高溫度成膜，涂層非常牢固，用于金屬表面裝飾。

2.  W／W型多彩涂料的基本原理

W／W型多彩涂料，實際上是～種以水性乳膠涂料的小液滴構成涂料的分散相，保護膠水溶液構成連續相的多相懸浮體。要得到均勻、穩定的這種懸浮體，就必須實行把水性乳膠涂料滴加到保護膠水溶液中這一過程。同時在這一過程中不發生保護膠水溶液對水性乳膠涂料的稀釋，乳膠涂料的凝結以及顏料向保護膠溶液中滲透等。

W／W型多彩涂料是以具有原乳膠涂料配比物的小滴分散其中，形成保護膠水溶液連續相包裹著乳膠涂料小滴的懸浮體。要實現這種“水包水"的懸浮體，就必須在把水性乳膠涂料分散于保護膠水溶液中的瞬問，在涂料滴的表面形成一層不溶于水的柔性膜，這層柔性膜除了能夠阻止膜內涂料組份及膜外的保護膠液組份互相擴散外，還防止顏料滴之間發生聚集、凝結。噴涂施工后，起先濕膜中的涂料滴仍保護在水相中的懸浮狀態，隨著涂膜中水分的揮發，涂料滴相互堆砌、融合，最終形成牢固的多彩花紋涂膜。

               圖l  W／W型多彩涂料及其成膜過程

3. 多彩涂料的發展趨勢

目前，多彩涂料活躍的研究課題及發展趨勢有以下幾個方面：

(1)大力開展W／W型無毒無味多彩涂料的研究，克服0／W型多彩涂料使用有毒芳烴溶劑的這一缺點，但保持0／W型多彩涂料的華麗外觀優點。

(2)積極研究和發展耐候性好，性能優異而美觀的外墻用多彩涂料，擴大多彩涂料的使用范圍。

(3)發展可刷涂、可滾涂的多彩涂料，克服目前施工只能采用噴涂且機具復雜，對家庭裝飾造成一定限制的缺點。

(4)發展功能性多彩涂料，如高阻燃型、防霉型、抗靜電型等多彩涂料。

實驗研究

1.  實驗裝置與設備

電子天平；

高速分散機；

精密定時電動攪拌器；

斯托默粘度計；旋轉粘度計；

電位儀；

可調壓噴槍；

空氣壓縮機；

2. 實驗方法

1） 多彩涂料的制備工藝

顏料組份由保護膠體、顏填料、分散劑、氨水和水組成。

分散相是在顏料組份中再加入乳液、成膜助劑、消泡劑和增粘劑水溶液。

圖2-1多彩涂料生產工藝簡圖

3. 粘度的測量

（1） QNZ型斯托默粘度的測量

    斯托默粘度計是在定轉速200r／min的情況下，測量所需砝碼的重量，其所對應的Ku值即為斯托然粘度值。試驗中需用它來測量分散介質、顏料組份和分散相隨時間變化及原料種類和用量變化的粘度值。

（2） NDJ-1旋轉粘度的測量

① 配制增粘劑懸濁液并測量其粘度

    分別把鈣基增粘劑和鈉基增粘劑加入水中分散為3％的懸濁液。用旋轉粘度計分別測量懸濁液在不同時間和剪切速率條件下的粘度。

② 配制加入多聚磷酸鹽的增粘劑懸濁液并測量其粘度

    把鈉基增粘劑加入水中分散為3％的懸濁液，并同時加入一定量的多聚磷酸鹽。用旋轉粘度計分別測量懸濁液在剪切速率為60r／min的條件下粘度，并測量粘度隨多聚磷酸鹽用量的改變產生的變化。

4. 常規性能的測試

（1）耐水性測試

按GB／T 1733．1993甲法規定進行。試板投試前除封邊外，還需封背。將三塊試板侵入GB／T 6682規定的三級水中，如三塊試板中有兩塊未出現起泡、掉粉、明顯變色等涂膜病態現象，可評定為“無異常"。如出現以上涂膜病態現象，按GB／T1766進行描述。試驗溫度：23±2℃，浸泡板的三分之二，馬口鐵板的尺寸為120×25×（0.2～0.3）mm³

（2） 耐堿性測試

按GB／T 9265規定進行。如三塊試板中有兩塊未出現起泡、掉粉、明顯變色等涂膜病態現象，可評定為“無異常"，如出現以上涂膜病態現象，按GB／T 1766進行描述。堿性溶液為在100mL水中加入O．129氫氧化鈣，充分攪拌，pH值應達到12～13。石棉水泥板的尺寸為150x70x3 mm³

