水性涂料配方设计及施工理论

涂料配方设计

涂料配方

•一般说来，我们先根据涂料的使用要求，即涂料在工作环境下应具备的性能指标来选定基料树脂和顔料，再根据施工要求和选定的基料来确定溶剂，在此基础上再来考虑涂料的添加剂或其他助剂等，形成一个初步配方。涂料中各组成的绝对数量和它们的相对比例对涂料的性能有很大影响。其中只要有一个组分选择不当，涂料的性能就会变差。乳胶涂料的顔/基比（P/B）？在乳胶涂料中，基料与顔料是重要的组成部分，在顔料和基料已经确定的情况下，涂膜的构造和物理性能基本上取决于二者之比。所谓顔/基比是指顔料分（即顔料和填料）的质量百分数对固体树脂（不挥发分）质量百分数的质量比，通常用P/B来表示。

顔料体积浓度（PVC）

在进行乳胶涂料配方设计时，往往是以质量百分数表示。然而构成乳胶涂料的树脂、顔、填料及其他固体添加剂，它们的密度差异很大，因此它们在整个涂膜中的体积分数显著不同。而在确定涂料干膜性能时，体积分数比质量分数更为重要。特别是对不同配方的涂料进行性能比较试验时，其体积分数的重要性更为突出。顔料体积浓度是涂膜中顔料的体积在涂膜总体积中所占的百分比，以PVC来表示。

临界顔料体积浓度（CPVC）

临界顔料体积浓度是指基料聚合物正好覆盖顔料粒子表面并充满顔料粒子堆积空间时的顔料体积浓度，通常用CPVC表示

P/B是设计涂料配方时起什么作用？

•在研究涂料中顔料和基料间的质量关系时，只需简单的数字运算，在配方的最初设计阶段是非常实用的。在实际应用中，按涂料的P/B来进行内用、外用乳胶涂料的分类是可行的。通常外用型的P/B为（2.0～4.0）：1.0，较为适宜的是3.0：1.0。而内用乳胶涂料在（4.0～7.0）：1.0范围内。如为有光乳胶涂料，P/B往往要小于1.0。

通过P/B可以大概推知涂料的某些性能。P/B高的配方，其性能不适于户外使用，因为外墙涂料要求有良好的耐久性及耐候性，而较少的基料不能在大量顔、填料粒子周围形成连续涂膜。运用P/B的概念，可以设计出各种类型乳胶涂料的配方。

PVC、CPVC在设计涂料配方时起什么作用？

在对具有不同组成的涂料进行对比试验时，只用P/B就很难说明问题。通过对PVC的了解对试验数据的解释更为科学。因为涂料的许多物理性能与其组成变化有一非常明确的对应关系。C.P.V.C.值是色漆配方中的一个重要参数。当配方中的P.V.C.值低于C.P.V.C.值时，基料的数量除了润湿顔料之外还可使顔料质点牢固地分散在基为中间，使涂膜的泽度高，难以生锈、透水透气性低，有气泡产生。在低PVC配制涂料时，顔料粒子分散在基料聚合物的连续相里，形成所谓“海-岛”结构。在达到 C.P.V.C.值时，涂膜中恰好有足够的基料润湿质点。但随着顔料的增加，PVC超过某一极限值时，基料聚合物就不能将顔料粒子间的空隙完全充满，这些未被填充的空隙就潜藏在涂膜中，因而涂膜的物性以该PVC的极限值为界限，开始急剧下降。所以，高性能或外用涂料配方的PVC一般不应超过CPVC，否则涂膜许多物性将受到不利影响。反之，一般性能或内用涂料配方的PVC可超过CPVC。外用涂料的PVC一般为30％～55％，内用涂料的PVC可更大些，一般为45％～70％。为了节省资源和降低成本，高PVC乳胶涂料的研究已成为发展建筑涂料的重要内容之一，故应引起对高PVC涂料的乳液产品的注意。

