内墙柔砂艺术涂料的研制

沈屹桐 罗海超  郝玉双  蔡一红  徐秋霜 浙江曼得丽涂料有限公司

摘要：本文阐述了一种内墙柔砂艺术涂料的发展背景及目前存在的问题。介绍了该产品 保护胶、乳液、纤维素、润湿剂、分散剂等原产料种类与用量的选择原则和注意事项。探讨 了内墙柔砂艺术涂料的关键性能指标、施工工艺及发展方向。

关键词： 内墙柔砂艺术涂料；乳液、保护胶、纤维素、润湿剂、分散剂

一、项目背景

随着近几年来人们的消费水平和生活质量的提高，装修建材市场迅速发展， 消费者对室内装修的要求也不断提高，装饰材料的选择也从单调的大白、颜色单 一的乳胶漆、容易发霉开裂的墙纸逐渐升级为颜值更高、品质更好、更环保的艺 术涂料产品。通过错落有致的肌理造型、多变的色彩、鱼贯而入的纹理、稳定的 产品功能特性，将常规家居环境推上了一个新的水准。艺术涂料使现代居室的环 境更加丰富多彩，也更具个性化，不断满足人们的喜好与品位。

内墙柔砂艺术涂料环保，施工方便，翻新简单，可 DIY 化，逐渐让大家喜 欢上自己动手装修背景墙面。所以我公司研发生产一款新的水性内墙柔砂涂料。 把施工简易化，色差丰富化，大家可以根据自己的喜好搭配不同的颜色，达到自 己喜欢的效果。

二、研发内容

1.保护胶溶液的影响

保护胶溶液是特殊改性的合成片状镁铝硅酸盐，延迟型水性超速流变助剂。

硅酸镁锂凝胶的晶体结构单元是厚度以纳米计的微小薄片。小片的表面布满 了可交换的阳离子，其中主要为 Na＋ 。当凝胶颗粒与水混合时，水与 Na＋接触被 吸附到薄片的表面，将凝胶沿薄片撑开，这时颗粒迅速膨胀直至薄片分离。由于 薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面， 从而迅速形成三维空间的胶体结构，即卡片宫结构，使体系的粘度增大，而具有高度的悬浮性、增稠性、触变性和良好的配伍性、化学稳定性，是理想的水体系 增稠流变剂。其水溶液透明度高，不渗色更加容易造粒，制成多彩成品漆的耐水 性和稳定性好，能够方便使用于大规模的应用。

GASOCUT GTS 是一种经专门选级，并经活化的改性产品，它不溶解于水但 可在水中膨胀形成无色透明液体，在水中加量为 20%时，可以在 12 个月内保持 流动。不同保护胶因其表面改性处理的差异导致稳定性各不相同，反应活性与最 终形成的胶粒“软硬 ”程度也有很大差别。色粒“软硬 ”能够一定程度上反映色 粒的稳定性，一般较“硬 ”的色粒稳定性较好，得到的漆膜凹凸感、立体感也更 强。在有少量电解质的条件下能迅速形成很强烈的触变性和增稠作用。其凝胶的 晶体结构单元为厚度以纳米计的微小薄片，薄片层面带负电荷，端面带正电荷， 水合分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体 结构，即卡屋结构，赋予体系高触变性和立体感。根据保护胶的这种极性特点和 异性相吸原理，通过多彩涂料基础漆中的乳液、保护胶、纤维素醚的协同作用可 以在色粒表面形成半胶化状态的“硬质层 ”，当其厚度达到 30～50μm 就可以 阻止内部基础漆和保护胶进一步胶化，从而形成一个稳定的胶囊保护体系，使得 色粒之间、色粒和保护胶溶液之间不会相互渗透。

需要重点考虑以下几个因素:

( 1)  容易分散，不会抱团，8%浓度水溶液拥有更高的透明度；

(2)  保护胶溶液与乳液的反应程度“相对惰性 ”，拒绝后增稠，提供更好的 低粘防沉效果；

(3)  彩点具有更好的韧性和更好的包裹效果，杜绝渗色现象；

(4)  具有良好的流平性，杜绝粒子变硬问题；

(5)  更好的宽容性和储存稳定性;

表 1 保护胶样品测试对比表

检测项目	对比样 A	对比样 B	对比样 C	对比样 D
水溶性状态	无色透明	无色透明	无色透明	微黄
造粒状态	正常	小碎点偏多	微浑浊	正常
冻融性	良好	良好	良好	良好
样板状态	清晰，颗粒分明	清晰，色点颗粒 不明	色点不清晰	清晰，颗粒分明
与乳液反应程度	正常	正常	偏厚	正常
早期耐水白	合格	合格	微发白	微发白