（3） 儲存穩定性測試

① 熱儲存穩定性測試

    把涂料裝入密封容器，在60℃的烘箱中儲存十五天，然后開蓋觀察其狀態。

② 常溫儲存穩定性測試

    在常溫下封閉儲存一定時間，然后觀察其狀態變化并測量其性能。

5.  Zeta電位和粒徑的測量

Zeta電位表征的是顆粒表面的帶電性，可通過Zeta電位的變化來判斷粒子的穩定性。粒徑可直接得到體系中粒子的平均大小。在實驗中取適量增粘劑懸濁液和加入多聚磷酸鹽的增粘劑懸濁液，分別稀釋十倍，用以測量Zeta電位和粒徑。

分散介質體系的研究

在本文的多彩涂料體系中，由增粘劑、無機鹽和水組成的分散介質對形成彩色粒子起重要作用。

增粘劑是一種層狀硅酸鹽，其結構片層是納米尺度的，整個結構片層厚約lnm，長寬約100nm。由于它結構的這種特點，使它具有粘結性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換性等許多特殊性能，因此廣泛用于冶金、石油、鑄造、食品、化工、環保及其他工業部門。增粘劑用于多彩涂料中成粒的研究還很少，所以對成粒的作用機理尚不清楚。本文在多彩涂料的研制過程中，對其

機理也進行了初步探討。

無機鹽通過使增粘劑顆粒在水中的分散，粒徑減小，降低顆粒間的相互作用，明顯降低粘度，提高其流動性的效果。促使分散相與分散介質有較大的粘度差，利于成粒。所以首先針對分散介質中的主要組成增粘劑和無機鹽對成粒及體系粘度的影響進行研究。

1. 影響分散介質成粒的因素

1） 增粘劑對成粒的影響

    增粘劑是幫助多彩涂料成粒主要物質，在多彩涂料的制備過程中起著至關重要的作用，所以首先來研究增粘劑對成粒的影響。

①   增粘劑的種類對成粒的影響

由于增粘劑中包含有三個亞層，在兩個硅氧四面體亞層中間加含一個鋁氧八面體亞層，而鋁氧八面體亞層中的部分鋁原子容易被低價原子取代，使片層帶有負電荷，過剩的負電荷靠游離于層間的Na⁺、Ca²⁺等陽離子平衡。增粘劑的層間陽離子種類決定增粘劑的類型，層間陽離子為Na+時稱鈉基增粘劑；層間陽離子為Ca²⁺時稱鈣基增粘劑；層間陽離子為有機陽離子時稱有機增粘劑(主要用于有機體系，以提高其相容性)。

表3-1增粘劑的種類對成粒的影響

從上表可以看出，鈉基增粘劑可以有效成粒，而且鈣基增粘劑則基本不能成粒。雖然它們只是游離于片層間的陽離子不同，但鈉基增粘劑的很多性能都明顯優于鈣基增粘劑，比如吸水性、膨脹倍數、在水中分散性、陽離子交換能力、懸浮液、觸變性和粘度熱穩定性方面。因此，在多彩涂料的研究中，必需選擇鈉基增粘劑。

 對已有的三種鈉基增粘劑繼續實驗，其結果如下表所示：

    表3_2鈉基增粘劑對成粒的影響

    通過實驗說明，Inor l、Inor 4比Lap D所成的色粒更穩定，并且綜合考慮價格和用量的關系，選擇Inor 1用于多彩涂料的進一步研究中。

②  增粘劑的用量對成粒的影晌

    以增粘劑lnor 1為例，對增粘劑在分散介質中的用量進行調節。由于增粘劑不但對成粒有作用，而且能使體系增稠，所以從這兩方面對增粘劑的作用效果進行考察。

    表3—3鈉基增粘劑的用量對成粒的影響

粘度情況為多彩涂料制備當大的粘度，由于有色粒的存在，體系的粘度不宜用粘度計測量。多彩涂料粘度分級：非常稀(Ku≈60)，很稀(Ku≈70)，較稀(Ku≈80)，較稠(Ku≈90)，很稠(Ku≈100)，非常稠(Ku≈110)。

從上表可以看出，增粘劑的用量在5%～10％之間都能夠很好的成粒。由于發現增粘劑用量較高時，體系的粘度會隨著時間的增加而增加，所以沒再進行增粘劑更高含量的實驗，而進行了下面多彩涂料的粘度隨時間變化的考察。

2）多聚磷酸鹽對成粒的影響

由于前面選擇的是鈉基增粘劑，為了不引入其它陽離子，多聚磷酸鹽選擇的是三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉，它們都是常用的無機鹽分散劑。

