内外墙乳胶漆原材料选择之一

内外墙乳胶漆原材料选择
          
分析目前国内生产厂乳胶漆产品结构，工程漆、平光可调色（￥5.00-6.00）乳胶漆所占的份额较大，经过努力，目前的乳胶漆性能较前几年已有很大提高，这有赖于所用原材料的性能提高和配方设计师配方的优化结果。设计出低成本高性能的乳胶漆配方，配方设计师根据不同类型的产品，结合产品性能和施工特点，在保证产品质量和合理的成本原则下，选择好原材料，把配方中各材料的性能充分发挥出来，下面分别论述乳胶漆原材料。
1、白色颜料的选择

乳胶漆所使用的白色颜料主要有钛白、立德粉、锌白等。
钛白是最佳白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化学纤维和化妆品。钛白有三种结晶形态：金红石型（RuTile）、锐钛型(Anatase)、板钛(Brookite)。板钛型不稳定，尚没有工业用途。金红石型和锐钛型都属于四方晶系，它们可由X射线衍射鉴别。

金红石是最稳定而且含TiO2量最丰富的晶型。它比锐钛型具有更紧密的结构，这就导致了两种晶体在性质上的许多差异。金红石型TiO2有更高的折射率和比重，而且化学性质更稳定，其熔点为1825℃。锐钛型没有固定的熔点，因为它在熔化之前（700℃）就单向转化成金红石型了。纯TiO2性质非常稳定、不挥发、不溶于水。下面介绍钛白粉TiO2的性质：

1.1 遮盖力与着色力

TiO2最重要的性质就是它有相当高的折射率，这就导致TiO2不透明性和遮盖力远远超过其他的白色颜料。遮盖力的光学本质是颜料和存在其周围介质折光率之差所造成的。高折射率颜料和粒子大小关系较大，低折射率颜料和颗粒大小关系比较小，在同样粒度下，高折射率的颜料要比低折射率的颜料遮盖力高，每条随粒度变化的遮盖力曲线都存在一个最高值。遮盖力是颜料对光线产生散射和吸收的结果，主要靠散射，对于白色颜料更是如此。遮盖力随粒径大小而变化，存在着体现该颜料最大遮盖力的最佳粒度（0.25毫米），在最佳粒径产生最大遮盖力的原因是由于光的衍射，则不能发挥最大的遮盖作用，随粒径的减小，透明性增强，遮盖力越差。当粒径超过最佳粒径（0.25毫米）继续增加，光的散射作用越弱，遮盖力差。

钛白粉不仅有很高的遮盖力，而且有很高的着色力，对于白色颜料比较其着色力使用消色力去进行比较，用加一种蓝颜料去抵消的方法，比较出不同白颜料的着色力。着色力是颜料对光线吸收和散射的结果，主要取决于吸收，吸收能力大，其着色力就高，对于白色颜料，由于它们对光线的吸收作用很少，此时的着色力主要取决于散射，由于散射和颗粒大小关系大，因此白色颜料着色力随粒径变化较明显，而且折射率高变化显著。

从光学上看，反射和吸收都能引起遮盖和消色，白色颜料在可见光的全范围内，几乎能等强度反射所有波长的可见光，因而散射能很大，吸收能很少。所以提高不透明、遮盖力和消色力的主攻方向是提高钛白的散射能力，其次是降低钛白的吸收能力。提高钛白的散射能力的主要手段是使钛白的粒度和粒度分布符合品种要求以及有良好的分散性。减少吸收能力主要靠加工过程中尽可能去除能产生颜色的杂质，提高钛白的纯度来减少光吸收能。

金红石型TiO2、锐钛型TiO2以及立德粉等是乳胶漆制造中最主要的白色颜料，由表1右知，在白色颜料中，金红石型TiO2具有最高折射率，故有最高遮盖力和消色力等光学性能，从表1数据分析，在遮盖方面，金红石TiO2是普通立德粉的5.56倍，锐钛型TiO2是普通立德粉的4.43倍；在颜色强度方面，金红石是TiO2是普通立德粉的6.25倍，锐钛型TiO2是普通立德粉的5.56倍；从使用寿命比较，有钛白TiO2作颜料的涂层比用普通立德粉作颜料的涂层高3倍。而金红石型TiO2晶体结构致密，锐钛型TiO2结构疏松，金红石型折射率高，其遮盖力和消色力比锐钛型约高20%-30%，耐久性也远远超过锐钛型TiO2。

