水性多彩涂料的研究与制备

1、北京化工大学硕士学位论文水性多彩涂料的研究与制备 姓名:秦明明申请学位级别:硕士 专业:材料物理与化学 指导教师:吉静 20090602摘要水性多彩涂料的研究与制备摘 要多彩涂料是涂料中含有和漆料不相容的色彩不同、大小与形状 各异的颗粒状物质,组成的一种复合的悬浮分散体涂料。它通常包 含有两种或两种以上的颜色颗粒,形成的色彩图案多样。一次施工 即能得到深浅层次不同的多彩花纹,并能适应砂浆、灰浆、混凝土、 石膏板、木材等多种建筑材料,使用后能收到显著的装饰效果。 本文通过保护胶体和增粘剂复合成粒体系制备的水性多彩涂 料。分别就增粘剂、多聚磷酸钠、保护胶体、颜填料等主要组分对 分散介质(连续相和分

2、散相(颜色颗粒的影响进行了研究,并 对多彩涂料组份的配比、性能等问题进行了探讨。结论表明:1.在分散介质中,钠基增粘剂有好的成粒效果。选用焦磷酸钠,作 为无机分散剂,通过降低增粘剂的粒径,从而降低分散介质粘度。 焦磷酸钠用量范围大,有助于在制备中准确调节色粒的大小。 2.在分散相中,非离子保护胶体有利于颜料组份的稳定和粘度的提 高。颜填料的选用需要根据种类的不同,选择其在分散相中的不 同用量,以达到最佳效果。其中有机颜料对多彩涂料的增稠效果 明显高于无机颜料。3.为了便于生产工艺的控制,规定了多彩涂料制备过程中各组份的 粘度范围如下:颜料组份为Ku120,1301,分散相为Ku90, l001

3、,分散介质为Ku<60。以上各组份在制备后至使用前均需 T北京化T人学硕上学位论文满足规定的粘度范围。4.剪切速率高、搅拌时间长会使色粒减小,反之产生可大色粒;由 搅拌器的不同而引起剪切方式的改变,可改变色粒的形状。助剂 对多彩涂料体系也有影响:增塑剂可调整色粒的弹性,消泡剂种 类的不同对体系的粘度也有显著的影响。5.多彩涂料的最佳配比:分散相占35%,分散介质占35%,清漆/色漆占30%。其中分散相的用量可在0-40%之间调节,分散介质 和漆料做出相应调节。关键词:多彩涂料,保护胶体,增粘剂,多聚磷酸盐,水性建筑涂 料lI摘要RESEARCH AND PREPAR玎IoN oF THE

4、:ALTERIN.,ATER MUIJICoLoR CoATINGS ABSTRACTMulticolor coating is a l(ind of composite dispersion suspended coating.It comprises of different colors,size and shape of the granular which are incompatible with dispersed medium.It usually contains two or more of the color particles,and can form a variet

5、y of color pattems. This article produces a water-inwater multicolor coating by utilizing protective colloid and tackifier composite system to form colorful particles.The effects of tackifier,sodium polyphosphate on the dispersion medium(continuous phaseand of protective colloid and pigment on the d

6、ispersed phase(color particlesare studied respectively. Funh%the performance of multicolor coating is characterized. Specific conclusions obtained are as follows:1.In the dispersion medium,Na-tackifier can acquire the best results into forming granules.Sodium pyrophosphate is the most effective to r

7、educe the viscosity of dispersion medium.As a kind of inorganic dispersants,sodium pyrophosphate reduces the dispersion medium viscosity by minishing the particle size of tackifier in water. According to the amount range of sodium pyrophosphate most wide, III北京化工人学硕.I二学位论文Sodium pyrophosphate redoun

8、ds to more accuratly adjust the particles size and strength.2.In the dispersed phase,nonionic protective colloid is selected into pigment composition in favor of stability and improvement of its viscosity.In order to achieve the best results,choose pigments different amount according to their differ

9、ent types.The thickening effect of organic pigments is significantly higher than inorganic pigments.3.In order to facilitate the control of production processes,prescribe the viscosity of each group in multicolor coating production.Those are as follows:Color components Ku120,130,dispersed phase Ku 9

10、0,100,dispersion medium Ku<60.Each group is more than prepared to use after the procedure would require to meet the scope of the provisions of the viscosity.4.High shear rate and long mixing time will reduce the colorful particles,on the contrary,will produce large colorful particles.The granule

11、shape will change with the different shear mode of the stirrer Oar.The effects of additives on multicolor coatings:Plasticizers Can change the flexible of the colorful particles;different Defoamers have significant impacts on the viscosity of the multicolor coating system. 5.The best ratio of the mu

12、lticolor coatings:dispersed phase is 35%, dispersion medium is 35%,varnish/paint is 30%.The amount of摘要dispersed phase can adjust between 0-40%,dispersion medium and paints need to make the corresponding adjustment.KEY WORDS:multicolor coating,protective colloid,tackifier, polyphosphate,waterbome ar

13、chitectural coatingV北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。作者签名:煮咀蜩 日期:关于论文使用授权的说明.渺9.参j学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘,允