            表3-4多聚磷酸鹽的種類對成粒的影響

從上表可以看出，六偏磷酸鈉的成粒能力最差；三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉都能夠形成較好的色粒。這可能由于六偏磷酸鈉水溶液呈酸性反應，而三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉的水溶液均呈堿性反應，所以六偏磷酸鈉的分散能力沒有前兩者好，沒能有效的降低體系的粘度。

3）分散介質存放時間對成粒的影響

表3-5分散介質存放時間對成粒的影響

分散介質放置的時間太長或太短都不利于形成較大的色粒。為便于操作和進行實驗對比，本實驗一般把分散介質放置24小時后使用。

2.  影響分散介質粘度的因素

如前所述，多彩涂料的制備需要分散相與分散介質有較大的粘度差，即分散相是高粘度的，分散介質是低粘度的。所以對多彩涂料各組份的粘度要求以及制備過程中各組份黏度的控制都是非常必要的。

1） 增粘劑對粘度的影響

由于增粘劑有明顯的增稠效果，而且還有一定的后增稠作用，所以對于添加增粘劑體系的粘度，以及粘度隨時間等因素的變化都是研究的重點。

①    存放時間對增粘劑懸濁液粘度的影響

圖3—1 時間對增粘劑懸濁液粘度的影響

增粘劑在水分散體系中的粘度是考察此體系的一項重要指標，下面對增粘劑懸濁液的粘度隨時間的變化情況進行研究。圖3-1是增粘劑懸濁液(濃度為3％)在108天的時間內，粘度隨時間改變的情況。從圖中可以看出，鈉基增粘劑懸濁液隨時間的增加粘度波動較大，而鈣基增粘劑懸濁液隨時問的增加粘度波動較��；但從平均粘度來看鈉基的粘度值要大大高于鈣基，也就是說在相同用量的情況下鈉基增粘劑的增稠效果明顯高于鈣基增粘劑。而且增粘劑懸濁液的粘度基本不隨時間的增加而變化。由于純的增粘劑懸濁液的粘度很大，3％的濃度已經是可以流動的最大值，所以下面的實驗也均已3％的濃度進行對比。

② 剪切速率對增粘劑懸濁液粘度的影響

增粘劑不僅具有明顯增稠效果，而且它同時具有較大的觸變性。這可以使涂料在存放期保持較粘稠的狀態，不容易分層或使顏填料沉降；而在涂料的使用時由于其觸變性的影響，涂料在力的作用下粘度迅速下降，流動性更佳，從而更有利于涂料的保存和使用。

            圖3-2剪切速率對鈉基增粘劑懸濁液的影響

圖3-3剪切速率對鈣基增粘劑懸濁液的影響

    增粘劑懸濁液的觸變性，也可通過其粘度隨剪切速率的增加而降低程度來考察。從圖3—2和3—3中可以看出，鈉基增粘劑和鈣基增粘劑都同樣具有這種趨勢。但在剪切速率變化相同的情況下，粘度的變化率卻不同：鈉基增粘劑的粘度由16500mPa·S降低到1500mPa·S，降低了十倍；而同時鈣基增粘劑的粘度由135mPa·s降低到42．5mPa．s，只降低了三倍，這說明鈉基增粘劑的觸變性比鈣基增粘劑的觸變性大得多。因此在水性分散體系中，鈉基增粘劑不僅能在靜止時提供比鈣基增粘劑更大增稠效果，而且在使用時也存在更強的觸變性能。

③    增粘劑對多彩涂料體系粘度的影響

分散介質中增粘劑具有觸變性，其用量直接影響多彩涂料體系粘度，而多彩涂料體系的粘度對于多彩涂料的粒子穩定性，體系的穩定和噴涂施工都有很大的影響；因而分別就不同的用量增粘劑制備的多彩涂料粘度隨放置時間的變化進行了研究。

增粘劑本身可作為增稠劑使用，所以它對體系的粘度影響很大，尤其是在含量較高時。而且它的觸變性很強，并且由于多聚磷酸鹽的作用，它的粘度會在涂料制備之后，也就是涂料的儲存階段不斷顯現出來。

表3-6存放時間對多彩涂料粘度的影響

從上表中可以看出，膨潤土含量為10％時，多彩涂料在放置一周后就幾乎失去流動性，而膨潤土含量為5％的多彩涂料，歷時六個月其流動性仍良好。原因可能是由于10％的膨潤土過量，過量的膨潤土會吸附體系中多余的水份，因此它的粘度會在涂料制備之后的儲存階段不斷顯現出來。

