乳膠漆的制備及其性能測試綜合

1、乳膠漆的制備及其性能測試設(shè)計性實(shí)驗(yàn)一、引言建筑涂料包括水性建筑涂料和溶劑型建筑涂料，溶劑型建筑涂料因其固化過程釋放有毒溶劑，不符合環(huán)保要求而在建筑涂料中受到限制，但由于溶劑型涂料的高分子成膜物耐老化性強(qiáng)、附著力好、涂層光潔、耐沾污、耐磨性、耐酸堿、耐水性等優(yōu)于一般水性涂料，在高層建筑的外墻裝飾中仍在使用。從長遠(yuǎn)看，會被水性氟碳、硅丙等高性能涂料取代。水性建筑涂料分水溶性涂料和水乳膠涂料（乳膠漆），因乳膠漆工藝成熟， 應(yīng)用廣泛 ， 乳膠漆是以聚合物乳液為基料，加入顏料、各種助劑和去離子水，經(jīng)特定加工工藝制備而成。聚合物乳液和顏料構(gòu)成分散相，水為連續(xù)相。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們物質(zhì)生活的不斷提高，

2、環(huán)保意識的增強(qiáng)，對建筑室內(nèi)外裝飾用乳膠漆的要求越來越高。水性建筑涂料的主要成膜物質(zhì)為聚合物乳液。在乳液制造技術(shù)上，現(xiàn)廣泛采用的無皂聚合，核殼聚合，室（常 ）溫自交聯(lián)聚合技術(shù)等等， 為優(yōu)秀乳膠漆制造奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。乳膠漆的品質(zhì)主要由乳液、填料和助劑來決定。其中乳液Tg 的高低制約了乳膠漆的質(zhì)量，彈性涂料乳液的Tg 一般在-22， 成膜性能好，但抗污性能較差，普通乳膠漆乳液的Tg 較高，耐沾污性能好，但成膜性能差。而我國對乳膠漆的標(biāo)準(zhǔn)又定得很低，所以人們很難區(qū)別乳膠漆質(zhì)量的優(yōu)劣。高性能乳膠涂料突出的優(yōu)點(diǎn)是耐候性好，耐水、耐堿、耐酸雨，抗污染性好、附著力強(qiáng)、涂膜吸水性小、透氣性大，是一種具有高性能

3、、高裝飾性的環(huán)境友好型建筑涂料。如：硅丙乳膠涂料經(jīng)納米改性后，降低了表面張力、接觸角、涂膜的孔隙尺寸，使得涂料對基體的潤濕性和流平性有了明顯的改善。對于這種高耐候性、高耐沾污性、高保色性和低毒性的高性能涂料應(yīng)精選優(yōu)質(zhì)的顏料和各種助劑，以形成合理的匹配，并合理安排生產(chǎn)工藝，建立起完善的質(zhì)量控制體系。以發(fā)揮系統(tǒng)的功能，制造出名副其實(shí)的高性能產(chǎn)品。二、乳膠漆的主要成分介紹1 乳膠漆的基料乳膠漆分內(nèi)墻和外墻兩大系列，常規(guī)基料(乳液)主要有醋酸乙烯共聚物和均聚物、乙烯 醋酸乙烯共聚物(eva) 、醋丙乳液、苯丙乳液、純丙乳液、環(huán)氧乳液、聚氨酯乳液，硅丙乳液以及氟碳乳液等。內(nèi)墻乳膠漆的成膜物以醋酸乙烯、苯

4、丙乳液為主，外墻乳膠漆的成膜物主要以苯丙乳液、純丙乳液和硅丙乳液為主。在選擇最低成膜溫度 (mit)時，外墻乳膠漆的mft 應(yīng)高一些，內(nèi)墻乳膠漆的mft 應(yīng)相對低一些。除了考慮乳膠漆的耐老化性、耐沾污性、防水性以外，對乳液的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性等也要進(jìn)行檢測，它們對涂料儲存和運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性影響很大。為提高乳液對基材的附著力，往往在乳液聚合過程中加入少量含羧基、羥基或乙烯基的功能性單體，以增強(qiáng)對金屬、水泥砂漿、木材等底材的附著力。2 乳膠漆用顏填料顏料在乳膠漆中主要提供遮蓋力和裝飾性，填料可提高涂膜的機(jī)械性能和降低涂料成本。顏填料在乳膠漆中所占的比例在多數(shù)情況下都是最大的。在半光和平

