乳胶漆设计.doc

乳胶漆内、外墙配方设计
08高分子①班 葛义民 08206020112
引言：随着水性涂料技术的不断进步以及日益高涨的环保呼声，乳胶漆目前已成为建筑涂料领域的主流产品。本文主要讲述苯丙乳胶漆的配方设计。苯丙乳胶漆是一种水溶性乳胶漆，此漆以水作溶剂，与一般油性漆相比，具有毒性小、不易燃烧、使用方便等优点。此外，该漆还具有原料易得、成本低、遮盖力强、耐利洗、耐碱性好，粘结强度高，涂膜坚韧等优点。
1、乳胶漆的组成以及各组分的作用
乳胶漆由三大部分组成：基料、颜填料和助剂。
1.1基料
基料即是合成乳液，主要提供涂膜的耐水性和耐候性以及保色性等性能，是涂料生产过程中最主要的原料成分之一。它们在干燥过程中会形成一个透明的涂膜，而起到把各种粉体或一些颜料粘结固定在基材上的作用。这种原料的好坏就直接关系到涂料的附着力、耐水性、耐候性、以及保色性等最基本性能。
对于内墙乳胶漆，一般可选用苯丙乳液、醋丙乳液、醋叔乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，选用较多的是苯丙乳液。对于外墙乳胶漆，硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、醋叔乳液均可选择，选用较多的是纯丙乳液。而在本次实验中内外墙均选用苯丙乳液。
1.2颜填料
颜料：提供白度和颜色、遮盖力，影响涂料的光泽度、硬度、耐久性及抗划伤能力。对于外墙乳胶漆，应选用耐候性及耐紫外线性均较强的颜料。白色颜料通常选用金红石型钛白粉，有色颜料选用酞青系和氧化铁系颜料。对于内墙乳胶漆，由于不必多考虑耐候性，白色颜料选用锐钛型钛白粉、立德粉等，有色颜料可用有机颜料。
填料:填料在乳胶漆中通常的作用是使涂膜消光、改进涂料流动性、略微改进涂料的遮盖力、降低成本增加体积。常用的填料有高岭土、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、云母、二氧化硅、沉淀硫酸钡、硅酸铝等。
1.3助剂
乳胶漆中的助剂包括，湿润剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、流变改性剂、防腐防霉剂、成膜助剂、PH调节剂等。
分散剂:吸附于颜料表面，借助于外部机械剪切力作用使颜填料的二次颗粒分散成初级颗粒，通过双电层屏蔽作用及空间位阻效应使其分离并不再凝聚。分散剂具有缩短分散时间、提高遮盖力及光泽度、改善流平及防止过度絮凝的作用。常用的分散剂有：胺、磷酸盐、羧酸、多元羧酸均聚物、多元所酸共聚物等。
消泡剂：主要是抑制乳胶漆生产时的泡末，是颜填料更好的分散开，一般在打浆和调漆阶段分别加入1/2。必须用尽可能少的消泡剂量来控制泡沫，过量的消泡剂会导致施工时缩孔。消泡剂有矿物油的，碳氢化合物，和含有机硅的
增稠剂：在配方中的作用是增稠，提高乳胶漆在制造和施工过程中的外相粘度，并控制乳胶漆的最终粘度，HEC保水性好，能延长开放时间。不同类型的增稠剂搭配使用，可使乳胶漆的粘度较符合实际要求。常用的增稠剂有纤维素醚类、非离子缔合型聚氨酯。
防腐剂：乳胶漆是以水为分散介质，不加防腐剂，则在储存期内要变质，尤其是以纤维素为增稠剂的乳胶漆。防腐剂的用量一般为0.15%，可根据防霉要求来定用量。
成膜助剂：其作用是降低乳胶漆的成膜温度，使乳液在施工的温度、湿度等条件下，尤其是冬天，形成连续膜。理想的成膜助剂应具有下列特性：作为聚合物乳液的良溶剂，可降低聚台物的最低成膜温度；在水巾溶解性小；具有-定的挥发性，成膜过程中能滞留在涂膜中发挥作用，成膜后全部挥发，不影响涂膜性能；不影响乳液的稳定性。成膜助剂的种类很多，包括醇类(如笨甲醇)、酯醇类(如Texanol酯醇等)、醇醚类(如乙二醇丁醚、丙二醇苯醚等)、醇醚酯类(如己二醇丁醚醋酸酯等)等。常用的成膜助剂有Texanol酯醇、苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)。
PH调节剂：起调节pH值的作用。乳胶漆一般是偏碱性的，这使碱增稠剂充分发挥增稠作用，也有利于乳胶漆的防腐。常用的是氨水。
2．配方设计基本原理
乳胶漆的配方设计主要考虑的是乳液和颜料的用量及配比，围绕此再来选择各种助剂的搭配。乳胶漆配方设计主要有两种方法。一种是颜基比（ P/B ）法，所谓颜基比是指颜料和填料的质量百分数对固体树脂质量百分数的质量比，通常用 P/B 来表示。另一种是颜料体积浓度（ PVC ）法，由于， PVC 法比颜基比法更加科学，更加真实的反应了涂膜的实际情况，下面重点介绍颜料体积浓度（ PVC ）法。
颜料的体积浓度是指涂膜中颜料的体积在涂膜总体积中的百分比，以 PVC 表示。 PVC ＝ Vp/(Vp+Vb) × 100
临界体积浓度是指基料聚合物正好覆盖颜料粒子表面，并充满颜料粒子所堆积空间时的颜料体积浓度，通常用 CPVC 表示。实际上对于乳胶漆而言，由于乳液成膜时无法自由流动，无法达到真正意义的 CPVC ，其 CPVC 只是一种表观 CPVC ，由颜料和乳液共同来决定。
在较低 PVC 时，颜料粒子分散在基料聚合物的连续相里，形成所谓海－岛结构。随着颜料的不断增加， PVC 一旦超过 CPVC 时，基料聚合物就不能将颜料粒子间的空隙完全充满。通常，随着 PVC 的逐渐增加，直到达到 CPVC 时，涂膜的物性随着 PVC 的变化而连续变化，但在 CPVC 以上，变化不再是连续的。而且涂膜的物性随着 PVC 升高而降低，一旦超过 CPVC ，降低的趋势更加明显。从经济角度考虑，涂料的 PVC 并非越低越好，提高 PVC 可使涂料成本大幅降低。
常用乳胶漆的 PVC 范围如下：
高光涂料： 20 ％－ 25 ％
外墙涂料： 30 ％－ 60 ％
内墙涂料： 40 ％－ 70 ％
低档内墙涂料： >75 ％
弹性涂料： 20 ％－ 45 ％
实际进行配方设计时可以参考上述 PVC 范围，综合考虑涂料性能、成本及市场定位，先初步确定配方，再对涂料的性能进行测试和反复调整，直到最终确定适合的配方。
3.实验仪器及设备
调频数显高速分散机，规格1.5～2L；实验室篮式砂磨机，规格1.5～2L；刮板细度计，规格 0～100；电子天平称；PH试纸。