2） 多聚磷酸鹽對粘度的影響

①  多聚磷酸鹽種類對分散介質粘度的影響

    多聚磷酸鹽是涂料中常用的無機分散劑，雖然它們的添加量都很少，它能夠有效降低分散介質體系的粘度，所以在此將就多聚磷酸鹽對增粘劑懸濁液粘度的影響進一步討論。

表3-8多聚磷酸鹽的種類對增粘劑懸濁液粘度的影響

從上表可以看到由于多聚磷酸鹽的加入，增粘劑懸濁液的粘度迅速降低，這是由于多聚磷酸鹽的使用會抑制增粘劑的水化潤脹，從而降低懸濁液的粘度。因為多聚磷酸鹽水解后的P0₄^3-易與增粘劑端面的正電性邊緣吸附，形成負電性邊緣，晶片面、端均為負電性，晶片問相互排斥，在水介質中變為低粘、高分散的穩定懸浮體，因此粘度銳減。

實驗中焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉能顯著降低鈉基增粘劑懸濁液的粘度，但六偏磷酸鈉對粘度的降低幅度沒有前兩者大。這是由于前兩者的水溶液呈堿性，對增粘劑懸濁液的分散作用更強。無機鹽分散劑對鈣基增粘劑懸濁液的粘度改變不明顯。

②    多聚磷酸鹽的用量對分散介質粘度的影響

    下面以三聚磷酸鈉為例，討論多聚磷酸鹽的用量對體系粘度的影響。由于相同濃度時鈣基增粘劑懸濁液的粘度已經很低，而且鈣基增粘劑的成粒效果也不好，在前面只作為參考進行對比，所以下文省略對鈣基增粘劑的考察，僅以鈉基增粘劑為例進行研究。

圖3-4多聚磷酸鹽的用量對增粘劑懸濁液粘度的影響

從上圖可以看出，三聚磷酸鈉(B)對增粘劑懸濁液粘度的降低效果非常顯著。三聚磷酸鈉的濃度從0～0.2wt％時，粘度從4600mPa·S迅速降低到16．5mPa·s；而濃度從0．2wt％一1．Owt％時，粘度僅從16．5mPa·S降低到4．5mPa·S。這說明三聚磷酸鈉的用量超過0．2wt％后，能夠完全降低增粘劑懸濁液(濃度為3wt％)粘度。而六偏磷酸鈉(C)對增粘劑懸濁液粘度的降低較三聚磷酸鈉緩慢。濃度從0～1．Owt％的變化過程中，粘度從4600mPa·S逐漸降低到190mPa·S，使分散介質仍然有一定粘度。

③  多聚磷酸鹽對多彩涂料體系粘度的影響

    從上面多聚磷酸鹽種類的選擇中可以看到，三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉都是可選的，下面改變它們的用量繼續進行實驗，以期發現它們的區別。

       表3-7多聚磷酸鹽的用量對多彩涂料粘度的影響

    首先，通過三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉之間的比較可以看出，焦磷酸鈉比三聚磷酸鈉對分散介質粘度降低的更明顯，說明焦磷酸鈉對這個體系的分散效果更佳。再觀察粘度隨用量的變化可以發現，隨著三聚磷酸鈉用量的增加分散介質的粘度逐漸降低，這說明三聚磷酸鈉的用量還不足夠，不足以分散介質的粘度降到最低；而隨著焦磷酸鈉用量的增加分散介質的粘度略有增加，這說明焦磷酸鈉的用量已經過量，已經過了分散介質粘度的最低值。這是由于多聚磷酸鹽與增粘劑的協同作用，會出現一個粘度最低值，此時無論是多聚磷酸鹽的增加還是減少，分散介質的粘度都會增加。最后，再仔細觀察它們粘度變化的范圍可以看出，三聚磷酸鈉的變化比焦磷酸鈉的變化更快；這說明焦磷酸鈉比三聚磷酸鈉的有效范圍更寬，也就是說在更寬的用量范圍內焦磷酸鈉能使分散介質的粘度保持在較低水平。

3）  存放時間對分散介質粘度的影響

    由于此方法制備的多彩涂料后增稠效果明顯，所以為了更好的控制最終產品的粘度，需要對其前期每一組份的粘度變化情況進行了解，而且這也是制備工藝中需要控制的重要因素。

    用Inorl制備分散介質一1，用Inor4制備分散介質一2，它們的粘度隨時間的變化見圖3-5。

圖3-5存放時間對分散介質粘度的影響

    上圖是用斯托默粘度計測量的分散介質的粘度值，B為分散介質-1，C為分散介質．2。為使分散介質與分散相之間有較大的粘度差以利于成粒，規定分散介質的Ku≤60。由于斯托默粘度計的測量范圍Ku∈[53，141]，而所測數據的Ku值有時小于53，所以上表用Ku值對應的負荷來表示分散介質的粘度，其中Ku=60時負荷為95g。

