左柒零、黄文武、连坤、任松（巴德富集团）
钛白粉是一款高能耗的涂料用原材料产品，在水性建筑涂料中所形成的碳绝对值是较大的。那么作为水性建筑涂料中非常重要的一款白色颜料，如何提高其使用效率，降低使用量，开发新的材料实现部分取代？不透明聚合物乳液因其独特的结构、形态和性能，不仅能够替代部分钛白粉，还能够提高水性建筑涂料的耐沾污、耐擦洗、降低透水性、改善力学型和体积固体含量等性能，为水性建筑涂料行业的发展带来新的机遇和活力。
关键词：钛白粉、不透明聚合物、水性建筑涂料，性价比
01、前言
随着国家碳达峰碳中和“1+N”政策体系构建实施，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》明确其了时间表、路线图。各行各业减碳刻不容缓，必须有序有计划进行。
钛白粉是水性建筑涂料中最为重要的一支无机颜料，其作用不仅仅是遮盖和装饰，更为重要的是改善水性建筑涂料的物化性能，如增强化学稳定性，提高消色力、防腐蚀性、耐光、耐候性，增强漆膜的机械强度和附着力，防止紫外线和水分的透过；从而极大的提高漆膜耐老化性能，延长涂层寿命，毋庸置疑它在水性建筑涂料中是无可替代和举足轻重的；然而，我们大家都知道钛白粉是一款高能耗的涂料用的原材料产品，在水性建筑涂料中所形成的碳绝对值是较大的。
那么作为水性建筑涂料中非常重要的一款白色颜料，如何提高其使用效率，降低使用量，开发新的材料实现部分取代，从而实现其在行业可持续发展的路径，让其在水性建筑涂料中应用达到1+1大于2的效果。既能降碳，满足环保要求，又能够提升涂料性能；既能够降低涂料成本，又不牺牲涂料性能。不透明聚合物在水性建筑涂料行业内已经发展几十年了，之所以没有被广泛认可，原因是有很多种（这里不做具体分析）。随着市场内卷和国家对环保要求力度的加大，就不得不重视这一既老又新的水性建筑涂料用的原材料-不透明聚合物。
不透明聚合物乳液通常是由苯乙烯和丙烯酸酯等单体共聚而成的乳液，其粒子呈球形，由中空的苯乙烯芯和丙烯酸酯壳组成。在涂料干燥过程中，乳液粒子中的水分蒸发，空气进入粒子内部，形成充满空气的空穴。由于空气与周围聚合物的折射指数不同，使光得到有效的散射，从而提高了涂料的不透明性（遮盖力）。
水性建筑涂料中使用的不透明聚合物乳液的粒子大小通常为 0.4μm 左右，是相对均相的单分散的球形体，除了本身不透明效应外，还可以解决钛白粉的集群效应，有一定的空间位阻效果，有效避免钛白粉二次团聚和絮凝，提高钛白粉的遮盖力。不透明聚合物乳液通常是以液体形态供货的，粒径分布均匀，粒子呈球形结构，粒径大小较其他颜料更易控制，与乳液的混溶性良好，使用更方便。不透明聚合物乳液的表面亲油状和低HLB（亲水亲油平衡）值，在一般情况下对有机水性色浆的兼容性都较好。同时其相对较小的密度，不仅让钛白粉更好展色，还可以促进有机颜料在涂膜中的均匀分布，较好地避免了涂膜色调不一致现象。
使用缔合型增稠剂时，一定程度上因表面疏水状态和非离子乳化剂的吸附作用，增强了缔合作用，在降低增稠剂用量的同时，它能改善涂料的流平性，提高了乳胶漆的贮存稳定性。不透明聚合物乳液因具有其独特的结构、形态和性能，能够有效地提高涂料的对比率、耐沾污、耐擦洗、降低透水性、改善力学型和体积固体含量等性能，为水性建筑涂料行业的发展带来新的机遇和活力。本文将采用市面上三个品牌（巴德富集团的EXP-66不透明聚合物和主流的两个)的不透明聚合物乳液在水性建筑内外墙和功能型弹性涂料中的应用测试阐述其现实价值意义。