5、光漆中，顏填料與乳液的質(zhì)量比多在1.5：1甚至 6： 1 以上，有光乳膠漆中的顏填料與基料比，多為0.4 0.7：1，顏填料在乳膠漆中的作用應(yīng)給予重視。乳膠漆對顏填料的要求可從以下幾方面考慮：(1)給涂料提供合適的顏色，使涂層能夠遮蓋底材，使顏色看上去賞心悅目；(2)影響涂料的光澤，使涂層的光澤增加、降低或消失；(3)改善涂膜的強(qiáng)度，改善涂膜對基材的附著力；(4)使涂膜的耐候性、耐光、耐水、抗酸堿、抗腐蝕、耐損傷等性能有所改善；(5)在盡量不降低涂料綜合性能的前提下，降低成本；(6)改善涂料的流動性和施工性能。滿足以上要求的顏填料，要從其色相、鮮艷度、遮蓋力、折光指數(shù)、粒徑及其分布、吸油值、密

6、度、耐光性、耐熱性、化學(xué)反應(yīng)性、抗?jié)B性、防腐蝕性、易分散性等性能指標(biāo)方面衡量。在乳膠漆中使用最多、效果最好的白色顏料是鈦白粉。鈦白粉分為金紅石型和銳鈦型2 類， 金紅石型鈦白粉具有優(yōu)異的遮蓋力和耐候性， 主要用于外墻涂料中。銳鈦型鈦白粉遮蓋力比金紅石型鈦白粉稍差，且易粉化，多用于內(nèi)墻涂料中。其他白色顏料，如立德粉、氧化鋅等，因其遮蓋力、白度及其它性能不理想，在內(nèi)外墻涂料中很少使用。紅色顏料有：氧化鐵紅、鎘紅、偶氮類有機(jī)紅、高性能有機(jī)紅，如鮮佳紅、永固紅等；黃色顏料有：鉻黃、 氧化鐵黃、偶氮類有機(jī)黃、高性能有機(jī)黃類；黑色顏料有：炭黑、石墨粉、氧化鐵黑等；此外， 酞菁藍(lán)、酞菁綠顏料也較為常用。有色

7、建筑涂料的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是將干粉顏料加入去離子水、各種助劑經(jīng)機(jī)械研磨制成色漿，再與乳液、去離子水、助劑等調(diào)配成成品涂料。這種生產(chǎn)工藝工序長，產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素多，生產(chǎn)管理復(fù)雜，批次間顏色難以一致，花色品種比較單一，機(jī)械難以清洗，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品顏色的多樣性、準(zhǔn)確性、重復(fù)性以及快速的客戶服務(wù)。另外，為乳膠漆選擇顏料時，要注意顏料的鮮艷度、極性，顏料表面處理和分散性問題，還要注意顏料的耐酸堿性以及相容性等問題。有機(jī)顏料耐光等級高、耐候性良好、色彩鮮艷的品種才可用于外墻乳膠漆中。乳液、分散劑、增稠劑等乳液成分都是極性物質(zhì)；而大量用于乳膠漆的顏料，如有機(jī)顏料、炭黑等都是非極性或極性很小的物質(zhì)，有的很難分散或

8、親油性，存在顏料分散后在乳液中的穩(wěn)定性問題，因此對分散劑的選擇和分散工藝提出了較高的要求，不然就會產(chǎn)生絮凝、浮色，發(fā)花、著色力下降、色相偏移、光澤降低、涂料穩(wěn)定性降低等問題。顏料要有較好的耐堿性，主要由于建筑涂料ph 值一般大于8,偏堿性，而作為外墻的水泥砂漿堿性更強(qiáng)，所以耐堿性不好的無機(jī)顏料（如鐵藍(lán)、鉛鉻黃等）不可使用。綜上所述，配色問題也是影響建筑涂料質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。乳膠漆生產(chǎn)中要使用多種助劑，這是乳膠漆的一大特點(diǎn)，但卻不是 優(yōu)點(diǎn)。在乳膠漆的混合體系中，組分間既可能有很好的協(xié)同作用，也可能相互干擾，產(chǎn)生不良影響。因此，調(diào)配乳膠漆的技術(shù)關(guān)鍵是各種助劑的最佳化選擇和配方的平衡。3.1 潤濕

