作者| 左柒零、连坤 （巴德富集团）
摘要：水性建筑哑光罩面漆通常采用物理消光法和化学消光法两种技术路径来实现的。物理消光法制备的水性哑光罩面漆，不仅其配方要求高、成本高、对乳液要求也高。自哑光乳液制备的水性哑光罩面清漆配方相对简单，生产便捷，性能全面突出。但经过这么几年的市场运行，发现在实际应用上存在一些盲区，出现一些意想不到的问题点。
关键词：哑光、技术路径、分层、性能
1、前言
目前市面上的哑光涂料通常是采用物理消光法和化学消光法两种技术路径来实现的：
1）、物理消光法是通过加入消光剂(粉体颗粒又分无机粉体和有机粉体)使其在成膜过程中形成凹凸不平的表面，增大对光的散射，减少光的全反射，从而达到哑光的效果；
2）、化学消光法是在树脂合成过程中（如相分离、干燥自交联、扩链、内交联法等），通过合成改性（如引入一定的官能团，形成能自交联的预聚体、或引入易结晶的单体，在树脂合成过程中得到晶态和非晶态共存）得到不同粒径分布范围宽的乳液，从而实现自消光。又例如水性2KPU体系往往是通过扩链法制备具有多支链结构的甲组份，与分子量较小的乙组份进行交联，两者混合使用，涂膜在干燥成膜过程中可以得到一定粗糙度的表面。
以往哑光涂料体系都是采用后添加如无机物粉体，哑粉、蜡粉、硅藻土等的方式来实现。这类消光剂的特点是漆膜干燥过程中，随着聚合物分子的收缩，颗粒分布在漆膜的表面，形成具有一定粗糙度的表面，随着添加量的增加，光的透过率会有明显的下降。有机物类粉体，如有机硅、PMMA、PS等微球，这类消光剂相对于无机类粉体消光剂，光的透过率要高，能保持涂膜相对较高的光透过率。
物理消光不管是采用无机粉体或有机粉体，这类粉体干比重（常态堆积比重）都是比较轻的，投料时易造成粉尘飞扬，员工易患职业病，有粉尘爆炸风险，对人体和环境都会造成一定程度的伤害；同时这类物质比表面积大、湿比重也高，易产生分层沉底现象，对涂料配方中的分散防沉的要求也就更高。物理消光法制备水性建筑用哑光罩面漆，普遍存在粉尘危害，价格偏高，漆膜易发白通透度一般，应用配方也相对复杂等诸多问题。
自哑光乳液采用化学消光法，目前主流的技术路径是通过相分离法聚合技术制备成的共聚物丙烯酸酯乳液。近年来各个乳液厂家都相继推出类似产品，巴德富公司也根据市场和客户的需要，也不断的创新开发产品，不断更新迭代，来满足不同时间、空间客户的需求。如先后向市场推出RS-8618、RS-8625、RS-8626和RS-8636等系列产品。产品从无到有，从零到一；漆膜从耐水性一般到高耐水性，从泡水泛白到漆膜浸水基本无变化，从高透水率到低透水率，从耐沾污一般到优异的耐沾污和耐污渍性能，从哑光度高到全角度低光泽等等。自哑光乳液配方简单，生产便捷，个性化也很突出，但经过这么几年的市场运行，发现在实际应用上仍存在一些盲区，出现一些意想不到的问题点，如：
a) 分层严重，存储上下层光泽差异大；
b) 低温耐水白恢复性差；
c) 耐擦洗性差；
d) 罐内表面浮油，漆膜缩孔；
e) 耐沾污差等等。
2、应用实验
2.1、试验检测主要设备（见表格1）：
表格1：
2.2、测试配方：
2.2.1、配方设计思路：
