2011/6/23 作者：范斌松,庄 磊，沈永嘉
1 前 言
建筑涂料是化学建材中用量较大、产值较高的一大类,其中外墙建筑涂料是国家鼓励优先重点发展的化学建材产品之一。上海市建委正在进行以外墙建筑涂料取代面砖或马赛克等作为建筑物外装饰材料的可行性研究。1999 年正式推出一系列政策法规限制内环线内高层建筑物使用玻璃幕墙和三层以上建筑物墙面限制使用烧结面砖或马赛克等作为外装饰。近年来,随着我国经济的飞速发展,建筑涂料市场也得到了迅猛发展。据报道,全国的乳胶漆产量(包括合资或独资企业) 已超过百万吨大关。但在技术、质量和人均消费量等方面与发达国家相比,仍存在着较大的差距。
当前,大多数国家生产的乳胶漆有1/ 3 采用聚合物乳液为基料。粒度和粒度分布,以及乳化剂体系决定了乳液在实际情况下使用的重要性能,如粘度、抗起霜性、颜料相容性,当然也决定了该乳液的涂膜性能,如光泽、透明性、吸水性和在水中的溶胀性。乳胶漆中除乳液外,颜料也很重要。
乳液中加入的颜填料润湿不充分或根本不润湿,乳液的平衡极易遭到破坏,致使部分水分析出,最终导致聚合物粒子共沉淀而破乳。从工艺上讲,要获得优异的颜料相容性,最适合的方法是将有机或无机颜料充分分散、湿润,制成色浆后加入胶体中。然而有机颜料的疏水性给乳胶漆着色造成诸多不便。实际上在乳液中不可能直接加入颜料,为此最好采用颜料色浆。当然要获得工艺性能优良的色浆制品,必须经试验确定颜料与所有表面活性剂的适宜配比。
2 对颜料色浆的要求
211 颜料色浆的分散性和稳定性
颜料色浆应容易分散,乳胶漆中分散稳定。如果色浆在乳胶漆中不稳定,会出现分层、浮色等现象。还应注意色浆在乳胶漆中的最大添加量,有机颜料色浆最大添加量为6 %～8 % ,无机颜料色浆为10 %～15 %。添加量超出这个限度则会破坏整个体系的稳定性。也可从色浆本身的贮存期来看它的分散稳定性。例如,Colanyl 系列有机颜料色浆(科莱恩公司的
产品,下同) 可贮存2 年,无机颜料色浆贮存期为1年。贮存时间越长,证明色浆分散稳定性也就越好。
212 颜料色浆的相容性
现在需要的颜色越来越丰富,相应的配色服务也越来越多。这必然要求生产水性色浆的各个品种能够互容。如果水性色浆系列间互容有困难,或不能互容,那么可配的颜色会很少。如果是这样,则表示此系列色浆本身的配方有问题,即,色浆的分散稳定性差。此外,应以一种颜料生产一种色浆,不要使用两种或多种颜料生产一种色浆。这样,既可方便灵活地进行配色,又可提高颜料色浆的相容性。
213 颜料色浆的着色力及色光稳定性
有机颜料的着色力一般定为标准品的95 %～105 %。在此范围内的颜料着色力均属合格。目前乳胶漆的调色与配色正由手工向电脑过渡。如果色浆的着色力仍限定在95 %～105 %的范围内,则配色精确度就不够。因此,Colanyl 系列的色浆其着色力范围均控制在97 %～103 % ,这样可以明显降低配色误差。一种色浆各批次间的颜料色光必须保持一致,即
颜色的重现性要好。导致乳胶漆颜色不稳定的主要原因在于颜料自身的品质,如果色浆生产厂商自己不生产颜料,则色浆的色光稳定性将会很难控制。
214 颜料色浆的粘度和密度
颜料色浆的粘度必须在一个合理的范围内,以便于泵和管道输送。一般有机颜料色浆的粘度最好在013～113 Pa·s 之间,无机颜料色浆粘度在210～315Pa·s 之间。色浆的粘度太低,则泵抽不上;粘度太高,又容易在管道中堵塞。有机颜料色浆的密度应控制在1115～1145 g/ cm3 范围内,而无机颜料色浆的密度在2～2145 g/ cm3 之间较为适宜。此外,色浆的密度还反映了该色浆中颜料的含量,相对而言,在保证使色浆中的颜料处于稳定的分散状态的前提下,色浆中颜料的含量越高,则该色浆的配方就越先进。