1.2 反射和光泽度

钛白粉对增强涂料、塑料、纸张、纤维、透明釉等的白度和亮度是非常有效的。这是由于它们有相当高的反射率。钛白粉的两种晶型都有非常好的白度，锐钛白略微带蓝色调，而金红石型略趋向米色。虽然金红石型对绝大部分可见光的反射与锐钛型类似，但它吸收了少许蓝光而略带米色。

白色颜料物理性质：颜料的粒径和粒径分布：粒径及其分布对涂料涂膜光泽影响非常大。只有当颜料在最后的产品中分散均匀时，才可能得到最佳光泽。颜料的粒度分布和涂膜中颜料的分布，尽管绝对值不同，但两者呈现的趋向却是一致的。因此，我们只要测量钛白的粒度分布，就能以一定的准确度估计涂膜中钛白的粒度分布。换言之，粒度分布越窄的钛白制成的涂膜表面越光滑，光泽也越高。

白色颜料其它性能：耐化学性、耐酸碱性、耐光性、抗粉化等，金红石钛白耐化学性，耐酸碱性、耐光性、抗粉化都很好。锐钛白不耐紫外降解。

综上所述，乳胶漆生产选择白色颜料一般有以下几方面的要求：
遮盖力方面的要求：乳胶漆使用白色颜料的主要目的是遮盖，能遮盖住基材的底色，使涂膜呈现均一的颜色。不同品种的颜料、不同晶型的颜料、甚至同一晶型不同厂家的白色颜料，因其生产方式、工艺控制的差异，颜料在粒分布，杂质含量等方面都不尽相同，而且颗粒表面处理不相同，分散性不同，使得各颜料在遮盖力方面差别明显。在原材料选择中遮盖力是重点参比项之一。

颜色方面的要求：白色颜料顾名思义是白颜色的呈现体，影响颜色的因素与遮盖力的影响因素一样——颜料的粒径与粒径分布，以及杂质含量影响白色颜料的颜色。

耐性方面的要求；涂料使用的场合不一，对白色颜料的耐性要求也不一样，金红石型TiO2多用在外墙，它有极高的遮盖力、着色力、耐久性方面都不如金红石型，多用在内墙。立德粉易粉化，用于内墙低档工程漆。

分散性方面要求：供应商供应的任何颜料，在储存运输中，由于粒子附聚成次级粒子，因而所购买到的的颜料粒子都不是原始初级粒子。颜料越好分散，分散后的原始粒子越多，漆膜的遮盖力、着色力、光泽越高、涂膜也越光滑。不同牌号的白色颜料，因其粒子的形状、表面处理不一样，分散性不一样，导致同样数量的颜料，涂膜各项性能也不一样。

2 .填料选择

不同种类的填料，其比重、密度、吸油量、颗粒大小、颗粒分布以及填料粒子表面处理等都不同，不同种类填料耐用紫外光降解、酸雨侵蚀能力也不一样，因而在保光、保色性方面表现差异。重晶石、高岭土有良好的保光、保色性，而碳酸钙填料保光、保色性差，耐用酸雨性差。在胶体制备时，浆料的分散对漆膜性能造成影响。虽然同是碳酸钙，不同粒径分布的碳酸钙填料吸油量不同，影响到体系的CPVC值（CPVC=ρB+0.01×OA×ρP），从而影响到涂层的许多性能，超细粒子在干燥过程中运动性能大，易于浮在表面，并且超细粒子需要更多量的黏结料，从而使体系的CPVC下移。另外，填料粉末的水溶份多，给涂料的稳定性带来不利影响。

选择填料时，既要考虑成本，又要考虑其质量、耐性要求。要求它的颜色白，杂质含量少，易于分散，并考虑它对乳胶漆在储存、施工性、调色和耐性方面的影响，对涂层光泽的影响等。在表2所列的常用填料中，轻质碳酸钙堆积密度小，吸油量大，在超CPVC涂料体系中能提高涂膜的遮盖力，但用量过高，吸水量大，分散困难，会影响涂膜的流平性；高岭土、滑石粉、云母粉等的片状结构形态填料能降低水分对涂膜的空透性；硅灰石粉纤维状结构增加涂膜的韧性；重晶石密度大，保光、保色性好，沉淀硫酸钡对丝光漆涂膜光泽影响最小。滑石粉、高岭土、硅灰石、气相二氧化硅等是具有结构黏度的填料，在涂膜干燥过程中减弱涂膜涡流运动，从而调节或改善涂料的涂膜浮色现象；高岭土、硫酸钡耐紫外光降解。