    從上圖可以看出，分散介質的粘度隨時間的變化不顯著，一個月內都能保持在規定的粘度范圍中，而且兩周后粘度還略有下降的趨勢。

3.  多聚磷酸鹽對分散介質Zeta電位和粒徑的影響

    以上分析可以看出，鈉基增粘劑的增稠效果及觸變性都要比鈣基增粘劑強，但多聚磷酸鹽的少量添加就能充分降低鈉基增粘劑懸濁液的粘度，所以下面將以鈉基增粘劑為例，考察在多聚磷酸鹽的作用下，增粘劑懸濁液Zeta電位和粒徑的變化。

     表3-9多聚磷酸鹽對鈉基增粘劑懸濁液Zeta電位和粒徑的影響

通過上面的實驗可以看到，隨著三聚磷酸鈉用量的增加，懸濁液中的顆粒粒徑急劇下降，由30微米最終減小到170納米。這說明三聚磷酸鈉使鈉基增粘劑懸濁液中較大的聚集體進一步分散，也就是破壞了增粘劑片晶間的相互吸引作用，降低了溶脹而產生的膠凝，從而減少了增稠的效果。因此，從微觀粒徑的的角度更加印證了前面宏觀粘度實驗的結論：鈉基增粘劑懸濁液中加入多聚磷酸鹽分散劑，通過使增粘劑的粒徑急劇減小而使懸濁液的粘度也迅速降低。

    增粘劑在水中分散時，其中的金屬離子從晶片往外擴散，隨著水合作用的進行，它發生溶脹，到最后片晶完全分離，其結果形成陰離子層狀結構片晶和金屬離子的透明膠體懸浮液。在這種情況下，片晶帶有表面負電荷，它的邊角由于出現晶格斷裂面而帶有少量的正電荷。在稀溶液中，其表面的負電荷比邊角的正電荷大，粒子之間發生相互排斥，這時不會產生增稠作用。隨著電解質的加入和濃度增加，溶液中離子濃度的增加，片晶表面電荷減少。這時，主要的相互作用由片晶間的排斥力轉變為片晶表面的負電荷與邊角正電荷之間的吸引力，平行的片晶相互垂直地交聯在一起形成所謂“紙盒式間格”的結構，引起溶脹產生膠凝從而使粘度增加。離子濃度進一步加大又會破壞結構發生絮凝導致降低稠度。

分散相體系的研究

1.  影響分散相成粒的因素

分散相是多彩涂料中構成色粒的組份．它的穩定性和平衡性將直接影響色粒的各種性能，所以下面將對分散相中影響成粒的主要因素進行一一討論。

1） 保護膠體對成粒的影響

保護膠體在顏料組份中，主要起提高粘度的作用，對成粒也有一定的幫助。因此選用了離子型保護膠體和非離子型保護膠體兩種比較常用的保護膠體，它們的對比如下表所示：

        表4-1  保護膠體的性能對比

    因此，本實驗選用非離子型保護膠體，它對顏料還有較好的包覆作用。通過對比實驗也顯示出現保護膠體對于成粒有較大的作用。對比實驗是把顏料組份直接加入到分散介質中．不用顏料組份再制各分散相。也就是使色粒中不含有增粘劑，對成粒有幫助的成份僅含有保護肢體，以此來觀察保護膠體對成粒的具體作用。

圖4一l保護膠體對成粒影響：(A)保護膠體和增粘劑復合成粒；(B)僅用保護膠體成粒

    表4—2    保護膠體對成粒影響

僅以保護膠體成粒，所得到的色粒成絲狀或條狀，色粒之間的界線不明顯，而且色粒較柔軟，與制備成分散相再加入分散介質中而成的多彩涂料色粒截然不同。這說明保護膠體在色粒的形成過程中起了一定的作用，但它還不能單獨形成清晰的色粒。在儲存的過程中，體系的粘度變化也較小，這可能是由于沒有制備分散相，體系的組成較簡單，互相干擾的成分較少。