14、许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部 或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在土年解密后适用本授 权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。作者签名:导师签名: 日期:日期:.号、6.弓北京化工大学硕Ij学位论文1.1前言第一章绪论涂料基料中悬浮有和漆料不相容的色彩不同,大小与形状各异的珠状物质即形成 多彩涂料(multicolor coating。多彩涂料通常包含有两种或两种以上的基料。形成的 色彩图案多样,可以随意选择。采用以喷涂为主的施工方法。一次喷涂即能得到深浅 层次不同的多彩花纹,

15、并能适应砂浆、灰浆、混凝土、石膏板、木材、FC板、塑料等 多种建筑材料,也可用于钢材等金属表面的涂装,使用后能收到显著的装饰效果,并 保持长时间(如10,-,15年不变色。本研究主要关注用于墙面装饰的多彩涂料,得到 的涂层光泽优雅,优于壁纸。通过添加适当的助剂,可使饰面具有防水、防潮、防油、 防火、防化学品等性能.能够用水洗刷,适于宾馆、饭店、商业楼、办公用楼以及一 般居室的内外墙装饰。n吲我国一些厂从1990年开始引进英、英、日等国多彩涂料生产技术,然后这些厂又 向国内其它生产厂家转让技术,经过十几年时间的发展,已有许多厂遍布全国。u们1.2多彩涂料的种类多彩涂料由连续相或称分散介质,以及分

16、散相组成,连续相低浓度、低粘度;分 散相则高浓度,高粘度,并且含有着色颜料。在搅拌作用下,不同颜色的分散相分别 被分散到连续相中形成肉眼可见的细小的粒条或粒滴,然后进行混合。也可一次性将 不同颜色的着色基料分散到介质中形成多彩涂料。根据两相的性质。多彩涂料可以分 为四类:1H71水包油型多彩涂料是一种把各种颜色的磁漆,均匀、稳定地分散在含有保护胶成北京化T火学硕.1j学位论文分的水溶液中,形成复杂的油和水互混的二相体系。连续相为水相,系合成树脂乳液, 甲基保护胶体水溶液等;分散相为油相,含溶剂和硝基保护胶体、甲基苯乙烯/丁二 烯共聚物,改性醇酸树脂等成膜物质,加入填料、颜料等助剂。它既具有油漆

17、的高光 泽,良好的耐水、耐碱、耐洗擦等优良性能、又具有水性建筑涂料附着力强、透气性 好等特点,使得多彩涂料的性能指标、质量要求不同于一般涂料。油包水型多彩涂料的连续相为油相,分散相为水相,在连续的油相中加入耐碱性 的氯乙烯树脂漆、丙烯酸树脂漆;在分散的水相中加入高粘度的各种合成树脂漆而制 成。这类涂料的遮盖力很大,具有很强的表面粘接能力,耐碱性强,有较好的花纹饰 面,但价格高,溶剂有严重的危害和污染。连续相和分散相均为油相,但溶剂互不相溶,主要适用于金属的涂装,且文献报 道很少。具有溶剂型涂料的缺点。即水性涂料,这是在水性乳胶漆中加入可凝胶化的水溶性涂料分散而成。通常把 两相简称为A组分和B组

18、分,通常它们带有相反的电荷,两组分混合时即在粒子的接 触表面产生凝胶化。但也有的并不需要特殊的阳离子物质,而是使用蒙脱土和Na3P04等无机盐。如果按照多彩涂料的干燥成膜温度,可分室温干燥型和烘烤型两大类别。前者主 要靠加入催干剂让溶剂或水分在室温下挥发促进成膜,绝大多数多彩涂料都是这种类 型。而后者则必需加热到较高温度成膜,涂层非常牢固,用于金属表面装饰。1.3W/W型多彩涂料的基本原理w/w型多彩涂料,实际上是种以水性乳胶涂料的小液滴构成涂料的分散相, 保护胶水溶液构成连续相的多相悬浮体。要得到均匀、稳定的这种悬浮体,就必须实 行把水性乳胶涂料滴加到保护胶水溶液中这一过程。同时在这一过程中

19、不发生保护胶 水溶液对水性乳胶涂料的稀释,乳胶涂料的凝结以及颜料向保护胶溶液中渗透等。 w/w型多彩涂料是以具有原乳胶涂料配比物的小滴分散其中,形成保护胶水溶 2北京化工人学硕上学位论文液连续相包裹着乳胶涂料小滴的悬浮体。要实现这种“水包水"的悬浮体,就必须在 把水性乳胶涂料分散于保护胶水溶液中的瞬问,在涂料滴的表面形成一层不溶于水的 柔性膜,这层柔性膜除了能够阻止膜内涂料组份及膜外的保护胶液组份互相扩散外, 还防止颜料滴之间发生聚集、凝结。喷涂施工后,起先湿膜中的涂料滴仍保护在水相 中的悬浮状态,随着涂膜中水分的挥发,涂料滴相互堆砌、融合,最终形成牢固的多 彩花纹涂膜。n83分散相

