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广州荣东化工有限公司
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| 低温环境下水性外墙涂料的抗泛色性研究 |
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0 前 言
对于水性外墙涂料来说，要求其必须具有较强的适应能力，以确保在不同的气候环境下都能够达到相同的保护和装饰效果。但由于水性外墙涂料主要是以水为分散介质（有机溶剂添加量一般不超过5%），而不像溶剂型外墙涂料那样可以通过大量加入不同性能的有机溶剂来进行调节，所以适应性极易受到水的限制，如:在过高的温度下会因水的快速挥发而造成涂膜流平不好、成膜质量差以及色彩鲜艳度差等现象的产生;而在低温状态时，会因水趋向于凝固而导致体系各组分出现相容性问题，使得本已均匀分散的颜料发生絮凝，而若此时再以剪切力分布极度不均衡的滚涂来进行施工，则会导致涂料（非白色或透明色）在施工时出现泛色现象，从而带来重大损失。而据笔者近几年走访的上千个工地统计数据显示，其水性外墙涂料的施工70%以上都还是以滚涂为主，为此，有必要就低温环境下引起水性外墙涂料出现泛色的各项因素进行分析，并提出相应的解决方案，以杜绝涂膜在此环境下出现泛色性问题。
1
影响涂膜出现泛色问题的因素
1.1
涂膜出现泛色问题的主要因素
在多种颜料分散体系中，若其中某种颜料过度絮凝或沉降，造成颜料分散体系的分离，则会导致涂膜出现泛色现象[1]。引起颜料絮凝的主要因素是来自于颜料粒子间过强的吸附力，而贝纳德漩涡的出现以及各种颜料间较大的密度差则是导致颜料出现沉降的主要原因。
1.2
低温环境下涂膜出现泛色问题的主要原因
由于各颜料粒子间均衡的吸附及解吸附能力是影响颜料稳定的最主要因素，而其中解吸附的动力又主要来源于分子间的布朗运动，由下面的布朗运动公式可知，涂料分子的位移与温度成正比，与介质黏度及粒子半径成反比，即温度越低，介质黏度越高，粒子半径越大，则体系的布朗运动就越缓慢。
也就是说，在水性外墙涂料中，随着温度的降低，体系黏度的增加，各颜料粒子间的布朗运动将逐渐变慢，其解吸附能力也随之减弱，当体系的解吸附能力远远小于吸附能力时，体系的分散平衡状态就会因各组分的互相吸附而遭到破坏，使得本已均匀分散的颜料发生絮凝，进而导致涂膜出现泛色。所以在低温环境下，颜料间均衡的吸附及解吸附能力是决定涂膜是否出现泛色的最主要因素。
2
低温环境下涂膜出现泛色问题的解决方案
2.1 合适的润湿分散体系
与涂料的其他组分相比，由于润湿分散剂往往具有高价格及高亲水性的特点，所以为了平衡配方成本及保证涂膜具有足够的耐水性能，在实际应用中水性外墙涂料里润湿分散剂的实际用量一般都会低于颜料达到理想分散的最小需求量，从而使得涂料往往出现在标准状态下的一切测试性能均良好，而在实际应用中却出现泛色的现象，其缘由主要是现场施工环境与标准测试环境出现了巨大变化，从而导致涂料中的颜料发生了絮凝。由1.2可知，颜料间均衡的吸附及解吸附能力是决定涂膜是否出现泛色的最主要因素。所以如何保证体系的润湿分散剂在不同的温度下都具有同等功效将是解决涂膜泛色的首要任务。而表1则是在同一配方体系中，分别对比了不同温度下各种润湿分散剂对水性外墙涂料的抗泛色性影响。
注:样品
A#～D#为只改变体系的润湿剂种类，其他不变;样品
E#～H#为只改变体系的分散剂种类，其他不变。