以往建筑用单组份水性哑光罩面漆通常是有水、杀菌剂、分散剂、消光剂、改性丙烯酸酯乳液、成膜助剂、防冻剂、增稠流变助剂、PH调节剂、消泡剂、紫外光吸收剂或其他赋予其功能性材料等组成。现如今其配方基本上只有水、杀菌剂、改性丙烯酸酯哑光乳液、成膜助剂、防冻剂、增稠流变助剂、PH调节剂、消泡剂等材料组成的；减少了分散剂、消光剂等材料的使用，配方相对容易，工艺也更简单，投料愉悦方便，库存周转快捷。建筑用的水性清漆在HG/T5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》标准中对各项技术性能也做了明确要求。用自哑光乳液制备成的水性哑光罩面漆清漆从配方结构来看，看似简单，但从实际应用结果来看把这个材料有机的结合到一起又能够满足HG/T5065-2016的标准要求，同时又要达到有些客户特殊要求的应用场景并不是我们想象中那么简单。我们都知道每一个产品都有其不足的地方，怎样取长补短，弥补不足，才是每一个涂料工程师存在的价值。本试验将围绕着标准、应用过程中存在的问题以及配方中主要原材料对所制备成的水性哑光罩面清漆性能的影响进行探讨。
2.2.2、测试配方（见表格2）
表格2：
2.3、测试结果及探讨：
2.3.1、乳液品种对耐沾污和光泽的影响：
HG/T5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》标准中的要求只是我们对水性哑光罩面漆技术性能最低要求。要想设计出一款具有高质量和个性化的产品，在该体系中乳液性能的好坏决定着水性哑光罩面漆清漆配方设计是否成功的关键要素，特别是自哑光乳液。既要考虑具有突出的耐沾污，又要考虑具有不同应用场景的光泽需求，当然也要考虑其应具备优异的耐老化、耐水性、低吸水率和耐化学性等等。
● 耐沾污测试：按GB/T 9780-2013第5章涂刷法（试验步骤采用B法）的规定进行2次循环试验(测试结果见图一)。
a) 基材为涂有白色涂料的无石棉纤维水泥平板（150mm*70mm*4～6mm），用刷子先后按刷涂量110±10g/dm2和90±10g/dm2 刷涂两道漆膜，两道间隔6h，标准环境下养护7天。
b) 养护后的涂层试板，在上、中、下三个位置测试涂层试板的初始反射系数，取其平均值A；配置污染源悬浮液（试验用灰标准样品：水=1:1质量比，现配现用）；用软羊毛刷将污染源均匀涂刷在涂层试板的表面，污染源悬浮液涂刷量为每块试板（0.7±0.1）g。
c) 将试板先放入（60±2）℃烘箱30min，取出在标准试验环境下放置2h，将试板置于耐沾污测试装置的试板架上，打开将已满15L水的耐沾污测试装置开关，冲洗涂层试板，冲洗时应不断移动涂层试板，使水能均匀冲洗各部位，冲洗60s，将涂层试板在标准试验条件下放至第二天，此为一个循环，整个循环约为24h。
d) 二次循环后，在涂层试板的上、中、下三个位置测试反射系数，取其平均值B，最后按［（A-B）／A］％计算其反射系数下降率。
图一：耐沾污测试
光泽的测试按GB/T9754-2007的规定进行。用规格为150μm的间隙式湿膜制备器在规格为150*70*3mm的玻璃板上刮涂1道漆膜，标准环境下养护24小时后用光泽仪进行测试(测试结果见图二)：
图二：光泽测试
小结：乳液是建筑涂料的基石，特别是自哑光乳液，性能的好坏直接影响所制备的水性哑光罩面清漆的性能（如耐沾污、哑光度等）。从耐沾污结果来看选用的三支自哑光乳液中RS-8636和RS-8626这两支是比较轻松过HG/T5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》标准，而RS-8625其耐沾污相对一般，达不到标准中小于等于15%的技术要求。用RS-8616自清洁乳液和RS-8792高硬度耐沾污乳液对RS-8636进行涂料性能改性，实现性能优化升级达到一加一大于二的协同效应，使其耐沾污性变得更好，并赋予一定的功能性。从光泽角度来看不同的乳液对涂料光泽的贡献也是不一样的，RS-8636哑光度最低，60°和85°都小于10%。当然也可以根据技术性能要求，选择不同的乳液搭配，如达到你所要求的光泽,做到丝光和半光；如果要提升耐沾污，则前提是你所选的乳液本身需要具备优异的耐沾污性方才可以（备注：耐沾污试验因灰源不同实际测试数据是有一定的差异的）。
