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0 前 言
遮盖聚合物自从 20 世纪 70 年代后期引入涂料工业，由于其独特的作用机理，能保持涂料遮盖力和抗性之间的平衡，在获得涂料最佳物理性能的同时，实现性价比的优化，因而遮盖聚合物在涂料工业中得到了广泛的使用。相关的数据表明，在白色颜料的使用上遮盖聚合物的用量仅次于钛白粉。遮盖聚合物是一种不成膜的水性乳液聚合物，具有球状中空的结构，其外壳是以丙烯酸酯 / 苯乙烯组成的玻璃化温度很高的聚合物，平均粒径 0.4 ～ 1.0 μ m 。以乳液形式供应，然而从作用来看更类似于颜料 : 能提供遮盖，从而可以替换部分钛白粉 ; 不参与成膜。虽为颜料 , 但无需使用更多的分散剂，因为它们是以乳液形式供应的。使用遮盖聚合物可以提高涂料遮盖力 , 节省成本 , 并且保持涂料的性能 ; 改善内墙涂料的耐擦洗性 , 外墙涂料的耐沾污 ; 提高涂料的户外保色性 ; 使涂膜手感更滑爽。基于以上性能，遮盖聚合物在内外墙涂料中得到广泛的应用。但是因为它的高玻璃化温度带来的高硬度，一直以来有一个误区，认为遮盖聚合物有损涂料的弹性，这种观点限制了遮盖聚合物在弹性外墙涂料中的应用。本文主要讨论如何合理地调整配方，在不损失涂料弹性的前提下，在弹性外墙涂料中引入遮盖聚合物并优化配方的性能。
1 试验部分
1.1 试验配方设计
表 1 中配方 1 为原始配方，配方 5 为添加遮盖聚合物的配方。然后分别以 1 ∶ 2 、 1 ∶ 1 和 2 ∶ 1 比例混合得到配方 2 、配方 3 、配方 4 。配方 5 的设计原则是尽可能保持与原始配方 1 相近的 P V C 和体积固含量以维持涂料弹性。
表 1 弹性涂料配方
1.2 测试方法和试样的制备
1.2.1 拉伸性能的测试
按照国标 J G / T 172-2005 《弹性建筑涂料》中的方法进行测试。弹性涂料技术要求见表 2 。
表 2 弹性涂料的技术要求
1.2.2 户外曝晒性能的测试
在石棉板上刷涂一定厚度的涂膜，表干后再刷涂一层，保证不同样品的单位面积涂布量基本相同。在陶氏涂料上海研发中心的曝晒场曝晒，曝晒角度为朝南向上仰角 45 ° 。
1.2.3 耐沾污性能的测试
参照 G B / T 9780-2005 《建筑涂料涂层耐沾污试验方法》进行测试，要求 5 次耐沾污测试循环后，耐沾污系数＜ 30 。但是样板的养护不同，易韧达 T M 2438M 为紫外光固化交联乳液，本文中制备的样板养护 14 d 后，放置户外曝晒场若干天，试验样板未经紫外光 4 h 照射。
1.2.4 耐酸性能的测试
湿膜厚 200 μ m ，养护 7 d ，在 2 ％硫酸溶液中浸泡 48 h ，观察试样外观。
2 结果与讨论
2.1 弹性性能
图 1 为不同条件下弹性涂料的延伸率和拉伸强度。
图 1 遮盖聚合物对于弹性的影响
不同梯度的遮盖聚合物的加入使得试样的延伸率有波动，但是变化幅度不大，即涂料的弹性变化不大。弹性涂料的弹性与颜基比有很大的关系。通常遮盖聚合物的加入会增加配方的 P V C 值，配方设计时，为维持配方的固含量和 P V C 相近，酌情减少钛白粉和重钙的用量，因此遮盖聚合物加入后，配方的弹性基本没有损失。同时试验发现在常温 25 ℃ ，随着遮盖聚合物添加量的增加，涂料的延伸率有少量增加，虽然涂膜的拉伸强度有所下降，但远远大于国标要求 1.0 。
2.2 成本节约
表 3 列出不同配方的成本，从中可以发现随着遮 盖聚合物添加量的增加，涂料的质量成本有轻微的增加，而相应的体积成本与面积成本有明显的下降。这是因为遮盖聚合物是一空心球结构的乳液，它对涂料体积的贡献远远大于钛白粉和其他填料。随着遮盖聚合物量的增加，涂料比重逐渐降低，相应涂刷面积增加，因此涂料体积成本和相应单位面积涂刷成本显著下降。以配方 4 （ 6 ％遮盖聚合物）为例，和不含遮盖聚合物的配方 1 相比，它的质量成本增加 0.9 ％，涂刷面积增加 6.4% ，而体积成本和面积成本则减少 5.3% 。以涂膜湿厚为 150 μ m 计，每平方米的涂刷成本可节约 1.2 元。