215 乳胶漆色彩的保证年限
乳胶漆色彩的保证年限一般希望在5～10 年间不褪色。但是各个地区的气候及日照条件各不相同,很难保证同一品种不褪色的时间在各地都一样。因为同种乳胶漆用于青藏高原和江南地区,褪色的情况肯定不同。颜料色浆或颜料本身的品质是影响褪色的主要因素,但并非唯一因素。
3 色浆中颜料的选择
色浆中最重要的组分是颜料。色浆中的颜料必须符合乳胶漆的要求,应考虑的因素有:颜料的色光、着色力、耐候性、耐光性,耐酸碱性以及价格等。
首先,应尽量不使用铬黄、镉黄、钼铬红、铬绿等铬系颜料。因为此类颜料中重金属铬含量较高,而新一代的乳胶漆应为环保型涂料。乳胶漆中重金属和某些致癌的胺类化合物的含量应符合一定的标准,按欧共体标准EN71 ,这些物质在乳胶漆中的限定值见表1 。
311 黄色色浆
某些常用的大品种,如:C. I. 颜料黄12 和13 并不适用于乳胶漆。因为C. I. 颜料黄12 和13 主要的应用对象是油墨,再则它们的耐候性和耐光性都不高,例如颜料黄12 在自干漆中,以5 份钛白粉冲淡,耐光性仅为2 级。同样,颜料黄13 亦是如此。较为适用的颜料有C. I. 颜料黄3 ( Hansa 黄10G) ,一份Hansa 黄10G在自干漆中以29 份钛白粉冲淡,耐光性仍可达6～7 级。
①在0.1 M 盐酸中的溶解量; ②总含量; ③以苯胺计。
此外,颜料黄42 (氧化铁黄) 、C. I. 颜料黄97 (大分子颜料) 及颜料黄154 (苯并咪唑酮类颜料) 等也都适用。由颜料黄3 制成的色浆Colanyl 黄10G130 -G,主要用于内墙乳胶漆,并可有条件地应用于外墙乳胶漆,因为其耐候性稍差,冲淡后其耐候性3 级(耐侯性以1～5 级表示,5 级最好) 。由颜料黄97 制成的色浆Colanyl 黄FGL130C ,适用于内墙乳胶漆,也可用
于深色外墙乳胶漆,因为当其被冲淡成浅色后,耐候性为3～4 级。
如果需要颜色既鲜艳,又具有与氧化铁黄相近的应用性能,可以使用颜料黄154 。因为该颜料分子中含有环状酰胺基( —NHCONH —) ,这不但增加了颜料分子的极性,还使得该颜料具有十分优异的耐热性、耐光性和耐溶剂性。某些黄色颜料色浆在乳胶漆中性能的比较见表2 。在规定的条件下,通过实地曝晒实验,采用颜料黄154 制成的乳胶漆,可保证5 年
不褪色。
3. 2 红色色浆
C. I. 颜料红3 (甲苯胺红,如Hansa 猩红RNC) 、颜料红53∶1 (金光红C) 、颜料红57∶1 (洋红6B) 等均不适宜用于红色颜料色浆。虽然颜料红3 在深色时耐光性可达7 级,然而当它被4 份钛白粉冲淡至1/ 3标准色时,耐光性只有4 级,此外它的耐候性也不高,深色时4 级,冲淡仅1～2 级。颜料红53∶1 和颜料红57∶1 主要用于油墨着色,同样不适合制备色浆,因为它们的耐光性和耐候性都不高。
某些应用于高档汽车面漆的颜料,如C. I. 颜料红254 和255 (DPP 系列颜料) ,C. I. 颜料红178 和179 号(艹北类颜料) ,也不适宜用于乳胶漆色浆。因为这些颜料本身的价格很高,以致色浆的价格过高,再则这些颜料本身的性能也超过了乳胶漆对颜料的要求。
适用的红色颜料除了颜料红101 (氧化铁红) 外,还可采用经过特殊处理的颜料橙5 (普通的颜料橙5不能满足乳胶漆的要求) 、C1I1 颜料红112 、C1I1 颜料红170 和C1I1 颜料紫19 。颜料红170 应选择颜料粒子较粗、略带黄相的品种。由颜料红112 制成的色浆Colanyl 红FGR130 - C 主要应用于内墙乳胶漆,而由颜料红170 制成的色浆,在深色时可以有限度地用于外墙乳胶漆。