20、散介质连续相栅玎态敷嚣麟料湿膜干燥图卜l W/W型多彩涂料及其成膜过程Fi91.1wator-bas倒l multicolor coatings and film-forming process1.4多彩涂料的研究进展吴英君n91等人在国内率先研制成功了水包油型多彩涂料。它是以各种着色磁漆借 助于特殊制备工艺分散于水性保护胶介质中的悬浮状单组分、多色彩的室内装饰涂 料。此种涂料是由成膜物质、增塑剂、颜料、溶剂、保护胶体所组成。它的各项性能 指标均以达到或超过国外同类产品。北京化工人学颂I:学位论文季永新乜们等人研究了松香树脂(即422树脂对涂膜的光洁度、耐洗刷性、流平 性等的影响,而且优化组合

21、得出422树脂最佳用量对提高多彩涂料质量的重要作用。 庄稼乜¨等人用废聚苯乙烯代替部分价格昂贵的成膜物,制得低成本水包油型多彩 涂料,具有良好的经济效益。还介绍了该涂料的组份选择、配方、生产工艺和性能指 标;讨论了废聚苯乙烯量、配制色粒的温度、保护胶溶液浓度、搅拌速度、搅拌时间、 粘度、施工方法等因素对涂料性能的影响。徐峰乜23分析了硝化棉类水色油多彩涂料的毒性来源和成本高的因素,使用溶剂 选择标准的基本原理,对毒性溶剂用量大、成本高的硝化棉类水包油多彩涂料的溶剂 重新进行选择。所进行的重新选用溶剂的试验研究取得了很好的结果,大大降低了溶 剂的成本,并使涂料的毒性也显著降低,减轻了对

22、环境的影响。张海剐231等人利用回收的聚苯乙烯(PS泡沫塑料制各了一种价格低廉并具有优 良的装饰效果和耐水性的水包油型多彩涂料。介绍了其基本组成和制备工艺,讨论了 制备过程中原材料、配比、工艺参数、技术经济分析等影响因素。邱侃胁3用改性硅灰石粉部分替代钛白粉应用在水包油多彩花纹涂料的生产中,对 降低多彩花纹涂料的成本取得了明显的效果。Edward W.Lewandowski位鄙等人制备了一种水包油型多彩涂料。它是先把高分子 材料溶解在有机溶剂中,形成一种粘稠的溶液;然后把这种粘稠的溶液与油性的颜料 一起研磨;再把一种水性聚合物乳液加入上面制得的混合物中,使混合物粘度进一步 增加;最后把这种混合

23、物边搅拌边加入到水性乳胶基涂料中。这种涂料适用于固体表 面的刷涂、滚涂或喷涂。孙幼红啪,等人对水包水型多彩涂料的制备过程是目前可以查到的最新的制备过 程。他们是在乳胶漆中添加另一种天然高分子物质,利用其凝胶性能来制备多彩涂料, 得以在已分散的色漆颗粒表面形成一层柔软的保护膜,从而阻止其二次凝聚。由于使 用了综合性能较好的乳胶漆,漆膜性能理应比单纯的聚乙烯醇类涂料好。下面是甘文君瞄1等人对水包水型多彩涂料的另一种制备方法:他们以丙烯酸树脂 中和物和有机合成树脂乳液作为主要成份,加入多种颜料,配制成水包水型的多彩涂 料,使得一次喷涂即可得到美观的花纹和色彩。并且,颜色及颗粒大小可根据需要调 整。水

24、溶性的丙烯酸树脂中和物和多种颜料的混合物作为分散相,于合成树脂乳液的 分散介质中分散。凝胶化试剂使得分散相粒子表面凝胶化,从而使不同色调之间互不 相溶,得到两种或两种以上色彩的多彩涂料,色彩丰富且具有立体效果。顾志峰啪1研制的水包水多彩花纹涂料是以苯丙乳液为主的有机、无机复合型的内、 外墙装饰涂料。其中主要介绍了改性聚乙烯醇胶水的制备工艺,并以此作为彩粒成型 4北京化工人学硕士学位论文剂,应用非离子型保护胶体增粘剂复合增稠剂做抗沉剂和稳定剂,与苯丙乳液等 成膜剂、无机颜料等制成无毒、阻燃的水性多彩涂料。W/W型多彩涂料是通过制备稳定色粒和调整工序来进行的。何声太啪1等人在制 备稳定色粒的过程中

25、,对分散剂的和交联剂的种类和用量进行选择和控制,配合其它 组份的调整、改性而制备稳定色粒,工序的调整使涂料具有更完善的性能。李振玉啪1的实验采用的不溶体系为保护胶体醚/无机盐体系。此实验选用保护胶是 非离子型保护胶体,它性能稳定,但耐水性较差。不溶剂是一种无机盐。当水性乳胶 涂料在保护胶水溶液中分散时,它能与涂料彩粒表面的亲水凝胶迅速反应生成一层柔 性膜,保证彩粒稳定存在于连续相中。汤小平啪1以甲壳糖为成膜剂,通过掺入彩色短纤维后混入交联剂,得到室内装饰 多彩涂料。与常用的该类多彩涂料相比,其具有低温干燥快,不易霉变、无需较贵的 添加剂等优点。可望用于环保型涂料研究,并开辟其应用新途径。外文文