表 3 弹性涂料配方的成本
注 : 涂刷面积 / 面积成本 : 以涂膜厚度为 150 μ m 计算。遮盖聚合物价格以 10 元 /kg ，试验用进口金红石型钛白粉以 20 元 /kg 计。
2.3 耐沾污性能
在弹性外墙涂料中，配方的颜料体积浓度明显小于临界颜料体积浓度时 , 乳液聚合物填充在颜填料空隙之间。同时弹性乳液聚合物的玻璃化温度较低 , 非常容易吸引灰尘粒子粘附其上 , 造成耐沾污性下降。对于涂料配方师来说，如何长时间保持弹性外墙涂料的清洁依然是一个严峻的挑战，而遮盖聚合物的加入可以有效地改善涂料的耐沾污性能。图 2 为上海曝晒场（白漆， 8 个月）的试验数据。弹性涂料配方的初始白度在 87 ～ 88 ， 4 个月之后，白度的损失率随着遮盖聚合物量的增加而减少，也就是耐沾污程度随着遮盖聚合物量的增加而显著改善。含有遮盖聚合物的弹性涂料在涂膜干燥过程中 , 较硬的遮盖聚合物浮到涂料的表面替代了较软的乳液聚合物 , 使涂膜的表面硬度提高 , 从而改善其耐沾污性。
图 2 遮盖聚合物对于耐沾污性的影响
2.4 保色性和耐候性
添加遮盖聚合物的弹性外墙涂料保色性优于不含遮盖聚合物的涂料。表 4 是配方 4 （ 6 ％遮盖聚合物）与不含遮盖聚合物的配方 1 在室外曝晒 8 个月后 L / a / b 值的变化。添加遮盖聚合物的配方的 E 值和 a 值的变化明显小于不含遮盖聚合物的配方。在图 3 中同样可以看到配方 4 的颜色较原始配方更鲜艳。不用遮盖聚合物的外墙涂料在老化时颜色趋向于变浅，这是粉化有所发展造成的。与此相反，含遮盖聚合物的 涂料在曝晒后，颜色先是变浓变深，然后才会慢慢变浅，延长了涂膜颜色的保持时间，或者说可以提高涂膜的保色性。至于耐候性，广泛的曝晒数据证实了遮盖聚合物在所有类型的外墙乳胶漆中的耐久性。从 1979 年至今，陶氏在世界范围内进行了超过 200 次的曝晒试验以测试产品的户外性能特征，试验结果表明，含有遮盖聚合物的涂料其耐候性能要好于、至少不低于不含遮盖聚合物的涂料。
表 4 弹性涂料配方的颜色变化
2.5 遮盖力与白度（见表 5 ）
表 5 含遮盖聚合物的弹性涂料配方的遮盖与白度
试验发现在成本节约的同时，添加遮盖聚合物的配方遮盖力与白度都有不同程度的提高。
2.6 耐酸性能
在重工业地区，酸雨是常见的污染源之一。测试分别以遮盖聚合物、钛白粉和重钙为单一颜填料的弹性涂料的耐酸性后发现，与金红石型钛白粉和重钙填料相比，同等 P V C 条件下，遮盖聚合物为单一颜料的配方具有更优异的耐酸性能，见图 4 。浸泡 48 h 后，重钙因与硫酸反应，涂膜露底，钛白粉配方有起泡现象，而遮盖聚合物配方涂膜依旧完整致密。
3 注意事项
在弹性外墙涂料配方中，有很多配方师会使用 200 ＃ 汽油等石油溶剂以及具有增塑作用的有机溶剂增加室温弹性。这些芳香族化合物的溶解度参数与遮盖聚合物外壳的溶解度参数类似，有可能增塑硬壳而使封闭的散光微孔破坏 , 失去原有的遮盖作用。配方师还经常使用醇醚类溶剂改善涂膜开放时间和涂料的冻融稳定性，如丙二醇。在本文中，因为弹性乳液的玻璃化温度足够低，没有使用成膜助剂。但很多配方师会添加成膜助剂进一步提高涂膜弹性，它们和遮盖聚合物的直接高浓度接触可能会导致遮盖聚合物的絮凝，从而导致颗粒的出现以及光泽的降低。在投料过程中，应尽量避免遮盖聚合物与之直接接触，在投料操作之间用其他原材料作间隔。遮盖聚合物应在调漆阶段加入，贮存时必须防冻。
图 4 遮盖聚合物对于耐酸性的影响
4 结 论
综上所述，在弹性外墙涂料配方中引入遮盖聚合物，通过合理地调整配方，增加弹性乳液的含量，减少钛白粉和填料的含量，可以在不损失涂料弹性的基础上，有效提高弹性外墙涂料的遮盖力、耐沾污性和保色性能，同时降低涂料的成本，达到对弹性涂料配方的优化，从而提升涂料产品的市场竞争力。建议添加量为总配方的 4% ～ 8 ％。 |