2）  顏料對成粒的影響

    由于多彩涂料需要同時使用幾種顏料，而不同顏料相同質量下的體積差異很大，這就需要根據臨界顏料體積濃度選擇顏料的合理用量。臨界顏料體積濃度高的顏料可以多加一些，臨界顏料體積濃度低的顏料則不能加入過多，否則聚合物就不能將顏料粒子間的空隙完全充滿，這些未被填充的空隙就潛藏在涂膜中，使涂膜的物性急劇下降。表現在色粒上就是色粒容易破碎，并逐漸粉化。這就需要針對每一種顏料，確定其最佳用量。下面是以鐵黃顏料為例所做的實驗：

表4-3    顏料種類對成粒的影響

表4-4    鐵黃對成粒的影響

3）  填料對成粒的影響

    不同的顏料一般情況下密度也是不同的，這會直接影響到這種顏色的色粒在多彩涂料體系中的浮沉狀態。因此選用了碳酸鈣作為填料，主要是為了通過碳酸鈣的添加改變不同顏料所成色粒的浮沉狀態，使其達到一致，并且碳酸鈣的使用有助于提高涂料的流平性及涂膜的抗研磨性，還有一定的干遮蓋力。對重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣的實驗情況見下表：

      表4-5  碳酸鈣對成粒的影響  

    通過上表可以看出，輕鈣在穩定性方面明顯優于重鈣，所以選擇輕鈣作為填料對色粒的浮沉狀態進行調節。

4）  增粘劑對成粒的影響

    為了更好的提高色粒的強度，需要在分散相中也加入少量膨潤土。下面對分散相中加入膨潤土的種類和用量進行討論。

①    增粘劑的種類對成粒的影響

    在分散相中還需加入少量的膨潤土，雖然加入的量很少但對成粒也有一定的影響。首先考察當分散相中的膨潤土與分散介質中的膨潤土不同時，對多彩涂料成粒的影響：

      表4-6分散相中增粘劑的種類對成粒的影響

從上表可以看出，這幾種增粘劑對成粒效果沒明顯的區別。這可能是由于這三種增粘劑都是鈉基增粘劑，雖然它們的牌號不同但主要成份還是相同的；又由于它們在分散相中的加入量很少，所以它們的改變對體系沒有明顯的影響。

②   增粘劑的用量對成粒的影響

由于增粘劑對分散相的影響不容易直接觀察出來，所以還是通過制成多彩涂料，觀察其色的變化予以研究。下表為分散相中增粘劑對成粒的影響：

    表4—7分散相中增粘劑的用母對成粒的影響

圖4-4分散相中增粘劑的用量對成柱的影響：(A)實驗一；(B)實驗二

    本實驗說明分散相中的lnorl溶液雖然加入量很小，但對成粒的影響卻很大。Inorl溶液的加入能提高色粒的大小和色粒邊界的清晰度。Inorl溶液的濃度也會影響成粒及涂料的狀態：在lnorl用量相同的情況下，溶液越濃越利于形成較大的色粒，但加入量過多也會影響色粒的穩定性和對顏料的包裹。

2.  影響分散相粘度的因素

    分散相是先制備顏料組份，再由顏料組份制各分散相，所以要控制分散相的粘度先要從控制顏料組份的粘度開始。下面對影響分散相粘度的各種因素進行的討論。

1） 保護膠體對顏料組份粘度的影響

    保護膠體對顏料組份粘度的影響，基本是隨著用量的增加而成線性的增加趨勢如下圖所示：

圖4-5保護膠體的用量對顏料組份的粘度的影響

    因此，可以按照要求的適宜粘度選擇合適的保護膠體用量。還需要注意，相同用量的情況下保護膠體分子量越大，顏料組份的粘度也將越大。

2） 存放時間對顏料組份粘度的影響

雖然顏料組份的粘度主要由非離子型保護膠體來調節，但顏料對粘度也有一定的影響，因為本實驗的這種多彩涂料使用了增粘劑和保護膠體兩種增稠劑，所以整個體系的粘度控制對研制此種多彩涂料是一個非常關鍵的環節。

顏料紅組份是以鐵紅為顏料的顏料組份，它的粘度隨時間的變化如下圖所示：可以看出，顏料組份的粘度隨時間變化不明顯，說明顏料組份的穩定性較好，可以較長時間的存放備用。

圖4—6存放時間對顏料紅的粘度對影響

3）  存放時間對分散相粘度的影響

    顏料紅分散相是在顏料紅組份中加入乳液和增粘劑制備而成的，下面以顏料紅分散相為例，測量分散相粘度隨時間的變化：

         圖4—7存放時間對分散相粘度的影響

    從上表可以看出，顏料紅分散相隨著時間的變化粘度從Ku=95迅速下降到Ku=65，二十天以后粘度基本趨于平穩。這說明分散相是多彩涂料體系中粘度變化最迅速的部分。它的使用時間需要嚴格控制，才能保證多彩涂料的有效成粒和整個體系的穩定。是多彩涂料制備中最重要的一環，因為它直接關系著多彩涂料中最重要的色粒的狀態和性能。