表2常用添料的主要性能对比

填料名

性能

重质碳酸钙
粒子形状圆榴状，易沉淀，要注意与其它悬浮性好的填料一起使用。
轻质碳酸钙
堆积密度小，颗粒细，粒子形状圆榴状，在水性涂料中使用可以提供一定干遮盖力。

滑石粉
六方或菱形板状晶体片状结构，悬浮性好，易粉化。

硅灰石粉
针状、棒状或辐射状纤维结构，耐磨、耐久性好，可改善涂膜浮色性。

高岭土
片状结构，可改善涂膜浮色性，耐紫外光降解。

沉淀硫酸钡
比重大，对涂膜消光最少的填料，耐紫外光降解。

云母粉
透明片状结构，耐候性好。

      3.乳液的选择
建筑涂料用乳液品种可分为：
纯丙乳液
苯丙乳液
硅丙乳液
醋丙/醋叔乳液
          
乳液是主要成膜物质，其性质对制漆和涂膜性质影响甚大，乳液粒径、疏水性、相容性（或稳定性）对乳胶漆的制备影响很大，乳液的粒径、玻璃化温度、耐水、耐碱性、耐紫外降解等性能对涂膜的性能影响很大。由于各类乳液所含单体的亲水性和疏水性不同，所用乳化剂的品种和数量也不同，使得聚合乳液的性能有所差异。如玻璃化温度（Tg）、耐水抗碱性、保光保色性、耐久性以及粒子极性等都不一样；乳液配方、工艺的差异使得乳胶粒子表面的疏水情况、乳胶粒子的粒径大小及粒径分布不一样。商品乳液在粒度与粒度分布上有着广泛的差异，乳液粒径小，粒子容易运动，易进入颜填料粒子的间隙，趋向于同颜料粒子紧密接触，因此，较细粒度乳液有较高的临界颜料体积浓度（CPVC），能使涂膜产生较高的光泽，提高涂膜的附着黏结能力。此外小粒度乳液有较好的渗透性，适合于多孔的底材涂饰。小粒度乳液有较大的表面积，表现在：乳液有较高的黏度，与聚胺脂类增稠剂有较强的吸附，通常能更加有效地提高乳液或乳胶漆的低剪、中剪黏度。

          
商品乳液在表面疏水性上也存在差异，因为它们的组成不同，制备过程中所用表面活性剂和稳定剂不同，如果乳液合成所用乳化剂量大，则在选用聚胺脂类增稠剂增稠时，低剪黏度的提高受到一定的限制；使用表面活性剂做乳液保护剂者与选用HEC做乳液保护剂者，两者乳液黏度将不一样，后者一般高于前者；乳液聚合物组成上的差异也会造成性能上的差异，醋酸乙烯均聚物比醋酸乙烯与丙烯酸酯的共聚物更为亲水，而纯丙或苯丙一般最为疏水，但在乳液制备中常有丙烯酸或甲基丙烯酸参与共聚，则增强了乳液粒子的表面亲水性，将部分抵消了粒子内部的疏水本质。 
        
因此乳胶漆在制备与应用中，许多性能对乳液种类与用量是很敏感的，应根据乳胶漆性能选择乳液，根据所用乳液性特征选择适宜助剂。例如：高PVC乳胶漆，乳液量少，填料量多，需要更多、黏结力更强的乳液粒子，因而选用粒径细小、玻璃化温度较低的乳液人作为黏结料；外墙乳胶漆涂膜之中，还要抗高温回粘性、抗沾污等，乳液要求有较高的玻璃化温度、耐紫外光降解等性能。乳液的选择会影响到增稠剂的选择、漆膜的浮色发花等。强疏水性的假塑性增稠剂对粒径细小的乳液粒子吸附作用较强；选择不同性质的乳液，对涂料的浮色发花、涂料的储存稳定影响很大。透彻了解乳液性能，分析病因，最终采用适当的手段，解决由乳液特性带来的漆病。例如乳胶粒子表面的性质导致色浆粒子絮凝——色浆-黏结料絮凝，可选用适当的表面活性剂改性色浆或乳液粒子的表面性质，从而调整粒子的运动特性，最终改善由色浆-黏结料絮凝引起的浮色发花（助剂有COGNIS公司Hydropalat100、Hydropalat188A、DisponilO5、HyonicPE-100、Hydropalat306等）。

乳液的相容性：即为它的化学稳定性，配置乳胶漆时，颜料、分散剂、消泡剂、成膜助剂、防霉剂等，如这些材料与乳液不能相容或相容不佳时，它们一旦与乳液相混，严重的会引起破乳，轻则会影响成膜后的各项性质。乳液稳定性差（如大多数纯丙乳液），配置的涂料储存黏度不稳定，可选用表面活性剂如COGNIS公司的Hydropalat306解决，提高涂料储存稳定性。