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低溫環境下水性外墻涂料的抗泛色性研究,重點分析了低溫環境下水性外墻涂料出現泛色現象的主要因素及相應解決方案
2019年07月15日    閱讀量:535    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

對于水性外墻涂料來說,要求其必須具有較強的適應能力,以確保在不同的氣候環境下都能夠達到相同的保護和裝飾效果。但由于水性外墻涂料主要是以水為分散介質(有機溶劑添加量一般不超過5%),而不像溶劑型外墻涂料那樣可以通過大量加入不同性能的有機溶劑來進行調節,所以適應性極易受到水的限制,如:在過高的溫度下會因水的快速揮發而造成涂膜流平不好、成膜質量差以及色彩鮮艷度差等現象的產生;而在低溫狀態時。


會因水趨向于凝固而導致體系各組分出現相容性問題,使得本已均勻分散的顏料發生絮凝,而若此時再以剪切力分布極度不均衡的滾涂來進行施工,則會導致涂料(非白色或透明色)在施工時出現泛色現象,從而帶來重大損失中國建材網cnprofit.com。而據筆者近幾年走訪的上千個工地統計數據顯示,其水性外墻涂料的施工70%以上都還是以滾涂為主,為此,有必要就低溫環境下引起水性外墻涂料出現泛色的各項因素進行分析,并提出相應的解決方案,以杜絕涂膜在此環境下出現泛色性問題。


1 影響涂膜出現泛色問題的因素

1.1 涂膜出現泛色問題的主要因素

在多種顏料分散體系中,若其中某種顏料過度絮凝或沉降,造成顏料分散體系的分離,則會導致涂膜出現泛色現象[1]。引起顏料絮凝的主要因素是來自于顏料粒子間過強的吸附力,而貝納德漩渦的出現以及各種顏料間較大的密度差則是導致顏料出現沉降的主要原因。


1.2 低溫環境下涂膜出現泛色問題的主要原因

由于各顏料粒子間均衡的吸附及解吸附能力是影響顏料穩定的最主要因素,而其中解吸附的動力又主要來源于分子間的布朗運動,由下面的布朗運動公式可知,涂料分子的位移與溫度成正比,與介質黏度及粒子半徑成反比,即溫度越低,介質黏度越高,粒子半徑越大,則體系的布朗運動就越緩慢。

低溫環境下水性外墻涂料的抗泛色性研究,重點分析了低溫環境下水性外墻涂料出現泛色現象的主要因素及相應解決方案 中國建材網,cnprofit.com

式中:

λ——在時間t內粒子沿某一方位的平均位移;

R——氣體常數;

T——絕對溫度;

r ——粒子半徑;

η——介質黏度;

L——阿佛加德羅常數。

也就是說,在水性外墻涂料中,隨著溫度的降低,體系黏度的增加,各顏料粒子間的布朗運動將逐漸變慢,其解吸附能力也隨之減弱,當體系的解吸附能力遠遠小于吸附能力時,體系的分散平衡狀態就會因各組分的互相吸附而遭到破壞,使得本已均勻分散的顏料發生絮凝,進而導致涂膜出現泛色。所以在低溫環境下,顏料間均衡的吸附及解吸附能力是決定涂膜是否出現泛色的最主要因素。


2 低溫環境下涂膜出現泛色問題的解決方案

2.1 合適的潤濕分散體系

與涂料的其他組分相比,由于潤濕分散劑往往具有高價格及高親水性的特點,所以為了平衡配方成本及保證涂膜具有足夠的耐水性能,在實際應用中水性外墻涂料里潤濕分散劑的實際用量一般都會低于顏料達到理想分散的最小需求量,從而使得涂料往往出現在標準狀態下的一切測試性能均良好,而在實際應用中卻出現泛色的現象,其緣由主要是現場施工環境與標準測試環境出現了巨大變化,從而導致涂料中的顏料發生了絮凝。


由1.2可知,顏料間均衡的吸附及解吸附能力是決定涂膜是否出現泛色的最主要因素。所以如何保證體系的潤濕分散劑在不同的溫度下都具有同等功效將是解決涂膜泛色的首要任務。而表1則是在同一配方體系中,分別對比了不同溫度下各種潤濕分散劑對水性外墻涂料的抗泛色性影響。