9、分散劑分散劑的主要作用是：使顏填料的表面濕潤，協(xié)助機(jī)械剪切作用將顏填料從二次結(jié)構(gòu)研磨成初級結(jié)構(gòu)（一次結(jié)構(gòu)），并使分散穩(wěn)定化。其作用機(jī)理是：離子型分散劑被吸附于顏填料表面形成雙電層，借同性電荷的相斥使分散體系穩(wěn)定化；另外， 離子型和非離子型分散劑也會在顏填料表面形成親水性吸附層，因位阻效應(yīng)使分散體系穩(wěn)定化。無機(jī)潤濕分散劑有聚磷酸鹽類，如六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、四偏磷酸鈉等，它們價格低廉，分散效果較好，但對乳液的穩(wěn)定性有一定影響； 有機(jī)類潤濕分散劑有陰離子型、陽離子型和非離子型表面活性劑，其特點(diǎn)是分散效果好，但產(chǎn)生泡沫多；另外一類是高分子樹脂類分散劑 （如聚丙烯酸鹽類），其特點(diǎn)是：價格適中，用量較

10、少，分散效果好，泡沫少。3.2 成膜助劑成膜助劑又稱聚結(jié)劑，它能促進(jìn)乳膠聚合物的塑性流動和彈性變形，改善其聚結(jié)性能，能在較低的施工溫度下成膜，又不使涂膜過于柔軟。 成膜助劑是一種易揮發(fā)的暫時性增塑劑，因而不會使于膜太軟或發(fā)粘。選用的成膜助劑一般應(yīng)符合下列要求2 ：(1)能明顯地降低聚合物的最低成膜溫度，并與聚合物的相容性好，是聚合物的良溶劑，有助于提高涂膜的光澤。(2)具有較高的沸點(diǎn)和一定的揮發(fā)速度，但其揮發(fā)速度至少低于水，使聚合物成膜前保留在涂料中，而在成膜后逐漸揮發(fā)掉。(3)應(yīng)微溶于水或具有一定的水溶性，易為乳液粒子吸附而聚結(jié)。滿足以上要求的成膜助劑應(yīng)具有高效、用量少，功能多，滿足乳液多種

11、組分的要求；應(yīng)凍結(jié)點(diǎn)低，利于運(yùn)輸、低溫包裝和儲存；有助于改善涂膜性能，使涂料的成膜性、耐候性、展色性、耐擦洗性等均有較大的提高。常用的成膜助劑有3 類，第 1 類是乙二醇、丙二醇、己二醇、苯甲醇等，它們水溶性強(qiáng)，有防凍作用，但降低成膜溫度的效果較差，加量較大；第2 類是醇醚類(乙二醇、丙二醇、丁二醇醚類)，它們水溶性強(qiáng)，降低成膜溫度的效果一般，加量適中，有防凍作用；第3 類是醇醚 12 等，此類助劑水溶性差，降低成膜溫度的效果好，加量少，毒性小。3.3 消泡劑由于乳膠漆中使用了表面活性劑，如乳化劑、分散劑等，易產(chǎn)生泡沫，會造成涂膜缺陷，使涂膜保護(hù)性能和裝飾性能隨之下降，因此，消泡劑的使用必不可