研究结果：所选取的保护胶在多彩市场上均占有一定的份额，特点也各有不 同。对比样 B 造粒时小碎点偏多，样板颗粒不清晰，样板美观度不足；对比样 C 造粒状态微浑浊 ，色点不清晰，有色浆析出，包裹性不够，与乳液反应程度严重，后增稠效果明显；对比样 D 水溶性状态微黄，早期耐水白状态微白；对比 样 A 造粒，样板状态清晰，颗粒分明，与乳液反应程度正常，各项指标均合格。

2.乳液对内墙柔砂体系及漆膜性能的影响

乳液对水性内墙柔砂涂料体系的稳定性、成品开罐效果、涂膜性能可以说有 着决定性的影响。其本身特性以及与保护胶、助剂的相互作用决定着产品体系的 通透性、抗渗色能力、运输贮存稳定性、施工性以及干膜功能等特性。通常采用 阴离子聚合的纯丙和硅丙乳液，在保持良好的物理机械性能基础上，再赋予漆膜 优良的耐候性、耐沾污性等。

需要重点考虑以下几个因素:

( 1)  连续相乳液与所选保护胶溶液有较好的相容性，即与保护胶保持“相对 惰性 ”，以防止贮存过程中出现黏度猛增甚至凝胶的现象;

( 2)  良好的成膜性，适当弹性以保证在不同的施工环境和高涂布量下能够稳 定成膜，不开裂;

( 3)  合适的成膜温度，较小的粒径，在保证成膜良好的前提下保证漆膜的致 密性和耐沾污性;

( 4)  良好的物理机械性能和耐化学品性以满足国标要求。选取 5  种市面上 常用的多彩连续相乳液做对比测试

 

表 2 乳液样品测试对比表

检测项目	对比样 A	对比样 B	对比样 C	对比样 D	对比样 E
乳液	纯丙	纯丙	硅丙	硅丙	硅丙
玻璃化温度℃	23	29	28	22	32
30 天胶体反应	凝胶	无凝胶	无凝胶	无凝胶	无凝胶
粘度	80	80	79	81	80
30 天后粘度	93	96	85	84	91
成膜性	正常	正常	正常	正常	开裂
耐水性	合格	微发白	合格	合格	合格
耐碱性	微起泡	合格	微起泡	合格	微起泡

研究结果：所选取的连续相乳液包括 2 种纯丙和 3 种硅丙乳液，在多彩市 场上均占有一定的份额，特点也各有不同。对比样 A  具有良好的物化性能但是 与保护胶“惰性不足 ”，容易后增稠;  对比样 E 因玻璃化转变温度较高导致相同 配方下成膜性较差，改善成膜性可能导致成本上升以及其他问题产生;  对比样 B综合性能平平且同样出现后增稠，可能与增稠剂相容性不好;  对比样 C 和对比样 D  的综合性能比较接近，考虑到成漆的耐碱性、开罐效果等因素，最终选择对 比样 D  作为本体系连续相乳液。对比样 D 是一种采用特殊工艺合成，利用核- 壳结构共聚而成的自交联硅丙乳液，具有较低的成膜温度，漆膜极其致密，其配 制的水性内墙柔砂涂料具有优异的耐水白性、耐水性、耐候性等。

3.纤维素醚对多彩体系及漆膜性能的影响

纤维素醚多用于水性内墙柔砂涂料的基础漆中，且用量较大。除了提供传统 的增稠触变以外，其主要还是与保护胶体协同作用赋予“造粒色点 ”良好的抗渗 色性能和韧性。而基础漆中预加入的少量保护胶溶液，则与纤维素醚在色点体系 中形成类似现代建筑的“框架结构 ”，与造粒阶段的保护胶溶液一起，将调色基 础漆牢牢固定在“框架 ”之中，形成稳定的胶粒。

 

图 1  纤维素醚和保护胶在基础漆体系中的作用示意图

表 3 纤维素样品测试对比表

检测项目	对比样 1	对比样 2	对比样 3
纤维素类型	羟乙基	羟甲基	乙基羟乙基
点子状态	碎点多	碎点多	碎点少
点子柔性	一般	一般	较好
抗渗色	较差	一般	较好
耐水性	耐水性差	耐水性差	合格

研究结果：结合现有原材料，选取 3  种市面常用的纤维素醚 对比样 1 、对比样 2 、对比样 3 ，制成内墙柔砂涂料，重点考察其对涂膜抗渗色性和耐水性， 结果如上表所示，对比样 3  的彩点韧性强，相同条件下碎点少，涂膜耐水白性 好，表现最佳。其为一种高黏度等级的非离子型、水溶性乙基羟乙基纤维素醚， 与普通内外墙中普遍使用的纤维素醚相比，相对分子质量更高，疏水性更强，特 别适合用于含砂类多彩体系，改善造粒色点的稳定性和保水性。