3.  對多彩涂料各組份粘度的要求

    根據前面對于多彩涂料各組份粘度的研究，為了在以下的實驗中有更明確的標準，對其粘度進行準確的控制，對制備過程中使用的各組份規定了下面的粘度要求。(使用QNZ型斯托默粘度計，測量范圍Ku∈[53，141]。)

    為保持分散相與分散介質之間有較大的粘度差，以便于色粒的形成；又由于顏料組份的粘度直接影響分散相的粘度，為使分散相達到較高的粘度必須控制顏料組份達到更高的粘度；規定粘度范圍如下：

顏料組份    Ku∈[120，130]

分散相       Ku∈[90，lOO]

分散介質     Ku<60

    通過圖4-3的數據分析，又考慮到斯托默粘度計的工作原理是在200r／min的條件下測得的粘度，每次測量都對顏料組份有攪拌再分散的作用，為了保證顏料組份嚴格在規定的粘度下被使用，因此保守的把顏料組份的儲存期限規定為兩周。

由于圖4-5中反映出分散相粘度隨時間迅速降低的趨勢，和為了滿足粘度梯度對分散相的粘度要求Ku∈[90，100]，所以分散相僅前三天的粘度為可用范圍。又由于分散相基本為一個涂料組份，而涂料一般制備出來放置24小時后達到比較穩定的狀態，因此規定分散相制備出來放置一天后使用，以保持其最佳的成粒效果。

從圖3-1可以看出，雖然分散介質的粘度波動較大，但其粘度都遠遠低于Ku=60(負荷為95g)時的粘度，甚至低于此粘度計的測量范圍Ku=53，說明這兩種分散介質都能滿足對它們的粘度要求。

其它因素對多彩涂料的影響

1.  助劑對多彩涂料的影響

    水性涂料體系需要加入一些必要的助劑，以提高其流變性、分散性、抗菌性等各種性能。其中，消泡劑和增塑劑對色粒形狀和穩定性均有影響。

    1）  消泡劑對多彩涂料的影響

    乳液在攪拌過程中容易產生氣泡，而分散相的粘度又較高使氣泡形成后不容易消失，因此需要在分散相的制各過程中添加一定量的消泡劑。

    本文比較了兩種常用的消泡劑N和磷酸三丁酯．實驗表明：加入磷酸三丁酯會使多彩涂料體系的粘度迅速增加。涂料中的色粒的第二天即產生粘結，第三天涂料已不能流動，并且分層色粒在上面。消泡劑N沒有這樣迅速增稠的表現，所以選用N為此多彩涂料體系消泡。

    通過對消泡劑N不同加入量(在分散相的質量分數分別為0．5％、1%、2.0%、3.5％、和5％)的比較發現：消泡劑N能夠消泡但并不完全，而且隨著消泡劑用量的增加消泡的效果也徹底的改善。考慮到消泡劑添加較多時，對涂料的成膜也有不利的影響，因此本實驗把消泡劑N的用量確定在1．O％。再通過比如剪切速率的控制，盡量消除色粒中可能存在的氣泡缺陷，多彩涂料達到良好的消泡狀態。

圖5-1 消泡劑對多彩涂料的影響：(A)不添加消泡劑；(B)添加適量消泡劑

2）增塑劑對多彩涂料的影響

    增塑劑的主要作用是削弱聚合物分子之間的次價健，即范德華力，從而增加了聚合物分子鏈的移動性，降低了聚合物分子鏈的結晶性，即增加了聚合物的塑性，表現為聚合物的硬度、模量、軟化溫度和脆化溫度下降，而伸長率、曲撓性和柔韌性提高。因此，加入增塑劑可以提高色粒的彈性，使色粒在分散介質中容易變形，有利于多彩涂料的施工和成膜。

2.   清漆的加入對多彩涂料的影響

    多彩涂料的基本配方中，也就是分散介質部分是沒有成膜物質的。為了制備出多彩涂料的成品，需要在色粒制各后，在基本配方中加入一定量的清漆或色漆作為分散相的成膜物質，而且可以為多彩涂料提供需要的底色。為了方便研究，在此以清漆為例進行討論。