12、少。消泡劑分硅類消泡劑和非硅類消泡劑，硅類消泡劑效率高，消泡力持久，但分散性較差，易出現(xiàn)過縮孔、油點(diǎn)、 縮邊、再涂性較差；非硅類消泡劑分散性好，不易出現(xiàn)過縮孔、油點(diǎn)、 縮邊，但消泡效率較低。消泡劑的用量一般在0.5%o 5%o 之間，通常，在分散階段加1 2 1 3,涂料調(diào)配階段加1 2 2 3。有時要加入 2 種以上消泡劑，保持消泡性和貯存穩(wěn)定性的統(tǒng)一。3.4 增稠（流變）劑由于水性建筑涂料乳液和顏填料體系粘度太低，沒加入增稠劑之前易出現(xiàn)分層、絮凝、沉淀等問題，涂料的貯存穩(wěn)定性、開罐性能、施工性能都不令人滿意，加入增稠劑之后，改善了涂料的流變性，這些缺陷基本上可以消除。增稠劑的種類很多，主要

13、有無機(jī)增稠劑（以膨潤土、超細(xì)二氧化硅為主 ）、有機(jī)增稠劑（纖維素類、堿溶脹型丙烯酸乳液類、締合型聚氨酯增稠劑 ）。有機(jī)類中纖維素類增稠劑的增稠機(jī)理是由于它們具有很強(qiáng)的吸水能力，在乳液中體積大幅度膨脹，使乳液粘度顯著增加，從而起到增稠效果；堿溶脹型增稠劑的增稠機(jī)理首先在于它自身能吸附在乳液顆粒表面形成包覆層，使乳液粒子的體積增大而導(dǎo)致粘度提高。 其次它還能進(jìn)入水性體系使粘度增大；締合型聚氨酯增稠劑增稠機(jī)理在于它們的分子中存在憎水劑和強(qiáng)極性基團(tuán)，能與乳膠漆的聚合物和顏料發(fā)生締合作用，形成瞬間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這類增稠劑具有優(yōu)異的流變性。在低成本、高含水量的乳液中，羥乙基纖維素具有較高的中、低剪切粘度，有利

14、于乳膠漆的貯存，避免分層，但其明顯的缺點(diǎn)是高剪切粘度太低，豐滿度低，流平性差、易霉變、易飛濺。一般來說，僅用一種增稠劑存在不少缺陷，因此，可根據(jù)乳膠漆的不同要求，按照增稠劑的性能靈活選擇一種或幾種配合使用，發(fā)揮其協(xié)同作用。常見增稠劑的基本性能見表1 。3.5 防霉殺菌劑地球上的霉菌、細(xì)菌等微生物無處不在，無處不有，但是它們的大量繁殖必須滿足一定的條件，如有機(jī)物和氧的存在、濕度、酸堿性、溫度等。 微生物會對乳膠漆帶來很多問題：包裝中的乳膠漆會因細(xì)菌的繁殖而出現(xiàn)脹罐、粘度的下降、顏料沉淀、乳液破乳、變臭變色，最終使乳膠漆報廢。乳膠漆在生產(chǎn)和貯存過程中可能發(fā)生的問題是細(xì)菌帶來的，可通過改善環(huán)境，生產(chǎn)

15、上嚴(yán)格管理及配方措施來解決。在乳液生產(chǎn)的高溫、高濕環(huán)境中，搞好環(huán)境衛(wèi)生是防腐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。防止購進(jìn)的原料帶菌也是一個重要方面，在乳膠漆中加入合適的防腐劑是防腐的根本途徑。乳膠漆漆膜有親水成分，含有微生物的養(yǎng)分，這是長霉的誘因。ph 調(diào)節(jié)劑，但氨水有味道，堿性水溶液對涂膜的耐水性、耐擦洗性有影響，長效乳液應(yīng)選擇 ph 值穩(wěn)定、毒性較小的有機(jī)胺、多酚類防霉殺菌劑。三、乳膠漆的主要生產(chǎn)設(shè)備及使用介紹1 三輥機(jī)主要用途三輥式研磨機(jī)廣泛應(yīng)用于油漆、油墨、墨汁、墨水、涂料、染料、塑料、橡膠、鉛芯、皮革、醫(yī)藥、食品、化妝品及絕緣材料等化工行業(yè)原料的濕式粉碎，它具有粉碎、分散、乳化、均質(zhì)、調(diào)色等多種功能。能使原