2.3.2、成膜助剂对耐擦洗和低温漆膜回复性的影响
成膜助剂又叫聚结助剂，它能促使乳胶粒子的塑性流动和弹性变形。我们大家都知道丙烯酸酯类乳液只有在一定的温度性才能聚结成膜，这个能形成连续并且能够达到非常理想的涂膜的最低温度被称为MFFT。早期低温耐水白性：在玻璃板上使用100μm线棒刮膜，在3℃环境下养护24h后浸入去离子水24h，取出玻璃板后观察漆膜状态，将漆膜在室温干燥处放置24h后，观察浸水部分漆膜状态（测试结果见图三）。
图三：3℃养护1d漆膜耐水白性（左侧为浸水后漆膜，右侧为恢复后漆膜）测试
● 耐洗刷性：按GB/T9755-2014附录C进行（测试结果见图四）
图四：乳液添加量为50%成膜助剂不同添加量对耐擦洗的影响测试
小结：
a) MFFT是热塑性型丙烯酸酯乳液最重要一个指标之一，制备好的涂料若低于此温度下进行强制施工，涂层中的水分挥发后，乳胶粒子不易聚结形成连续的涂膜，而是呈细微开裂状涂膜，严重的成粉末状的。这时候制备成的涂料施工后所形成的涂膜性能如附着力、耐擦洗、浸水回复性、抗污染性以及耐候性等性能都极具下降，变得极差。通过试验热塑性丙烯酸酯类乳液其成膜助剂用量为在用MFFT仪器测试乳液的最低成膜温度所用的成膜助剂用量上多加1-2%左右较为安全理想（指的是纯乳液清漆体系，如果有粉体的色漆体系另当别论）。成膜助剂往往又被认为是一种易消失的临时性增塑剂。通常情况下只要不是特别过量对最终的涂膜的性能造成影响是比较小的。
b) 涂膜的耐擦洗好坏和涂膜的低温回复性是否良好，成膜助剂影响至关重要外，与所选用的乳液结构特性也是非常重要的，这一点也要加以注意。本试验中乳液RS-8626和RS-8636所需要的成膜助剂理想用量为8-9%，若要保证其良好的低温成膜性和耐擦洗性成膜助剂用量为9%相对更好。另冷拼一些高硬度、附着力好的乳液，如在配方中复配RS-8792其耐擦洗就大大提升。
2.3.3、 增稠触变剂对分层、热存储上下层光泽和耐水性的影响：
建筑涂料在制造、储存、施工、流平和干燥的这几个过程中，所受到的剪切速率都是不同的，生产和施工工艺上对这几个过程中体系的粘度要求也不相同。如在储存过程中，通常是希望粘度越高越好，以防止沉淀；施工过程中则希望粘度适中，保证涂料既有较好的涂刷性又不至于沾漆过多；在施工后就希望粘度经过短时间内快速流平，能迅速恢复到高的触变性，以防止漆膜流挂。触变性可以解决涂料各个阶段的矛盾，从而满足储存、施工、流平干燥各个阶段的技术需要。目前市场上可选用的增稠触变剂品种很多，主要有纤维素类、聚丙烯酸酯、缔合型聚氨酯增稠剂和无机增稠剂四类。选用增稠剂的原则是，在配方中用量少，增稠触变效果要好，保水不易起泡，对于温度、生物酶、PH值等的变化不易引起涂料沉淀、絮凝等问题；其次是残留在漆膜中对耐水、耐化学性、耐擦洗性影响也要非常小。
a) 纤维素类增稠剂自50年代以来，一直是水性建筑涂料中一支重要的增稠剂，但它的副作用也是比较明显的，如流平性差，施工时飞溅大，结构粘性过大，对水及生物酶较敏感。通常在水性罩面清漆中较少使用。
b) 聚丙烯酸酯 (HASE) 这类增稠剂在水中溶解后通过羧酸离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸长为棒状，来提高水相粘度。此外该增稠剂还在在乳胶粒子之间形成三维网状结构，增加了触变性。HASE类的优点是在获得增稠的同时也可获得好的流平性，同时对生物稳定性非常好，但对pH值较敏感，用量过大时对耐水性有一定程度的影响。