4．配方设计
内墙乳胶漆配方
原料名称
加入量
备注
水
18

NP-10
0.1
润湿剂
SD- 8030
0.6
分散剂
丙二醇
2
溶剂
FC-345
0.15
消泡剂
AMP-95
0.15
多功能助剂
锐钛型钛白粉
10
颜填料
轻钙
12
填料
超细重钙 800 目
15
填料
高岭土
10
填料
E-5099
18
苯丙乳液
Texanol
0.6
成膜助剂
HA-320
0.3
增稠剂
250HBR (2.5%)
10
增稠剂
FC-345
0.1
消泡剂
CI15
0.1
防腐剂
水
3

合计
100

颜料选用国产锐钛型钛白粉，搭配轻钙高岭和土可保证遮盖力满足要求，达到国标优等品的要求。由于轻钙和高岭土的颗粒细，密度小，具有较好的悬浮性，可防止颜料沉淀。
乳液选用 E-5099 苯丙乳液，该乳液 VOC 含量极低，不含甲醛，气味极小，可满足 GB 1858 2- 2001 《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》的要求。
分散剂选用 SD- 8030 聚羧酸钠盐分散剂，可有效降低浆料的粘度，搭配 NP-10 润湿剂，并保证涂料有储存过程中的稳定性，不返粗，不后稠。在后期调色过程中有优秀的展色性。
在这类高 PVC 的内墙漆配方中，既要求储存稳定性，又要考虑涂刷时要有较好的流平性和抗飞溅性。增稠剂选用 HEC 来提高低剪粘度，同时加入缔合型碱溶胀增稠剂ＨＡ－ 320 来提高中剪粘度，改善了漆的流平性。如果对成本不作过多要求，还可适当加入少量聚氨酯流平剂，进一步改善流平性和漆膜丰满度。

外墙乳胶漆配方
原料名称
加入量
备注
水
20

X-405
0.1
润湿剂
SD- 8030
0.6
分散剂
乙二醇
2
溶剂
氨水
0.1
PH调节剂
钛白粉 R-575
15
颜填料
重钙（ 800 目）
15
体质填料
沉淀硫酸钡
10
体质填料
CI15
0.15
防腐剂
FC-345
0.15
消泡剂
E-399
30
有机改性硅苯丙乳液
Texanol
1.5
成膜助剂
FC-345
0.15
消泡剂
HA-320
0.3
增稠剂
ASE-70
0.2
增稠剂
L-150
0.5
流平剂
水
4.25

合计
100

此配方为典型的外墙涂料配方，为了保证耐候性及遮盖力，钛白粉选用了金红石型的 R-706 ，配合重钙和沉淀硫酸钡，乳液选用耐水性很好的有机硅改性苯丙乳液 E-399 ，在较低的成本下可保证涂料基本的外用要求，如耐水、耐碱、耐粘污及耐候性，选用 X-405 作为润湿剂，不仅有助于颜料的润湿，而且对后期调色时改善展色，抗发花，浮色很有帮助。增稠剂的搭配类似于内墙丝光乳胶漆配方，选用碱溶胀增稠剂、疏水改性碱溶胀增稠剂和聚氨酯流平剂共同作用。耐人工气候老化满足国家标准合格品的要求。