如果需要鲜艳的红色或淡红色用于外墙乳胶漆,且性能与氧化铁红相接近,可使用颜料红122 或颜料紫19 。颜料紫19 有6 种晶型, 有多种商品牌号,Hostaperm 红E3B(γ型) 是最适宜的品种,因为其具有卓越的耐候性和耐光性。某些红色色浆性能的比较见表3 。
由表3 可看出Colanyl 红E3B 130 - C 色浆当从深色冲淡至1/ 25 标准色时,其耐候性不降反升。
3. 3 其他色谱的色浆
制备其他色谱色浆的颜料在耐光性和耐候性方面比黄、红色的颜料要好选得多,此时要考虑的因素主要是价格与性能比。蓝、绿色色浆,适用的颜料主要为酞菁系列颜料,如C1I1 颜料蓝15∶1 (Hostaperm 蓝A2R) 和C1I1 颜料绿7(Hostaperm 绿GNX) ,由它们制得的色浆分别有Colanyl 蓝A2R100 - C 和Colanyl 绿GG130 - C。该类色浆无论深色与浅色均可用于内外墙乳胶漆中。黑色色浆适用的颜料主要为炭黑系列制品,如C1I1 颜料黑7 , 由它制得的色浆有Colanyl 黑N130 - C ,深、浅色均可用于内外墙乳胶漆中。橙色色浆适用的颜料主要为萘四甲酸系列的品种,如C1I1 颜料橙43 (Hostaperm 橙GR) ,所制得的色浆有Colanyl 橙GR30 ,在内外墙乳胶漆中均可使用。也可用经过特殊处理的C1I1 颜料橙5 ,由它制得的色浆有Colanyl 红GG130 - C ,可用于深色外墙乳胶漆。紫色色浆适用的颜料主要为C1I1 颜料紫23
(Hostaperm 紫RL) ,由它制备的色浆有Colanyl 紫RL130 - C ,深、浅色均可用于内外墙乳胶漆中。
4 结 语
使用高质量的色浆,为乳胶漆生产厂开发、生产高耐久性的内、外墙涂料提供了便利,也为国内建筑涂料与国际接轨提供了先决条件。关于乳胶漆的着色,希望上面的阐述对涂料生产厂在挑选色浆时有所帮助。
2011/6/23 作者：范斌松,庄 磊，沈永嘉
1 前 言
建筑涂料是化学建材中用量较大、产值较高的一大类,其中外墙建筑涂料是国家鼓励优先重点发展的化学建材产品之一。上海市建委正在进行以外墙建筑涂料取代面砖或马赛克等作为建筑物外装饰材料的可行性研究。1999 年正式推出一系列政策法规限制内环线内高层建筑物使用玻璃幕墙和三层以上建筑物墙面限制使用烧结面砖或马赛克等作为外装饰。近年来,随着我国经济的飞速发展,建筑涂料市场也得到了迅猛发展。据报道,全国的乳胶漆产量(包括合资或独资企业) 已超过百万吨大关。但在技术、质量和人均消费量等方面与发达国家相比,仍存在着较大的差距。
当前,大多数国家生产的乳胶漆有1/ 3 采用聚合物乳液为基料。粒度和粒度分布,以及乳化剂体系决定了乳液在实际情况下使用的重要性能,如粘度、抗起霜性、颜料相容性,当然也决定了该乳液的涂膜性能,如光泽、透明性、吸水性和在水中的溶胀性。乳胶漆中除乳液外,颜料也很重要。
乳液中加入的颜填料润湿不充分或根本不润湿,乳液的平衡极易遭到破坏,致使部分水分析出,最终导致聚合物粒子共沉淀而破乳。从工艺上讲,要获得优异的颜料相容性,最适合的方法是将有机或无机颜料充分分散、湿润,制成色浆后加入胶体中。然而有机颜料的疏水性给乳胶漆着色造成诸多不便。实际上在乳液中不可能直接加入颜料,为此最好采用颜料色浆。当然要获得工艺性能优良的色浆制品,必须经试验确定颜料与所有表面活性剂的适宜配比。
2 对颜料色浆的要求
211 颜料色浆的分散性和稳定性
颜料色浆应容易分散,乳胶漆中分散稳定。如果色浆在乳胶漆中不稳定,会出现分层、浮色等现象。还应注意色浆在乳胶漆中的最大添加量,有机颜料色浆最大添加量为6 %～8 % ,无机颜料色浆为10 %～15 %。添加量超出这个限度则会破坏整个体系的稳定性。也可从色浆本身的贮存期来看它的分散稳定性。例如,Colanyl 系列有机颜料色浆(科莱恩公司的