1）  清漆的種類對多彩涂料的影響

    清漆是由乳液和少量的成膜助劑、消泡劑組成的。由于它的主要組份是乳液，所以下主要對乳液進行討論。

    純丙乳液與自制的聚丙烯酸酯一硅溶膠復合乳液的對比實驗如下：

            表5-1乳液對成粒的影響

    從上表可以看出，由于不同種類的乳液密度很可能是不同的，所以在使用時應根據所選擇的不同乳液，來調節顏料組份中顏填料的用量，以期使色粒在體系中達到均勻分布的狀態，從而得到更好的開罐效應。而且不同種類的乳液對體系粘度的影響也可能是不同的，下面以純丙乳液為例研究解決這一問題的辦法。

2） 清漆的用量對多彩涂料的影響

    乳液如果直接與色粒組份相混，體系粘度會迅速增加，在加水也很難完全稀釋開，甚至會破壞色粒。因此，需要先把乳液加入助劑混合均勻制備成清漆，再取適量清漆用一定量的水稀釋后，才能與色粒組份混合。下面足按不同比例作的一組實驗：

表  5-2乳液對牯度的影響

從上表可以很容易的看出，髓著水加入量的增加體系的粘結速度越來越慢。但乳液關系到涂料成膜的性能，色粒的用量關系到多彩涂料噴涂后的直觀效果，需要根據具體的要求，權衡備組份的影響，才能確定最后的配方。

本實驗選用的是水性涂料中常用的純丙烯酸乳液，由于它優異而全面的性能能夠滿足本實驗的要求。它耐水性好，遇堿不易水解，具有高的原始光澤，優良的保光、保色性及戶外耐久性，良好的抗污性、耐堿性及耐擦洗性。

3.  工藝條件對多彩涂料的影響

1） 剪切速率對多彩涂料的影響

    依靠攪拌器的剪切力，把各種顏色的分散相在分散介質中剪切成各種顏色粒子，因此隨著剪切速率的提高，色粒會被分散的越來越小。因此對剪切速率的控制是非常重要的，它直接影響色粒的大小。而且不同的攪拌槳形狀會產生不同的剪切方式，由此形成的色粒形狀也發生改變。

   圖5-2剪切速率對多彩涂料的影響：A)是高剪切速率下的色粒；(B)是低剪切速率下的色粒

    圖5-3剪切方式對多彩涂料的影響：(A)使用分散機制備的色粒；(B)使用攪拌器制備的色粒

2)攪拌時間對色粒的影響

    攪拌的時間過長會使一些色粒分散的太小，逐漸溶于分散介質中而出現滲色現象。一般在實驗室條件下，一公斤之內的樣品，乳液全部加入后分散五分鐘即可。效果類似于剪切速率的影響。

4  多彩涂料的性能的檢測

表5-3多彩涂料的性能指標  

結論

    通過以上對影響多彩涂料性能的各種因素的分析，得到如下結論：

    1．利用保護膠體和增粘劑復配使用，提高了多彩涂料中色粒的清晰度和穩定性，對色粒的大小、形狀、強度等性能都能夠進行有效的調控。因此，增加了多彩涂料的涂刷效果，擴大了多彩涂料的使用范圍。

    2．在分散介質中，選用鈉基增粘劑能起到好的成粒效果。選用焦磷酸鈉能最有效的降低分散介質的粘度；它作為無機分散劑，是通過降低增粘劑在水中的粒徑，從而起到降低分散介質粘度的作用。焦磷酸鈉用量可改變的范圍也是最寬的，這更有助于在制備中準確調節色粒的大小等性能。

    3．在分散相中，非離子保護膠體有利于顏料組份的穩定和對其粘度的提高。顏填料的選用需要根據種類的不同，選擇其在分散相中的不同用量，以達到最佳效果。其中有機顏料對多彩涂料的增稠效果明顯高于無機顏料。

    4．為了便于生產工藝的控制，規定了多彩涂料制備過程中各組份的粘度范圍如下：顏料組份為Ku∈[120，130]，分散相為Ku∈[90，100]，分散介質為Ku<60。以上各組份在制備后至使用前均需滿足規定的粘度范圍。

    5．剪切速率高、攪拌時間長會使色粒減小，反之產生可大色粒；由攪拌器的不同而引起剪切方式的改變，可改變色粒的形狀。助劑對多彩涂料體系也有影響：增塑劑可色粒的彈性，消泡劑種類的不同對體系的粘度也有顯著的影響。

    6．多彩涂料的最佳配比：分散相占35％，分散介質占35％，清漆／色漆占30％。其中分散相的用量可在0-40％之間調節，分散介質和漆料做出相應調節。