26、献多为专利。Anthony Brian James口¨研制了一种多彩沥青基的乳液涂料。 它由三部分水基载体、乳化沥青基料和至少一种颜色组分混合而成。通过调节颜色组 分的相对粘度和胶粒强度从而阻止其与乳化沥青基料相混。最终产品的耐磨性更高, 与传统的屋顶材料,比如沥青屋面板来说,其应用更简便且价格更便宜。多彩沥青基 乳液涂料的制备工艺是先分别制备水基载体、乳化沥青基料和颜色组分,然后把乳化 沥青基料与水基载体相混和,最后把所需的多种颜色组分加入其中。Rossetti Edoardob21也介绍了一种制备多彩涂料的方法。这种涂料的基料中有阳离 子增稠剂和重金属或三价金属的无机盐。多彩涂料

27、还包括不溶性沉淀的颜料粒子,每 一种基料都是一种的颜色。在连续相的乳液中需要加入足够量的无机盐以形成不溶性 沉淀的颜料粒子这一分散相反应物。Bollini Germano1的专利中介绍的水性多彩涂料体系是水性的颜料粒子分散在含 有成膜物质的水性分散介质中。为了提高涂料的稳定性和实际应用中耐刷涂和滚涂的 能力,颜料粒子需要与以下物质相互作用:亲水性胶体、多糖类物质和丙烯酸酯,还 必须含有Fe3+、A13+、Ca2+和M92+其中至少两种金属阳离子。Lynch EJamesml等人对聚氨酯基多彩涂料也进行了一系列研究。聚氨酯基水包水 型多彩涂料由分散相和连续相两部分组成,这一特性有利于提高涂料在物

28、体表面的涂 刷过程。分散相主要包括:一个水分散的惰性成膜的交联的聚氨酯体系,羟基(低烷 基的保护胶体,季铵盐类的水溶性保护胶体醚,可形成胶体溶液的粘土和水。连续 相主要包括类似的聚氨酯体系,一种水溶性的交联成膜的压敏胶粘剂,成胶性粘土和 水。5北京化T人学硕I:学位论义陈忠祥。堪3等人开发出一种新型的仿瓷多彩涂料,该涂料采用自制的多彩色浆,添 加到以交联剂和增粘剂进行改性的仿瓷涂料中,分散均匀后,一次性涂刮到墙上,呈 现仿瓷多彩涂料的效果。张惠娣。玎1等人用新型的技术工艺路线,将普通涂料技术与高档多彩花纹涂料技术 相结合,开发研制了彩色星点涂料。彩星涂料本身为粘稠状液体。通过喷涂的方式, 在压

29、缩空气的作用下,被吹散于施工面上,形成形态一致的圆点状饱满颗粒涂层。 卢荣明等人通过对引进的德国技术进行消化吸收,采用独特的施工技术,研制 出鳄鱼新多彩花纹内墙漆。它含有的特殊彩片是从德国ALLIGATOR公司引进的高新 技术产品,其以特制的合成共聚乳液、填料和颜料经特殊的加工工艺制得的固体不规 则片状和条形彩色薄片。其耐水耐碱性优良,不泛黄变色,同时还具有施工方便,适 用面广,颜色柔和协调,不同颜色彩片容易相互混合,不会褪色,修复方便的特点。 而且通过不同颜色或形状的彩片混合,得到风格各异又具有复合色彩的立体涂层。彩 片为固体形态,重金属含量远远低于GBl8582国家标准,VOC为零,且不存

30、在储存稳定 性问题。李慧扬口叩等人研制了膨胀型水包水多彩防火涂料。选择水溶性难燃树脂氯丁乳 液、聚醋酸乙烯乳液作为基料,选择磷酸铵盐作为脱水成碳催化剂,选择阳离子保护 胶体和阳离子淀粉作为主要成碳剂。把配制好的连续相倒入带有搅拌装置的容器中, 调节搅拌速度,然后把配制好的2种或2种以上不同颜色的单色分散相依次以细流状 缓缓加入。连续相与分散相以1:1l:5混合为宜。两者粘度比约为1:78,但两 者的相对密度应趋于一致。这样形成的多彩悬浮体系贮存稳定。喷涂无困难。胡涌东H们等人以着色聚合物微球和水性乳液为主要原料制得的水性多彩绒面涂 料具有仿鹿皮和多彩的视觉效果,无毒无味,耐水,耐洗擦。选用合适

31、的聚合物树脂 经溶剂法或着色法均可制得较理想的绒毛粉。绒毛粉的粒径控制在10-一100pm之间, 外观呈球形粒子,可配制成优雅柔和,绒感强的水性绒面涂料。不同颜色的绒毛粉相 互混合后可配制具有多彩装饰效果的绒面涂料。Raymond A."vincentHu发明了一种新型多彩涂料的喷涂设备。这种多彩喷涂设备 有一个或多个喷枪,在供料处有一个小而简单的颜色转换阀,通过转换阀的调节可以 选择喷出涂料的颜色和用量。1.5多彩涂料的发展趋势附刀目Iji,多彩涂料活跃的研究课题及发展趋势有以下几个方面:(1大力开展W/W型无毒无味多彩涂料的研究,克服0/W型多彩涂料使用有毒 芳烃溶剂的这一缺点,