4.分散润湿剂的影响

由于钠盐分散剂的耐水性差，本试验选择用铵盐分散剂。本试验通过对选用 的铵盐分散剂的不同用量进行试验。试验结果表明，当铵盐分散剂用量少时，会 影响分散效果，进而影响彩色颗粒的悬浮性能；当铵盐分散剂用量过多时，分散 效果很好，但会降低产品黏度，彩粒容易被打碎。其次，本试验在其他条件相同 的前提下，通过选用低、中、高 3  种 HLB  值的润湿剂进行比较。结果表明添 加中高 HLB  值的润湿剂的基础漆在常温贮存 1  月后出现后增稠现象。加入低 HLB  值的润湿剂在常温下贮存 1  月后未见异常

5.增稠剂的影响因素

水性内墙柔砂涂料在贮存过程中要保持彩粒成悬浮状态，彩粒分布均匀、大 小稳定，彩漆在贮存期间黏度无变化。由此增稠剂的选择和用量至为关键。通过 对聚氨酯类增稠剂、丙烯酸类增稠剂的对比实验，实验增稠剂应选择增稠效果较 好、后增稠现象不明显的耐水性丙烯酸类增稠剂。原因分析如下：①增稠剂对漆 膜的耐水性有一定的影响，所以首先所选择的增稠剂必需耐水性较好。②使用假 塑性缔合类增稠剂，该增稠剂对硅丙乳液的吸附作用强，在用量少的情况下漆的 中低剪切黏度即达到要求，但通常达不到合适的高剪黏度，漆的涂刷性差，还容 易发生架桥絮凝导致漆发生相分离脱水收缩。③使用牛顿型缔合类增稠剂，在显 著提高 ICI  黏度的情况下不会提高低剪切及中剪切黏度，且流动性好，导致彩 点漆在施工的时候出现流挂现象。④使用丙烯酸类增稠剂，若该增稠剂后增稠现 象严重，贮存不稳定，彩粒相互挤压，粒子变小，甚至会出现混色现象。

6 、初步确认配方

表 4  保护胶溶液的制备以及防沉剂溶液的制备

添加顺序	物料	百分比（%）
1	水	93%
2	保护胶	7%
备注	温度控制在 30-40℃分散效果最佳
将保护胶粉末缓慢加入水中，高速（1500r/min）分散 30-40min，至粉末完全分散为止。

表 5  基础漆的制备

添加顺序	物料	百分比（%）
1	去离子水	32-35%
2	纤维素 500	0.50%
3	纤维素 HBR250	0.50%
4	分散剂 P30	0.30%
5	消泡剂 NXZ	0.10%
6	杀菌剂 NKS	0.20%
7	钛白粉	0.5-1%
8	高岭土	8-10%
9	多功能助剂 AMP-95	0.20%
高速分散 20-30min
10	丙二醇	1%
11	成膜助剂	1.50%
12	乳液 DP20	35-40%
13	消泡剂 NXZ	0.20%
14	防腐剂 2550	0.20%
15	润湿剂 2599	0.30%
16	7%保护胶	7-9%
混合均匀即可
静止 2-8 小时备用

 

 

表 6  连续相的制备

添加顺序	物料	重量（ g）
1	去离子水	10-12%
2	1%DC118	12-15%
3	杀菌剂 NKS	2.5-3%
4	丙二醇	25-30%
5	多功能助剂 AMP-95	2%
6	增稠剂 TT-935	3%
7	消泡剂 NXZ	2%
8	成膜助剂	25-30%
9	乳液 DP80	65-68%

表 7  造粒工艺

添加顺序	物料	重量（ g）
1	7%保护胶	100
2	基础漆	300

 

表 8  成品漆工艺

添加顺序	物料	重量（ g）	百分比（%）
1	点子	400	40%
2	连续相	600	60%
将 2 加入 1 中，混合均匀

7 、技术指标

表 9  水性内墙柔砂涂料检测技术指标表

序号	检測项目	技术要求	检測结果
1	容器中状态	无硬块，	符合
		搅拌后呈均匀状态
2	施工性	喷涂二道无障碍	符合
3	符合涂膜外观	正常	符合
4	干燥时间（表干），h	<4h	符合
5	复合涂层耐水性，48h	无异常	符合
6	耐洗刷性，次	N500	1000
7	低温稳定性	不变质	符合

三、结语

水性内墙柔砂涂料是一种应用创新的胶体技术和全新的色彩理念制备的新 型环保型建筑涂料。突破了传统涂料只能做纯色的调色理念，引入了绘画和摄影 等对色彩的处理效果，运用色彩间的浸润效果，色彩的深浅反差效果以及半透明 景深等效果，既可以使涂层呈现出天然花岗石、壁纸等高档装饰材料的花纹和色 彩，获得超越自然和回归自然的人性化、个性化图案，又可以根据新旧建筑物的 不同形状，依照客户的需求，提供花纹大小不一、色彩缤纷的花色布景，达到了 装饰效果和功能性的统一。此款内墙柔砂艺术涂料在设计时充分考虑了影响贮存 稳定性的多种因素，合理选取和搭配保护胶、乳液、纤维素醚等原料，制得的产 品稳定性好、效果逼真，在家居装修具有广阔的应用前景，满足客户的要求。