16、料高度的均勻混合，兼可回收廢料。優(yōu)點(diǎn)：使用該機(jī)原料粉碎、分散性能好，質(zhì)量穩(wěn)定、操作方便、換色容易、外型美觀，同時可配合砂磨，膠體磨等設(shè)備成套使用效果更佳，適用于各種塑性材料的研磨、煉制。工作原理和流程原料由中后兩輥及兩塊擋料板組成的天然料斗加入，經(jīng)中、 后兩輥的相反異步旋轉(zhuǎn)而引起原料的急劇磨擦翻動，強(qiáng)大的剪切外力破壞了原料顆粒內(nèi)分子之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。再經(jīng)中前兩輥高速的二次研磨，從而達(dá)到迅速的粉碎和分散，進(jìn)而達(dá)到各種原料的高度均勻混合。2 沙磨機(jī)適用領(lǐng)域 臥式砂磨機(jī)適用于涂料、油漆、油墨、顏料、染料、食品、 化妝品、合成劑等行業(yè)。工作原理該機(jī)是連續(xù)操作的全封閉臥式濕法砂磨機(jī)。臥式砂磨機(jī)是連續(xù)操作的

17、全密閉式的濕法研磨分散機(jī)械，由泵浦輸送液體原料進(jìn)入臥式砂磨機(jī)密閉研磨缸內(nèi)，再由主機(jī)推動介子研磨珠高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使原料在狹窄的研磨珠間隙中經(jīng)加壓高速旋轉(zhuǎn)沖擊，產(chǎn)生混合、乳化、分散、搓揉、滾動等研磨功能，迅速將物料顆粒磨細(xì)和分散聚集體，從而達(dá)到原料要求的細(xì)度和很窄的粒度分布范圍。研磨后再由高速旋轉(zhuǎn)的堅硬鎢鋼分離隙縫輸出研磨缸外，而研磨珠仍被留在缸內(nèi)。為一次循環(huán)研磨作業(yè)，連續(xù)循環(huán)研磨細(xì)度可達(dá)5 m 以下。臥式砂磨機(jī)的操作要點(diǎn)第一次啟動臥式砂磨機(jī)時：1）給鋼球無級變速器加N32 機(jī)油至油鏡的一半為止，給臥式砂磨機(jī)油箱加相應(yīng)潤滑油至油鏡的中間位置。并經(jīng)常觀察消耗情況及時補(bǔ)充。 檢查電氣線路是否接通。打開冷卻

18、水開關(guān)，觀察耗水量是否達(dá)到使用要求，用戶可按裝水表備用。2）加入研磨介質(zhì)車開筒體前的油管活接頭，即可從管口裝砂儀表處的或軟管處的均可。根據(jù)臥式砂磨機(jī)說明書推薦值或經(jīng)驗(yàn)將需要的介質(zhì)灌入筒體，研磨介質(zhì)裝入前必須清洗過篩，然后將管道和儀表安裝還原。3）調(diào)整三角皮帶的松緊程度，調(diào)整好儀表的控制范圍。4）臥式砂磨機(jī)的清洗在第一次使用砂磨機(jī)時，由于制造廠為了保證機(jī)器不至因裝箱和運(yùn)輸而使機(jī)件銹蝕，往往加有機(jī)油和黃油保護(hù)機(jī)器，因此在機(jī)器使用時應(yīng)該用溶劑或漆料清洗臥式砂磨機(jī)筒體管路等部件，其辦法是：放入適量的漆料到缸內(nèi)，用泵打入筒體進(jìn)行循環(huán)，同時輕微啟動主電機(jī)使分散盤組件進(jìn)行間歇轉(zhuǎn)動，最后松開出料方頭螺塞，等到

19、全部清洗溶液排干凈后，通入新洗液清洗一下。5）臥式砂磨機(jī)初始工作可選擇10m/s 的分散盤速度進(jìn)行生產(chǎn)，如果主電機(jī)工作電流低于額定電流的20， 出口溫度又低于允許的溫度，那么可以提高速度，反之可降低速度，也可通過調(diào)節(jié)其他參數(shù)來提高效率。在研磨運(yùn)轉(zhuǎn)中，先將泵的無級變速度器固定在某個轉(zhuǎn)速下，待檢查研磨出來的產(chǎn)品細(xì)度后，根據(jù)所需要的產(chǎn)品細(xì)度調(diào)節(jié)流量，泵的轉(zhuǎn)速的調(diào)整和研磨分散循環(huán)次數(shù)的安排，是一個工藝選優(yōu)過程，應(yīng)按具體條件優(yōu)選。注意：臥式砂磨機(jī)停車狀態(tài)嚴(yán)禁調(diào)速。3 分散機(jī)操作要點(diǎn)1）臺式乳化機(jī)先松開剎緊機(jī)構(gòu)，把乳化機(jī)頭手搖至所需要位置，再剎緊，才可工作，移動式乳化機(jī)把手動液壓缸的加油螺釘擰松，擰緊開關(guān)