32、但保持0/W型多彩涂料的华丽外观优点。(2积极研究和发展耐候性好,性能优异而美观的外墙用多彩涂料,扩大多彩涂 6北京化-丁大学硕上学位论文料的使用范围。(3发展可刷涂、可滚涂的多彩涂料,克服目前施工只能采用喷涂且机具复杂, 对家庭装饰造成一定限制的缺点。(4发展功能性多彩涂料,如高阻燃型、防霉型、抗静电型等多彩涂料。1.6本课题的目的和意义椭幻现在大多数的多彩涂料都是基于水油不相容的特性而制备的。这种不相容性保持 了不同颜料的分散,从而在一种涂料中产生出多彩的体系。这样的多彩涂料必然包含 一种或多种有机溶剂。有机溶剂有很大的缺点:有毒,易燃,而且污染环境。随着现 在对环境问题关注的增加,需要我

33、们减少甚至消除有机溶剂在涂料中的使用。因此研 制水包水型多彩涂料不仅前景广阔,而且意义重大。多彩涂料可以用于涂刷需要多种颜色的表面。一般来说,它有一种主要颜色加上 一些大点、小点或条纹状的其它颜色。利用多彩涂料可以模拟壁纸的状态。而且,多 彩涂料的很多应用都是不能被壁纸所代替的。比如,多彩涂料可以很容易的涂刷不规 则的表面,还可以用于外墙涂刷。实际上,多彩涂料对于粗糙表面的涂刷也有非常大 的优越性。正常来说,多彩涂料要比壁纸便宜得多。其主要性能特点如下:(1色彩 丰富,图案变化多样、生动活泼、雅俗共赏;(2性能优异,耐水、耐油、耐化学药 品、耐洗刷:(3涂层一气呵成,无接缝、无卷边、无霉变,有

34、取代壁纸的趋势;(4 对基层的适应性强,可在各种建筑材料上使用;(5一次喷涂,施工方便,缩短工期。 因此,多彩涂料是目前装饰建筑材料中的更新换代产品,有着十分广泛的发展前 景。7北京化T人学硕上学位论文2.1实验原料与试剂第二章实验部分表21中列出了实验主要的化工原料与试剂的规格及产地。表2-1实验原料与试剂Table 2-1Chemical material and agents原料与试剂 分子式(备注 纯度 生产厂家氨水4群乳液 DA-02消泡剂N 磷酸三丁酯 邻苯二甲酸二丁酯 Texanol轻质碳酸钙 重质碳酸钙 钛白粉 铁红铁黄铁黑铬绿有机红色浆 有机蓝色浆 LapDInor lIno

35、r2Inor3Inor4Inor5Inor6非离子型保护胶体NHdoH纯丙烯酸乳液分散剂消泡荆消泡剂增塑剂成膜助剂颜填料颜填料颜填料颜填料颜填料颜填料颜填料颜填料颜填料增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂保护胶体8化学纯工业品化学纯工业品分析纯分析纯工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品工业品北京益利精细化学品有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司 北京市通州互益化工厂 北京金嘉源建筑材料有限公司 北京化工厂北京化工厂美国伊士曼化工公司 北京国利超细粉体有限公司 北京国利超细粉体有限公司 北京国利超细粉体有限公司 德国朗胜公司

36、德国朗胜公司德国朗胜公司德国朗胜公司北京金嘉源建筑材料有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司 洛克公司北京金嘉源建筑材料有限公司 浙江物产国际贸易有限公司 浙江丰虹粘士化工有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司 北京金嘉源建筑材料有限公司离子型保护胶体 焦磷酸钠 三聚磷酸钠 六偏磷酸钠 氢氧化钙北京化工大学硕士学位论文保护胶体NagP207。10H20NasP30io(NaP036Ca(OH2工业品分析纯分析纯分析纯分析纯北京金嘉源建筑材料有限公司 广东省汕头市西陇化工厂 天津市福晨化学试剂厂 广东省汕头市两陇化工厂 北京益利精细化学晶有限公

37、司2.2实验装置与设备LP2102电子天平:常熟市衡器厂;FG.04高速分散机:江阴精细化工机械厂;JJ.1精密定时电动搅拌器:江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司QNZ型斯托默粘度计:天津市建筑仪器试验机公司NDJ一1旋转粘度计:上海群旭科学仪器有限公司BIC.Zeta电位仪:Brookhaven Instruments Corporation可调压喷枪:福建省泉州市力达机械有限公司空气压缩机:福建省泉州市力达机械有限公司2.3实验方法颜料组份由保护胶体、颜填料、分散剂、氨水和水组成。分散相是在颜料组份中再加入乳液、成膜助剂、消泡剂和增粘剂水溶液。图2-1多彩涂料生产工艺简图Fig 2-1Pro

38、duction process of multicolor coating9北京化丁人学硕I:学位论义斯托默粘度计是在定转速200r/min的情况下,测量所需砝码的重量,其所对应的 Ku值即为斯托然粘度值。试验中需用它来测量分散介质、颜料组份和分散相随时间 变化及原料种类和用量变化的粘度值。(1配制增粘剂悬浊液并测量其粘度分别把钙基增粘剂和钠基增粘剂加入水中分散为3%的悬浊液。用旋转粘度计分别 测量悬浊液在不同时间和剪切速率条件下的粘度。(2配制加入多聚磷酸盐的增粘剂悬浊液并测量其粘度把钠基增粘剂加入水中分散为3%的悬浊液,并同时加入一定量的多聚磷酸盐。用 旋转粘度计分别测量悬浊液在剪切速率为