c) 聚氨酯(HEUR)类增稠剂分子上同时具有亲水和疏水基团，疏水基团与涂膜的基体有较强的亲合性，可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合，不会产生絮凝，因而可使涂膜光滑，有较高的光泽度。聚氨酯类增稠剂有些性能相对优于其它增稠剂，但由于其独特的胶束增稠机理，因而涂料配方中那些影响胶束的组分必然会对其增稠触变性产生不同程度的影响。用此类增稠剂时，应充分考虑各种因素对增稠性能的影响，不要轻易更换涂料配方中所用的乳液、消泡剂、分散剂、成膜助剂等等。
d) 无机增稠剂具有增稠假塑性强、触变性好、对pH值变化影响小适应范围广、稳定性好等优点。同时膨润土是一种无机粉末，吸光性好，能明显降低涂膜表面光泽，起到类似消光剂的作用，对做水性哑光罩面清漆来说具有积极的意义。
本次实验将采用人工合成硅酸镁锂（高纯度类似无机膨润土结构层）、不同剪切力的HASE、不同剪切HEUR增稠流变剂或单独或互相搭配进行交叉梯度试验。
l 漆样热储存稳定性测试：将制备好的漆样放置在300g样品罐内，50℃储存7d，观察漆样粘度及状态变化，是否出现分层现象（见图五）。
图五： 热储存7d后图片
小结： a) 硅酸镁锂（如RD、S-482、AC482）是一种人工合成的类似于膨润土结构的产品，它不溶于水，但可以在水或水醇溶液中产生水合和膨胀以形成无色透明的胶体分散液，相比普通膨润土其耐水性、漆膜通透度、触变性都会好很多，另因为纯度高相比普通膨润土用量也会少很多，最主要它同自哑光乳液之间易形成粘度剪切变稀的胶体结构层，彼此有很好的协同作用。从实际应用角度来说，改性的硅酸镁锂S-482、AC482类相比RD更容易分散和存储，其次是大部分涂料厂家都有做多彩，基本上都是采购改性的硅酸镁锂，企业为了减少材料品种和库存，能够用一种材料搞定的就尽量用一种材料。从使用和涂料工艺角度来说，用多彩用的硅酸镁锂类相对更方便。试验中发现随着硅酸镁锂添加量的增加涂料假塑性越来越强，直至果冻状，理想用量为0.1-0.2%，具体用量要看所选用的乳液品种和其它增稠流变剂的品种和用量。配方上单纯用硅酸镁锂只是解决了存储和生产工艺问题，没有解决施工问题，通过多次交叉和梯度验证，与中高剪切HASE增稠流变剂搭配有效解决生产、存储和施工流变性等涂料多维度的要求。
b) 在试验过程中同时也发现单纯用HASE类和HEUR都表现不佳。单纯用中高剪切的HASE看似罐内不分层，但存储时间长，罐内上下面光泽差异较大；单独用强假塑性HASE上下层光泽差异变小，但后增稠变得比较严重。单纯用HEUR类，用强假塑性用多成果冻住，虽解决分层问题，但罐内状态不好，卖相差，不宜与施工，遇到这种情况通常会用中高剪切的HEUR类调节流变性，改善施工性，而现实与所谓的理论又不相符，随着中高剪切HEUR类增加越多，流变性确实变好，但分层越来越严重，加的越多，罐内分层时间就越快。与其同时我们还会发现两点，需要引起各开发工程师们需注意的，第一用HEUR类增稠流变剂哑光度变得不那么哑了，这一点与理论是一致；第二用HEUR相比硅酸镁锂+中高剪切的HASE方案其耐水性和耐水回复性变差了，这一点与理论又有点相悖。
2.3.3、 消泡剂对漆膜外观状态的影响
建筑涂料都是在大气环境中进行生产和施工的，气泡的形成几乎是无法避免的，气泡就是一个不溶性气体，在外力作用下进入液体中，并被液体所隔离的非均相体系，如果制备好的涂料易产生气泡，且不易消除，等该涂料施工完后就容易形成漆膜缺陷，采用消泡剂就成为建筑涂料配方中必不可少一个组成部分。抑泡剂主要控制泡沫的产生，把溶解于液体中气体去除；消泡剂能够使材料中产生的气泡迅速有小变大，同时降低体系的粘度，使气泡迅速上升。不管那种消泡剂通常需要具备以下四个特征：