由表1所示数据可知:使用低分子量离子型润湿剂、无机分散剂以及亲水性有机分散剂都可以有效改善涂料在低温环境中的抗泛色性能。其主要原因是由于在低温环境中，与其他类型润湿剂相比，小分子量离子型润湿剂可以直接溶解于水中并形成游离离子，从而具有极强的渗透能力及强烈的布朗运动（由1.2可知，粒子半径与布朗运动成反比），即具有更强的解吸附能力。相对于有机分散剂来说，无机分散剂的分散作用主要是通过氢键及化学吸附来得以表现[2]，而由于氢键的作用力与温度成反比（原因是温度越高，分子间布朗运动越剧烈，则粒子间的距离就越远，从而造成分子间的氢键作用力变弱），所以无机分散剂对颜料的分散性不会随着温度的降低而减弱，反而会随着温度的下降而逐渐加强。
在干燥过程中随着水的挥发，涂料中的亲水性物质也会随之被夹带至涂膜表面，造成涂料中本已均匀分散的亲水性颜料与疏水性颜料发生相分离，而由于水在低温环境下的挥发性极慢，所以容易使得亲水性颜料及疏水性颜料具有足够长的时间去分离并导致涂膜最终出现泛色现象，而由于亲水性分散剂可以改善颜料表面的亲水性能，所以可以极大地避免体系因各颜料的亲水疏水性偏差太远而出现泛色现象。
2.2
较低的颜料体积浓度（PVC）
在一定程度上，乳液对于涂料来说也就是一个潜在的分散剂，所以当涂料PVC过高时，由于包裹颜料粒子的乳液太少，就容易导致部分颜料表面因出现裸露而没有足够的斥力来保持稳定。并且由于体系的黏度会随着温度的降低而增加，从而使得各颜料粒子间的距离进一步的靠近，这样就间接增加了那些没有足够斥力的颜料在低温环境下发生团聚絮凝的可能。而由表2的数据也可看出，相同原料在不同PVC的体系中，其PVC越低，就越有利于解决低温泛色性问题。
表2
低温下不同PVC对水性外墙涂料的抗泛色性影响
注:样品 I#～L#为只改变体系PVC，而实际所使用的原料不变。
2.3
良好的防冻性能
由于水的凝固点在0 ℃，所以当温度接近0
℃时，涂料就会因水趋于结冰而出现絮凝，从而导致涂料出现泛色现象，但若是涂料的凝固点能够下降到0℃以下，甚至更低，则引起体系颜料出现絮凝的温度也就同样会更低，由表3中所列数据可看出，在相同的配方体系中，良好的防冻性能将有助于改善水性外墙涂料的低温泛色性问题。
表3
低温下不同防冻性对水性外墙涂料的抗泛色性影响
注:样品 M#～P#为只改变配方体系的防冻剂添加量，其他不变。
2.4
其他各组分的良好搭配
（1）乳液粒径及填料吸油量的影响。乳液粒径越小，则渗透性就越强，对颜料的润湿性能也就越好，所以在低温时对颜料的包裹能力也就越强，低温抗泛色性也会越好;而填料吸油量的影响则正相反，当填料的吸油量越大时，其表面能就越高，相互间的吸附力也就越大，从而使得低温时各颜料相互间出现絮凝的可能性也就越高。
（2）消泡剂相容性的影响。消泡剂的可溶解性会随着温度的下降而变差，其中相容性越差的消泡剂表现则越明显，这样就很容易造成低温时体系因此而出现表面张力不均衡的现象，并形成贝纳德漩涡，使得颜料粒子出现不同程度的沉降而导致涂膜出现泛色。
（3）体系触变性的影响。由2.1中可知，在低温时，由于水挥发速度的减慢，极易造成亲水性颜料及疏水性颜料出现分离而导致涂膜泛色，但若体系有足够的触变性以形成一网络结构时，则可一定程度上阻止颜料的分离，从而改善泛色性问题。
也就是说使用小粒径的乳液、低吸油量的填料、相容性比较好的消泡剂以及保证体系足够的触变性都将有助于改善水性外墙涂料在低温时的抗泛色性。
3
结
语
由于水性外墙涂料的特殊性，在对其配方进行设计时，一定要注意体系在低温环境中的适应性能，尽量选择对温度影响不敏感的原料进行搭配，并通过选择合适的润湿分散剂、尽量低的颜料体积浓度，小粒径的乳液、低吸油量的填料以及确保体系具有足够好的防冻性能及触变性等方式来保证涂料在低温环境中不出现泛色性问题。
| | | 来源： 时间：2014-09-19 |  |
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