低溫環境下水性外墻涂料的抗泛色性研究,重點分析了低溫環境下水性外墻涂料出現泛色現象的主要因素及相應解決方案 中國建材網,cnprofit.com

注:樣品 A#~D#為只改變體系的潤濕劑種類,其他不變;樣品 E#~H#為只改變體系的分散劑種類,其他不變。


由表1所示數據可知:使用低分子量離子型潤濕劑、無機分散劑以及親水性有機分散劑都可以有效改善涂料在低溫環境中的抗泛色性能。其主要原因是由于在低溫環境中,與其他類型潤濕劑相比,小分子量離子型潤濕劑可以直接溶解于水中并形成游離離子,從而具有極強的滲透能力及強烈的布朗運動(由1.2可知,粒子半徑與布朗運動成反比),即具有更強的解吸附能力。相對于有機分散劑來說,無機分散劑的分散作用主要是通過氫鍵及化學吸附來得以表現[2],而由于氫鍵的作用力與溫度成反比(原因是溫度越高,分子間布朗運動越劇烈,則粒子間的距離就越遠,從而造成分子間的氫鍵作用力變弱),所以無機分散劑對顏料的分散性不會隨著溫度的降低而減弱,反而會隨著溫度的下降而逐漸加強。

在干燥過程中隨著水的揮發,涂料中的親水性物質也會隨之被夾帶至涂膜表面,造成涂料中本已均勻分散的親水性顏料與疏水性顏料發生相分離,而由于水在低溫環境下的揮發性極慢,所以容易使得親水性顏料及疏水性顏料具有足夠長的時間去分離并導致涂膜最終出現泛色現象,而由于親水性分散劑可以改善顏料表面的親水性能,所以可以極大地避免體系因各顏料的親水疏水性偏差太遠而出現泛色現象。


2.2 較低的顏料體積濃度(PVC)

在一定程度上,乳液對于涂料來說也就是一個潛在的分散劑,所以當涂料PVC過高時,由于包裹顏料粒子的乳液太少,就容易導致部分顏料表面因出現裸露而沒有足夠的斥力來保持穩定。并且由于體系的黏度會隨著溫度的降低而增加,從而使得各顏料粒子間的距離進一步的靠近,這樣就間接增加了那些沒有足夠斥力的顏料在低溫環境下發生團聚絮凝的可能。而由表2的數據也可看出,相同原料在不同PVC的體系中,其PVC越低,就越有利于解決低溫泛色性問題。

表2 低溫下不同PVC對水性外墻涂料的抗泛色性影響

低溫環境下水性外墻涂料的抗泛色性研究,重點分析了低溫環境下水性外墻涂料出現泛色現象的主要因素及相應解決方案 中國建材網,cnprofit.com

注:樣品 I#~L#為只改變體系PVC,而實際所使用的原料不變。


2.3 良好的防凍性能

由于水的凝固點在0 ℃,所以當溫度接近0 ℃時,涂料就會因水趨于結冰而出現絮凝,從而導致涂料出現泛色現象,但若是涂料的凝固點能夠下降到0℃以下,甚至更低,則引起體系顏料出現絮凝的溫度也就同樣會更低,由表3中所列數據可看出,在相同的配方體系中,良好的防凍性能將有助于改善水性外墻涂料的低溫泛色性問題。

表3 低溫下不同防凍性對水性外墻涂料的抗泛色性影響

低溫環境下水性外墻涂料的抗泛色性研究,重點分析了低溫環境下水性外墻涂料出現泛色現象的主要因素及相應解決方案 中國建材網,cnprofit.com

注:樣品 M#~P#為只改變配方體系的防凍劑添加量,其他不變。


2.4 其他各組分的良好搭配

(1)乳液粒徑及填料吸油量的影響。乳液粒徑越小,則滲透性就越強,對顏料的潤濕性能也就越好,所以在低溫時對顏料的包裹能力也就越強,低溫抗泛色性也會越好;而填料吸油量的影響則正相反,當填料的吸油量越大時,其表面能就越高,相互間的吸附力也就越大,從而使得低溫時各顏料相互間出現絮凝的可能性也就越高。

(2)消泡劑相容性的影響。消泡劑的可溶解性會隨著溫度的下降而變差,其中相容性越差的消泡劑表現則越明顯,這樣就很容易造成低溫時體系因此而出現表面張力不均衡的現象,并形成貝納德漩渦,使得顏料粒子出現不同程度的沉降而導致涂膜出現泛色。

(3)體系觸變性的影響。由2.1中可知,在低溫時,由于水揮發速度的減慢,極易造成親水性顏料及疏水性顏料出現分離而導致涂膜泛色,但若體系有足夠的觸變性以形成一網絡結構時,則可一定程度上阻止顏料的分離,從而改善泛色性問題。

也就是說使用小粒徑的乳液、低吸油量的填料、相容性比較好的消泡劑以及保證體系足夠的觸變性都將有助于改善水性外墻涂料在低溫時的抗泛色性。


3 結 語

由于水性外墻涂料的特殊性,在對其配方進行設計時,一定要注意體系在低溫環境中的適應性能,盡量選擇對溫度影響不敏感的原料進行搭配,并通過選擇合適的潤濕分散劑、盡量低的顏料體積濃度,小粒徑的乳液、低吸油量的填料以及確保體系具有足夠好的防凍性能及觸變性等方式來保證涂料在低溫環境中不出現泛色性問題。


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