产品,下同) 可贮存2 年,无机颜料色浆贮存期为1年。贮存时间越长,证明色浆分散稳定性也就越好。
212 颜料色浆的相容性
现在需要的颜色越来越丰富,相应的配色服务也越来越多。这必然要求生产水性色浆的各个品种能够互容。如果水性色浆系列间互容有困难,或不能互容,那么可配的颜色会很少。如果是这样,则表示此系列色浆本身的配方有问题,即,色浆的分散稳定性差。此外,应以一种颜料生产一种色浆,不要使用两种或多种颜料生产一种色浆。这样,既可方便灵活地进行配色,又可提高颜料色浆的相容性。
213 颜料色浆的着色力及色光稳定性
有机颜料的着色力一般定为标准品的95 %～105 %。在此范围内的颜料着色力均属合格。目前乳胶漆的调色与配色正由手工向电脑过渡。如果色浆的着色力仍限定在95 %～105 %的范围内,则配色精确度就不够。因此,Colanyl 系列的色浆其着色力范围均控制在97 %～103 % ,这样可以明显降低配色误差。一种色浆各批次间的颜料色光必须保持一致,即
颜色的重现性要好。导致乳胶漆颜色不稳定的主要原因在于颜料自身的品质,如果色浆生产厂商自己不生产颜料,则色浆的色光稳定性将会很难控制。
214 颜料色浆的粘度和密度
颜料色浆的粘度必须在一个合理的范围内,以便于泵和管道输送。一般有机颜料色浆的粘度最好在013～113 Pa·s 之间,无机颜料色浆粘度在210～315Pa·s 之间。色浆的粘度太低,则泵抽不上;粘度太高,又容易在管道中堵塞。有机颜料色浆的密度应控制在1115～1145 g/ cm3 范围内,而无机颜料色浆的密度在2～2145 g/ cm3 之间较为适宜。此外,色浆的密度还反映了该色浆中颜料的含量,相对而言,在保证使色浆中的颜料处于稳定的分散状态的前提下,色浆中颜料的含量越高,则该色浆的配方就越先进。
215 乳胶漆色彩的保证年限
乳胶漆色彩的保证年限一般希望在5～10 年间不褪色。但是各个地区的气候及日照条件各不相同,很难保证同一品种不褪色的时间在各地都一样。因为同种乳胶漆用于青藏高原和江南地区,褪色的情况肯定不同。颜料色浆或颜料本身的品质是影响褪色的主要因素,但并非唯一因素。
3 色浆中颜料的选择
色浆中最重要的组分是颜料。色浆中的颜料必须符合乳胶漆的要求,应考虑的因素有:颜料的色光、着色力、耐候性、耐光性,耐酸碱性以及价格等。
首先,应尽量不使用铬黄、镉黄、钼铬红、铬绿等铬系颜料。因为此类颜料中重金属铬含量较高,而新一代的乳胶漆应为环保型涂料。乳胶漆中重金属和某些致癌的胺类化合物的含量应符合一定的标准,按欧共体标准EN71 ,这些物质在乳胶漆中的限定值见表1 。
311 黄色色浆
某些常用的大品种,如:C. I. 颜料黄12 和13 并不适用于乳胶漆。因为C. I. 颜料黄12 和13 主要的应用对象是油墨,再则它们的耐候性和耐光性都不高,例如颜料黄12 在自干漆中,以5 份钛白粉冲淡,耐光性仅为2 级。同样,颜料黄13 亦是如此。较为适用的颜料有C. I. 颜料黄3 ( Hansa 黄10G) ,一份Hansa 黄10G在自干漆中以29 份钛白粉冲淡,耐光性仍可达6～7 级。
①在0.1 M 盐酸中的溶解量; ②总含量; ③以苯胺计。
此外,颜料黄42 (氧化铁黄) 、C. I. 颜料黄97 (大分子颜料) 及颜料黄154 (苯并咪唑酮类颜料) 等也都适用。由颜料黄3 制成的色浆Colanyl 黄10G130 -G,主要用于内墙乳胶漆,并可有条件地应用于外墙乳胶漆,因为其耐候性稍差,冲淡后其耐候性3 级(耐侯性以1～5 级表示,5 级最好) 。由颜料黄97 制成的色浆Colanyl 黄FGL130C ,适用于内墙乳胶漆,也可用