02、实验部分
2.1 试验仪器及检测设备
表格一：
2.2 检测项目及方法
2.2.1 冻融稳定性、对比率、耐洗刷性、透水性、耐沾污性、热储存后漆样对比率：参照标准GB/T 9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》、GB/T 9756-2018《合成树脂乳液内墙涂料》进行测试；
2.2.2粘度：使用斯托默粘度计测试漆样KU粘度；
2.2.3 热储存稳定性：使用斯托默粘度计测试漆样粘度，将漆样置于50℃环境下7d，测试漆样储存后粘度，观察漆样储存粘度涨幅及漆样状态；
2.2.4 展色性：不透明聚合物搭配乳液无粉体的漆样中，向漆样中加入2%炭黑、2%铁红，搅拌均匀后使用100μm的线棒在黑白卡纸背面刮涂一道，50℃烘箱干燥30min后，使用测色仪测出刮涂区域的L*、a*、b*值，对比出不同漆样间的颜色差异；不透明聚合物在外墙涂料中，向浅色漆样中分别加入1%炭黑、铁红、铁黄、酞菁蓝，深色漆样分别加入3%炭黑、铁红、铁黄、酞菁蓝，搅拌均匀后使用100μm的线棒在黑白卡纸背面刮涂一道，50℃烘箱干燥30min后，使用测色仪测出刮涂区域的L*、a*、b*值，对比出不同漆样间的颜色差异。
2.2.5 弹性耐沾污性、拉伸强度、断裂伸长率、-10℃断裂伸长率、低温稳定性参照标准JG/T 172-2014《弹性建筑涂料》进行测试。
2.2.6光泽：按照GB/T9754-2007的规定进行。
2.3 试验内容
2.3.1 不透明聚合物对对比率、光泽和粘度的影响：
测试配方：
测试结果：
小结：在无粉体配方中，不透明聚合物E、不透明聚合物H和我司EXP-66制备的漆样对比率都较接近，达到0.62-0.63，漆膜都具有一定干湿遮盖效果。无碱溶胀增稠剂的漆样粘度均较接近，添加疏水改性碱溶胀增稠剂后，我司的EXP-66和不透明聚合物E粘度接近，不透明聚合物H的粘度相对略低。三种不同聚合物因粒径、破壁率等微观结构的差异，最终对漆膜的光泽影响也不一样，有一定的差异性，我司的EXP-66同不透明聚合物H的光泽差不多，相对不透明聚合物E略高点。
2.3.2 不透明聚合物在高PVC内墙涂料中对耐擦洗、对比率、稳定性的影响：
测试配方（内墙合格品）：
测试结果：
小结：
a. 粘度：6个漆样粘度均较接近；
b. 对比率：在均聚物钠盐分散剂制备的漆样中，3个不透明聚合物漆样对比率均较接近，在共聚物铵盐分散剂制备的漆样中，3个不透明聚合物漆样的对比率也较接近；替换分散剂并提高5027的用量后，漆样对比率有明显提高。三个品牌的不透明聚合物热存储对比率都略有上升；
c. 耐洗刷性：用均聚物钠盐分散剂制备的漆样，三种不同品牌的不透明聚合物对耐洗刷性的影响较大，我司的EXP-66相对更好，同不透明聚合物E相当略好，不透明聚合物H相对略弱；使用共聚物铵盐分散剂后，我司EXP-66和不透明聚合物H制备的漆样耐洗刷性接近，不透明聚合物E的耐洗刷性相对要更好一些；
d. 冻融稳定性和热储存稳定性：6个漆样的冻融和热储存稳定性均无异常；