下面以设计一个内墙乳胶漆为例

1.首先确定待设计乳胶漆的性能要求；

内墙用乳胶漆的使用环境对于乳胶漆的物理性能没有特殊要求，但要能很容易地用水和清洗剂清洗污迹。对于施工性能，内墙乳胶漆的要求是要有良好的流平性，施工时不能出现涂刷接头和太显眼的刷痕。此外，我国目前乳胶漆的施工习惯，大多数是滚涂和刷涂相结合的方法。对于这种施工方法，乳胶漆的粘度（涂－4杯）应控制在45～55s的范围内。

关于贮存性能，一般要求在贮存过程中应有良好的悬浮性，至少不应有结块性沉淀，以方便施工和保证涂料性能。最后，还应注意乳胶漆在低温施工时的成膜问题以及在贮存过程中的防霉变问题等。

2.选择基料种类并确定其用量

涂料的配方有两种基料可供选择，一是选用聚醋酸乙烯乳胶漆，二是选用苯丙乳液材料易购，加之市场上比较流行，因而选用苯丙乳液配制，即设计的是苯丙乳胶漆的配方。

根据经验知道，内用苯丙乳胶漆的苯丙乳液用量为25％时就能配制出性能很好的乳胶漆来；而从上面介绍的顔料－基料比也可以知道，内用乳胶漆的顔料－基料比范围为3～7：1，这里选择苯丙乳液的用量为25％。

3.确定顔（填）料种类及用量

•以白色乳胶漆为例，在普通用途的内用乳胶漆中常用的顔（填）料有钛白粉（内用乳胶漆可选用锐钛型）、立德粉、碳酸钙、滑石粉和硅灰石粉或重质碳酸钙等5种。根据内用乳胶漆的顔料－基料比为3～7：1的范围，这里选择3.3：1。

若苯丙乳胶漆的用量为25％，并假设，其在乳胶漆中的固体含量为12％，顔（填）料的总量为40％。

显然，这样大量的顔料用量，仅用钛白粉和立德粉既使乳胶漆的市场价格难以承受，也是没有必要的，因而采用顔料和填料搭配使用的方法。

根据经验将上述5种顔（填）料搭配使用如下（％）：钛白粉10；立德粉40；碳酸钙15；滑石粉20；硅灰石粉15。按总量40％，折合成在乳胶漆中的用量（％）就是：钛白粉4；立德粉16；碳酸钙6；滑石粉8；硅灰石粉6。

4.确定助剂的种类及其用量上面所确定的是乳胶漆的基本组分，为了满足性能上的要求。

5.试配及检验确定了初步设计配方以后，即可以按照一这的程序试配，并对所得到的乳胶漆进行最直观的涂刷性能（流平性、流挂性等）和粘度等进行初步检测。

6.配方调整在性能的初步检验时可能会发现，乳胶漆的粘度很低，经短时间的贮存即有明显的沉淀，而且漆膜看起来也可能显得很粗糙，成本也可能偏高了。

7.进行综合性检测本步骤主要地使用经过调整的（粘度、涂刷性能等已经满意）配方，配制适当量的乳胶漆，进行全面的性能检测，并根据检测结果对配方再进行适当调整。

乳胶漆的生产过程

乳胶漆的生产一般有两种方法，一种是色浆法，即把顔料、填料先调入已溶解有润湿分散剂的配方水中，经过高速分散或研磨制得色浆。用氨水或其他PH值调节剂将乳液的PH值调至7～8后，根据工艺条件可以直接和助剂、色浆混合均匀后再和乳液混合均匀制成乳胶漆；另一种方法是直接法，即将顔料、填料分散于基料中，再和助剂等一起分散均匀再进行研磨。前一种方法由于先制色浆，可以反复多次分散或研磨，制成品的细度较高，从而给漆料带来一系列优异性能。无论是着色顔料还是体质顔料，在买来的时候，都是由数百个到数千个一次粒子凝聚起来的二次粒子组成的。在和乳液混合的时候，或是将顔料