于深色外墙乳胶漆,因为当其被冲淡成浅色后,耐候性为3～4 级。
如果需要颜色既鲜艳,又具有与氧化铁黄相近的应用性能,可以使用颜料黄154 。因为该颜料分子中含有环状酰胺基( —NHCONH —) ,这不但增加了颜料分子的极性,还使得该颜料具有十分优异的耐热性、耐光性和耐溶剂性。某些黄色颜料色浆在乳胶漆中性能的比较见表2 。在规定的条件下,通过实地曝晒实验,采用颜料黄154 制成的乳胶漆,可保证5 年
不褪色。
3. 2 红色色浆
C. I. 颜料红3 (甲苯胺红,如Hansa 猩红RNC) 、颜料红53∶1 (金光红C) 、颜料红57∶1 (洋红6B) 等均不适宜用于红色颜料色浆。虽然颜料红3 在深色时耐光性可达7 级,然而当它被4 份钛白粉冲淡至1/ 3标准色时,耐光性只有4 级,此外它的耐候性也不高,深色时4 级,冲淡仅1～2 级。颜料红53∶1 和颜料红57∶1 主要用于油墨着色,同样不适合制备色浆,因为它们的耐光性和耐候性都不高。
某些应用于高档汽车面漆的颜料,如C. I. 颜料红254 和255 (DPP 系列颜料) ,C. I. 颜料红178 和179 号(艹北类颜料) ,也不适宜用于乳胶漆色浆。因为这些颜料本身的价格很高,以致色浆的价格过高,再则这些颜料本身的性能也超过了乳胶漆对颜料的要求。
适用的红色颜料除了颜料红101 (氧化铁红) 外,还可采用经过特殊处理的颜料橙5 (普通的颜料橙5不能满足乳胶漆的要求) 、C1I1 颜料红112 、C1I1 颜料红170 和C1I1 颜料紫19 。颜料红170 应选择颜料粒子较粗、略带黄相的品种。由颜料红112 制成的色浆Colanyl 红FGR130 - C 主要应用于内墙乳胶漆,而由颜料红170 制成的色浆,在深色时可以有限度地用于外墙乳胶漆。
如果需要鲜艳的红色或淡红色用于外墙乳胶漆,且性能与氧化铁红相接近,可使用颜料红122 或颜料紫19 。颜料紫19 有6 种晶型, 有多种商品牌号,Hostaperm 红E3B(γ型) 是最适宜的品种,因为其具有卓越的耐候性和耐光性。某些红色色浆性能的比较见表3 。
由表3 可看出Colanyl 红E3B 130 - C 色浆当从深色冲淡至1/ 25 标准色时,其耐候性不降反升。
3. 3 其他色谱的色浆
制备其他色谱色浆的颜料在耐光性和耐候性方面比黄、红色的颜料要好选得多,此时要考虑的因素主要是价格与性能比。蓝、绿色色浆,适用的颜料主要为酞菁系列颜料,如C1I1 颜料蓝15∶1 (Hostaperm 蓝A2R) 和C1I1 颜料绿7(Hostaperm 绿GNX) ,由它们制得的色浆分别有Colanyl 蓝A2R100 - C 和Colanyl 绿GG130 - C。该类色浆无论深色与浅色均可用于内外墙乳胶漆中。黑色色浆适用的颜料主要为炭黑系列制品,如C1I1 颜料黑7 , 由它制得的色浆有Colanyl 黑N130 - C ,深、浅色均可用于内外墙乳胶漆中。橙色色浆适用的颜料主要为萘四甲酸系列的品种,如C1I1 颜料橙43 (Hostaperm 橙GR) ,所制得的色浆有Colanyl 橙GR30 ,在内外墙乳胶漆中均可使用。也可用经过特殊处理的C1I1 颜料橙5 ,由它制得的色浆有Colanyl 红GG130 - C ,可用于深色外墙乳胶漆。紫色色浆适用的颜料主要为C1I1 颜料紫23
(Hostaperm 紫RL) ,由它制备的色浆有Colanyl 紫RL130 - C ,深、浅色均可用于内外墙乳胶漆中。
4 结 语
使用高质量的色浆,为乳胶漆生产厂开发、生产高耐久性的内、外墙涂料提供了便利,也为国内建筑涂料与国际接轨提供了先决条件。关于乳胶漆的着色,希望上面的阐述对涂料生产厂在挑选色浆时有所帮助。