a) 消泡剂可以进入泡沫膜；
b) 不溶于泡沫所在的介质层；
c) 它可以在气液界面上铺展；
d) 消泡粒子不能产生团聚。
由于消泡剂与所用的介质不溶，在做色漆时这个矛盾显得并不突出，在做水性罩面清漆时，往往就会出现聚集浮白、缩孔等现象尤为多见。不溶就意味着浑浊，由于不溶就必须经过高速分散才能使消泡剂分散均匀。可现实中在生产工艺上对消泡剂也分散均匀了，确也会发现罐内表面浮油和浮白等现象层出不穷。个人认为这是消泡剂的密度与介质不相同而发生的聚集现象造成的。消泡剂的品种非常多，对消泡剂的评价个人认为也不是那么简单，建议从三个维度进行评价，第一消泡剂本身消泡性能（一般采用高速搅拌法、量筒振动法等）试验；第二涂料施工试验（如喷、刷、滚等）；第三存储稳定性试验（如把制备好的涂料进行常、高温存储一段时间后涂料施工后漆膜外观的变化情况或把消泡剂本身进行高温存储看是否产生分层和团聚现象等等）。
小结：本试验通过筛选最终选用炔二醇类消泡剂对整个配方体系显得更安全可靠。炔二醇类消泡剂是通过在液体表面形成一层薄膜来降低表面张力，进而消除气泡，同时炔二醇类消泡剂还具有良好的分散性和润湿性。有效避免在水性哑光罩面清漆体系因消泡剂产生的缩孔和浮油等涂料缺陷，并减少配方中基材润湿剂的用量。消泡剂的品种很多，价格差异也是比较大，一句话适合的就是最好的，本试验只是给出一种建议。
2.3.4、 PH调节剂对光泽的影响
丙烯酸酯乳液在聚合时，为了获得较好的附着力，往往在配方中加入少量的聚合酸（如丙烯酸酯和甲基丙烯酸），聚合反应结束后，需要加入一定量的pH调节剂来把配方中的酸中和成碱，这类乳液在偏碱的条件下才能保持长期稳定性。
水性建筑涂料的pH值对其贮存稳定性、抗腐败、防腐蚀、黏度及涂膜的性能均有一定的影响。另涂料制造过程中有时候还需要使用HASE类增稠剂，这类聚合物都会带有一定数量的羧基，进入涂料配方体系就必须要用PH调节剂来中和，生成聚合物盐类，才能显示出黏度。不同的涂料体系对pH 值的要求是不一样，所以水性建筑涂料的pH 值一定要根据涂料体系的不同要求来调整，需要注意的是调节PH值要兼考虑配方中防腐剂的匹配和添加工艺，否则会造成涂料存储腐败等问题。
小结：通过PH值添加量的增加，制备成的水性哑光罩面清漆的PH值变高，其光泽也变得越来越高，随着PH值的增加，体系也就从油相逐渐转变成更亲水相，从而使光泽变高。本应用方案从性价比和光泽控制角度来考虑较理想的PH调节剂添加量为千分之三左右，配方中PH值控制在8左右较为理想。当然不同品种的PH调节剂结果也是不尽相同的。
3、总结
3、1、创新给予价值：采用创新相分离聚合技术（化学消光法）制备成的RS-8626和RS-8636丙烯酸酯共聚物乳液，用该类型的乳液制备成水性哑光罩面清漆，相比传统型水性哑光罩面清漆配方，减少了分散剂、消光剂等材料的使用，配方相对容易，工艺相对简单，投料愉悦方便，库存周转快捷，性能安全可靠，性价比高。
3、2、应用赋予完美：水性哑光罩面清漆配方看似简单，但因材料使用不同和工艺不同呈现的结果也是不尽相同、千差万别。原材料没有好坏，适合就是最好,好的涂料配方，既要考虑制备工艺简单，施工工艺宽泛；既要能通用性，又要有鲜明的个性化等等，所有的一切尽量做到最优解。最后引用一位某外企技术总监的一句话，“我不需要你研发生产出来的乳液有多么完美，但你要告诉我你的材料差异化、个性化、短板在哪里？我的作用就是能够弥补这种短板，这样我做出来的产品才更有差异化、个性化”。
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