39、60r/min的条件下粘度,并测量粘度随多聚 磷酸盐用量的改变产生的变化。按GB/T 1733.1993甲法规定进行。试板投试前除封边外,还需封背。将三块试 板侵入GB/T 6682规定的三级水中,如三块试板中有两块未出现起泡、掉粉、明显变 色等涂膜病态现象,可评定为“无异常"。如出现以上涂膜病态现象,按GB/T 1766进行描述。试验温度:23±2,浸泡板的三分之二,马口铁板的尺寸为120×25×(O.20.3一。按GB/T 9265规定进行。如三块试板中有两块未出现起泡、掉粉、明显变色等涂 膜病态现象,可评定为“无异常",如出现以上涂膜病态

40、现象,按GB/T 1766进行描 述。碱性溶液为在100mL水中加入O.129氢氧化钙,充分搅拌,pH值应达到12.13。 石棉水泥板的尺寸为150x70x3nl】m3。10北京化工大学硕上学位论文(1热储存稳定性测试把涂料装入密封容器,在60。C的烘箱中储存十五天,然后丌盖观察其状态。 (2常温储存稳定性测试在常温下封闭储存一定时间,然后观察其状态变化并测量其性能。Zeta电位表征的是颗粒表面的带电性,可通过Zeta电位的变化来判断粒子的稳定 性。粒径可直接得到体系中粒子的平均大小。在实验中取适量增粘剂悬浊液和加入多 聚磷酸盐的增粘剂悬浊液,分别稀释十倍,用以测量Zeta电位和粒径。北京化T

41、人学硕.I:学位论义第三章分散介质体系的研究在本文的多彩涂料体系中,由增粘剂、无机盐和水组成的分散介质对形成彩色粒 子起重要作用。增粘剂是一种层状硅酸盐,其结构片层是纳米尺度的,整个结构片层厚约lnm, 长宽约100nm。由于它结构的这种特点,使它具有粘结性、吸附性、催化性、触变 性、悬浮性以及阳离子交换性等许多特殊性能,因此广泛用于冶金、石油、铸 造、食品、化工、环保及其他工业部门。增粘剂用于多彩涂料中成粒的研究还 很少,所以对成粒的作用机理尚不清楚。本文在多彩涂料的研制过程中,对其 机理也进行了初步探讨。拍钉无机盐通过使增粘剂颗粒在水中的分散,粒径减小,降低颗粒间的相互作用, 明显降低粘度

42、,提高其流动性的效果。41促使分散相与分散介质有较大的粘度 差,利于成粒。所以首先针对分散介质中的主要组成增粘剂和无机盐对成粒及体系 粘度的影响进行研究。3.1影响分散介质成粒的因素增粘剂是帮助多彩涂料成粒主要物质,在多彩涂料的制备过程中起着至关重要的 作用,所以首先来研究增粘剂对成粒的影响。由于增粘剂中包含有三个亚层,在两个硅氧四面体亚层中间加含一个铝氧八面体 亚层,而铝氧八面体亚层中的部分铝原子容易被低价原子取代,使片层带有负电荷, 过剩的负电荷靠游离于层间的Na+、Ca2+等阳离子平衡。增粘剂的层间阳离子种类 决定增粘剂的类型,层间阳离子为Na+时称钠基增粘剂;层间阳离子为ca2+时称

43、钙基增粘剂;层间阳离子为有机阳离子时称有机增粘剂(主要用于有机体系, 以提高其相容性,在此不予讨论。表3-1增粘剂的种类对成粒的影响Table 3-1Influence of tackifier category 011granule forming12北京化工大学硕十学位论文从上表可以看出,钠基增粘剂可以有效成粒,而且钙基增粘剂则基本不能成粒。 虽然它们只是游离于片层间的阳离子不同,但钠基增粘剂的很多性能都明显优于钙基 增粘剂,比如吸水性、膨胀倍数、在水中分散性、阳离子交换能力、悬浮液、触变性 和粘度热稳定性方面。因此,在多彩涂料的研究中,必需选择钠基增粘剂。对已有的三种钠基增粘剂继续实验,

44、其结果如下表所示:表3_2钠基增粘剂对成粒的影响Table 3-2Influence ofNa-tackifier on granule forming通过实验说明,Inor l、Inor 4比Lap D所成的色粒更稳定,并且综合考虑价格和 用量的关系,选择Inor 1用于多彩涂料的进一步研究中。以增粘剂lnor 1为例,对增粘剂在分散介质中的用量进行调节。由于增粘剂不但 对成粒有作用,而且能使体系增稠,所以从这两方面对增粘剂的作用效果进行考察。表33钠基增粘剂的用量对成粒的影响Table 3-3Influence ofNatackifier amount 011granule forming