e.不透明聚合物由中空的苯乙烯芯加丙烯酸酯壳组成，共同构成了乳液粒子。在涂料干燥过程中，乳液粒子内部的水分蒸发，空气进入形成充满空气的空穴。由于空气与周围聚合物的折射指数不同，产生了光散射效果，从而赋予了干膜不透明度，提高涂料的对比率，同时又具有高Tg乳液的一些特征，因而对耐擦洗性具有一定的帮助（在本方案中我们也做过这样的一组试验，不加不透明聚合物并用均聚物分散剂其耐擦洗只有300次左右，对比率为0.908；如果把不透明聚合物换成乳液其耐擦洗有较大幅度的增长，但对比率下降得更加厉害，只有0.889左右）。
2.3.3 不透明聚合物在外墙合格品涂料中对耐沾污、对比率、透水性、展色性和稳定性的影响：
测试配方（外墙合格品）：
测试结果：
小结：
a.对比率：3个不透明聚合物制备的漆样对比率均接近；
b. 透水性：浅色漆样透水性通过合格品要求，深色漆样透水性通过一等品要求，提高不透明聚合物用量后，对透水性三个品牌的不透明聚合物都有一定的帮助，EXP-66和不透明聚合物H对透水性相当，不透明聚合物E相比相对较好；
c. 耐沾污性：6个浅色外墙涂料的耐沾污性均可通过优等品要求；随着不透明聚合物添加量的增加其耐沾污也相对变好，EXP-66相对更好一点；
d. 冻融稳定性和热储存稳定性：9个漆样冻融和热存储稳定性均无异常；
e. 展色性：EXP-66、不透明聚合物E、不透明聚合物H展色性均较接近。
2.3.4 不透明聚合物在外墙弹性涂料中对耐沾污、力学性能的影响：
测试配方（外墙弹性涂料）：
测试结果：
小结：
a. 对比率：加了EXP-66不透明聚合物其对比率略有提升，有效降低了钛白粉的用量；
b. 耐沾污性：加了不透明聚合物EXP-66制备的漆样，在照射紫外线部分和未照射紫外线部分的耐沾污性都明显比不加EXP-66的要好；
c. 拉伸强度、断裂伸长率：弹性涂料的拉伸强度和断裂伸长率是一对矛盾统一体，标准状态下，通常情况下拉伸强度高点，其断裂伸长率就会低点，在本方案中加了EXP-66提高了弹性涂料的拉伸强度，其断裂伸长率略微有点下降。在-10℃断裂伸长率中我们发现加了不透明聚合物EXP-66却变好了。
03、总结
3.1 发展无限
不透明聚合物乳液凭借其独特的结构和性能，在涂料中发挥着重要作用。它不仅可提高各类水性建筑乳胶漆的物理性能，而且可提高乳胶漆的稳定性及色浆的相容性。
在配方中添加适当的不透明聚合物，调整适当的PVC，在不增加成本的情况下，可提高乳胶漆的对比率、耐擦洗性。利用该聚合物乳液的核壳结构可提高低PVC乳胶漆及弹性涂料的耐沾污性。不透明聚合物乳液在各类乳胶漆及弹性涂料领域都具有广泛的应用前景，为涂料行业的发展带来了新的机遇。
从取代部分钛白粉降低成本，到提高涂料遮盖力、改善耐污性、降低透水率和弹性力学性能等方面，都有不俗的表现。不透明聚合物为液体形式供应，在工业链管理（使用方便，不需要预分散）到配方设计（减少钛白粉减少分散剂的用量）都展现出了显著的优势。
3.2 未来可期
在未来，随着技术的不断创新，不透明聚合物乳液的性能有望进一步提升。例如通过优化聚合工艺，可能使不透明聚合物的粒径更加均匀，从而更好地控制其光学性能与其他涂料成分更好的混溶性（调色更方便）；更大的不易破壁的空心结构，具有一定隔热效果和手感效果，在反射隔热涂料中和肤感涂料中的应用。
总之，不透明聚合物乳液在水性建筑涂料中的应用前景将会更为广泛，它必将为水性涂料行业的发展注入新的活力和原动力，从而推动涂料行业技术不断创新和进步，也为涂料低碳贡献给予更大的可行性。
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