20、螺釘，按動手柄，使乳化機(jī)頭調(diào)節(jié)至所需要位置，一般處在高于容器底 2-3 倍的乳化機(jī)頭直徑為宜。2）根據(jù)被加工物體的性能要求安裝所需的定子頭，并同時調(diào)節(jié)推力反向葉片處最佳位置。3）工作結(jié)束后使動力頭處于最高位置，便于取出容器。注意事項：接上電源，使動力頭轉(zhuǎn)向與箭頭一致。工作完畢后，動力頭及時清洗干凈。4 拉罐四、 乳膠漆（白色）的一般生產(chǎn)工藝介紹1 將羥乙基纖維素預(yù)制成2 % 的水溶膠，并用 DMAE 調(diào)整其酸堿度。2 色漿的分散將適量的去離子水，WT-105A增稠劑水溶液，R-706 金紅石型鈦白粉，MB-11、 MB-16 防腐劑，074、 082消泡劑溶液，DP-518分散劑、投入拉罐，然

21、后用高速分散機(jī)預(yù)分散。3 色漿的研磨預(yù)將分散好的漿料投入臥式砂磨機(jī)研磨，直至達(dá)到所要求的細(xì)度。4 乳膠漆的調(diào)制把已分散好的色漿放入拉罐，再加入一定量的乳液，074、 082消泡劑，WT-105A增稠劑水溶液，MB-11、 MB-16 防腐劑，丙二醇。再用分散機(jī)低速攪拌。在攪拌中逐漸加入羥乙基纖維素預(yù)溶液以調(diào)整粘度。隨后在攪拌中加入DMAE ，以調(diào)整pH 值在 7.5-8.0 時，再加入Texnanol成膜助劑。當(dāng)全部攪勻后，及時進(jìn)行產(chǎn)品檢測，當(dāng)確定各項指標(biāo)合格后，即可分罐包裝。具體配方見表1 所示表 1 一種白色乳膠漆的參考配方原料名稱配比 /wt.%備注水160 0自制DP-518分散劑14

22、.0-18.0臺灣德謙074、 082 消泡劑溶液5.0-6.0臺灣德謙Texnanol成膜助劑30.0伊士曼WT-105A 增稠劑4.0臺灣德謙MB-11 、 MB-16 防腐劑2.0; 10.0臺灣德謙R706200.0Dupont填料30.0-95.0國產(chǎn)硅丙乳液500.0自制納米硅溶膠50.0自制羥乙基纖維素水溶膠4.0自制DMAE pH 值穩(wěn)定劑適量臺灣德謙其他適量國產(chǎn)五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解乳膠漆生產(chǎn)的配方設(shè)計；2 了解乳膠漆制備的主要設(shè)備和工藝；3 掌握乳膠漆的性能測試選用標(biāo)準(zhǔn)和方法；六、實(shí)驗(yàn)要求1 根據(jù)所學(xué)知識，自擬兩套乳膠漆的制備實(shí)驗(yàn)方案，包括配方、設(shè)備和工藝，制備出5-10Kg 的乳膠漆。擬定方案應(yīng)提交指導(dǎo)老師審閱確定其中一套實(shí)施方案。2 根據(jù)乳膠漆的類型，選用相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)對其質(zhì)量進(jìn)行判斷和評價。3 初步分析乳膠漆的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。4 實(shí)驗(yàn)完畢，寫出完整的設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告。七、其他1 乳膠漆的主要性能指標(biāo)乳膠漆主要性能指標(biāo)見表2表