45、成粒情况 色粒分散清晰, 不形变 色粒分散清晰,不易形变13色粒发生挤压,容易形变色粒开始粘结, 形变严重北京化T人学硕一l:学位论文幸注:粘度情况为多彩涂料制备当大的粘度,由于有色粒的存在,体系的粘度不宜用粘度计测 量。多彩涂料粘度分级:|F常稀(Ku一-60,很稀(Ku-70,较稀(Ku80,较稠(Ku90, 很稠(Ku100,非常稠(Ku110。从上表可以看出,增粘剂的用量在596_10%之间都能够很好的成粒。由于发现增 粘剂用量较高时,体系的粘度会随着时间的增加而增加,所以没再进行增粘剂更高含 量的实验,而进行了下面多彩涂料的粘度随时间变化的考察。由于前面选择的是钠基增粘剂,为了不引入

46、其它阳离子,多聚磷酸盐选择的是三 聚磷酸钠、焦磷酸钠和六偏磷酸钠,它们都是常用的无机盐分散剂。表3-4多聚磷酸盐的种类对成粒的影响Table 3-4Influence of poly-phosphate category on granule forming从上表可以看出,六偏磷酸钠的成粒能力最差;三聚磷酸钠和焦磷酸钠都能够形 成较好的色粒。这可能由于六偏磷酸钠水溶液呈酸性反应,而三聚磷酸钠和焦磷酸钠 的水溶液均呈碱性反应,所以六偏磷酸钠的分散能力没有前两者好,没能有效的降低 体系的粘度。表3-5分散介质存放时间对成粒的影响Table 3-5Influence of dispersion me

47、dium storage time on granule forming14北京化工大学硕上学位论文分散介质放置的时间太长或太短都不利于形成较大的色粒。为便于操作和进行实 验对比,本实验一般把分散介质放置24小时后使用。3.2影响分散介质粘度的因素如前所述,多彩涂料的制备需要分散相与分散介质有较大的粘度差,即分散 相是高粘度的,分散介质是低粘度的。所以对多彩涂料各组份的粘度要求以及 制备过程中各组份黏度的控制都是非常必要的。由于增粘剂有明显的增稠效果,而且还有一定的后增稠作用,所以对于添加增粘 剂体系的粘度,以及粘度随时间等因素的变化都是研究的重点。宙矗厶昌、_一置。窃8孓Time(day图3

48、1时间对增粘剂悬浊液粘度的影响Fig 3-1Influence of time on tackifier suspension viscosity增粘剂在水分散体系中的粘度是考察此体系的一项重要指标,下面对增粘剂悬浊 液的粘度随时间的变化情况进行研究。图3-2是增粘剂悬浊液(浓度为3%在10815北京化下大学硕.I:学位论文天的时间内,粘度随时间改变的情况。从图中可以看出,钠基增粘剂悬浊液随时间的 增加粘度波动较大,而钙基增粘剂悬浊液随时问的增加粘度波动较小;但从平均粘度 来看钠基的粘度值要大大高于钙基,也就是说在相同用量的情况下钠基增粘剂的增稠 效果明显高于钙基增粘剂。而且增粘剂悬浊液的粘度

49、基本不随时间的增加而变化。由 于纯的增粘剂悬浊液的粘度很大,3%的浓度已经是可以流动的最大值,所以下面的实 验也均已3%的浓度进行对比。增粘剂不仅具有明显增稠效果,而且它同时具有较大的触变性。这可以使涂料在 存放期保持较粘稠的状态,不容易分层或使颜填料沉降;而在涂料的使用时由于其触 变性的影响,涂料在力的作用下粘度迅速下降,流动性更佳,从而更有利于涂料的保 存和使用。富E毫罢:墨厉Viscosity(mPa s图3-2剪切速率对钠基增粘剂悬浊液的影响Fi 932Influence of shear rote on Na-tackificr suspension viscosity16言E亡_2

50、乏L日oCO北京化T大学硕1:学位论文图3-3剪切速率对钙基增粘剂悬浊液的影响Fi933Influence ofshear rate Oil Catackifier suspension viscosity分散介质中增粘剂具有触变性,其用量直接影响多彩涂料体系粘度,而多彩涂料 体系的粘度对于多彩涂料的粒子稳定性,体系的稳定和喷涂施工都有很大的影响;因 而分别就不同的用量增粘剂制备的多彩涂料粘度随放置时间的变化进行了研究。 增粘剂本身可作为增稠剂使用,所以它对体系的粘度影响很大,尤其是在含量较 高时。而且它的触变性很强,并且由于多聚磷酸盐的作用,它的粘度会在涂料制备之 后,也就是涂料的储存阶段不

51、断显现出来。表3-6存放时间对多彩涂料粘度的影响Table 3-6Influence of storage time on multicolor coating viscosity17北京化丁人学硕.1:学位论文从上表中可以看出,膨润土含量为10%时,多彩涂料在放置一周后就几乎失去流 动性,而膨润土含量为5%的多彩涂料,历时六个月其流动性仍良好。原因可能是由于 10%的膨润土过量,过量的膨润土会吸附体系中多余的水份,因此它的粘度会在涂料 制备之后的储存阶段不断显现出来。多聚磷酸盐是涂料中常用的无机分散剂,虽然它们的添加量都很少,它能够有效 降低分散介质体系的粘度,所以在此将就多聚磷酸盐对增粘剂

52、悬浊液粘度的影响进一 步讨论。表3-8多聚磷酸盐的种类对增粘剂悬浊液粘度的影响Table 3-8Influence of poly-phosphate category on tackifier suspension viscosity从上表可以看到由于多聚磷酸盐的加入,增粘剂悬浊液的粘度迅速降低,这是由 于多聚磷酸盐的使用会抑制增粘剂的水化润胀,从而降低悬浊液的粘度。因为多聚磷 酸盐水解后的P043-易与增粘剂端面的正电性边缘吸附,形成负电性边缘,晶片面、 端均为负电性,晶片问相互排斥,在水介质中变为低粘、高分散的稳定悬浮体,因此 粘度锐减嘲。18北京化T大学硕十学位论文实验中焦磷酸钠和三聚

53、磷酸钠能显著降低钠基增粘剂悬浊液的粘度,但六偏磷酸 钠对粘度的降低幅度没有前两者大。这是由于前两者的水溶液呈碱性,对增粘剂悬浊 液的分散作用更强。无机盐分散剂对钙基增粘剂悬浊液的粘度改变不明显。下面以三聚磷酸钠为例,讨论多聚磷酸盐的用量对体系粘度的影响。由于相同浓 度时钙基增粘剂悬浊液的粘度已经很低,而且钙基增粘剂的成粒效果也不好,在前面 只作为参考进行对比,所以下文省略对钙基增粘剂的考察,仅以钠基增粘剂为例进行 研究。睇1The amount of sodium tripolyphosphate(%图3-4多聚磷酸盐的用量对增粘剂悬浊液粘度的影响Fig 3-4Influence of pol

54、y-phosphate amount on tackifier suspension viscosity从上图可以看出,三聚磷酸钠(B对增粘剂悬浊液粘度的降低效果非常显著。 三聚磷酸钠的浓度从o.o.2wt%时,粘度从4600mPaS迅速降低到16.5mPas;而浓度 从0.2叭%一1.Owt%时,粘度仅从16.5mPaS降低到4.5mPaS。这说明三聚磷酸钠的用量超过0.2wt%后,能够完全降低增粘剂悬浊液(浓度为3wt%粘度。而六偏磷酸钠 (C对增粘剂悬浊液粘度的降低较三聚磷酸钠缓慢。浓度从卜1.Owt%的变化过程 中,粘度从4600mPaS逐渐降低到190mPaS,使分散介质仍然有一定粘

55、度。19北京化工人学硕I:学位论文从上面多聚磷酸盐种类的选择中可以看到,三聚磷酸钠和焦磷酸钠都是可选的, 下面改变它们的用量继续进行实验,以期发现它们的区别。表3-7多聚磷酸盐的用量对多彩涂料粘度的影响Table 3-7Influence of poly-phosphate amount on multicolor coating viscosity首先,通过三聚磷酸钠和焦磷酸钠之间的比较可以看出,焦磷酸钠比三聚磷酸钠 对分散介质粘度降低的更明显,说明焦磷酸钠对这个体系的分散效果更佳。再观察粘 度随用量的变化可以发现,随着三聚磷酸钠用量的增加分散介质的粘度逐渐降低,这 说明三聚磷酸钠的用量还不

56、足够,不足以分散介质的粘度降到最低;而随着焦磷酸钠 用量的增加分散介质的粘度略有增加,这说明焦磷酸钠的用量已经过量,已经过了分 散介质粘度的最低值。这是由于多聚磷酸盐与增粘剂的协同作用,会出现一个粘度最 低值,此时无论是多聚磷酸盐的增加还是减少,分散介质的粘度都会增加。最后,再 仔细观察它们粘度变化的范围可以看出,三聚磷酸钠的变化比焦磷酸钠的变化更快; 这说明焦磷酸钠比三聚磷酸钠的有效范围更宽,也就是说在更宽的用量范围内焦磷酸 钠能使分散介质的粘度保持在较低水平。由于此方法制备的多彩涂料后增稠效果明显,所以为了更好的控制最终产品的粘 度,需要对其前期每一组份的粘度变化情况进行了解,而且这也是制

57、备工艺中需要控 制的重要因素。用Inorl制备分散介质一1,用Inor4制备分散介质一2,它们的粘度随时间的变化 见图3-1。北京化工大学硕士学位论文Time(day图3-5存放时间对分散介质粘度的影响Fig 3-5Influence of storage time on dispersion medium viscosity上图是用斯托默粘度计测量的分散介质的粘度值,B为分散介质-1,C为分散介 质.2。为使分散介质与分散相之间有较大的粘度差以利于成粒,规定分散介质的Ku 60。由于斯托默粘度计的测量范围KuE53,141,而所测数据的Ku值有时小于 53,所以上表用Ku值对应的负荷来表示分散介质的粘度,其中Ku=60时负荷为959。 从上图可以看出,分散介质的粘度随时间的变化不显著,一个月内都能保持在规 定的粘度范围中,而且两周后粘度还略有下降的趋势。3.3多聚磷酸盐对分散介质Zeta电位和粒径的影响以上分析可以看出,钠基增粘剂的增稠效果及触变性都要比钙基增粘剂强,但多 聚磷酸盐的少量添加就能充分降低钠基增