水性建筑涂料的配方设计原则

水性建筑涂料的配方设计原则

Principles of Formulation for Water-based Architecture Coatings

林丹

摘要：本文介绍了水性涂料的基本概念、组成及成膜机理。叙述了涂料配方设计的基本原则。讨论了内外用建筑涂料配方设计中的颜料体积浓度及临界颜料体积浓度并对配方设计中的基本要求、原材料的选择和最终配方的调整进行了叙述。

Abstract: This article introduces the basic concept, components and mechanism of film formation of water-based paint, narrates the key formulating principles，discusses the PVC , CPVC , raw materials selection and formulation adjustment of formulating interior and exterior architecture paints.

关键词：水性涂料、乳胶漆、基料、颜料、填料、助剂、最低成膜温度、配方设计、颜料体积浓度、临界颜料体积浓度、标准、配方调整Keywords: water-based paint, emulsion paint, binder, pigment, extender, additive, MFT, formulation, PVC, CPVC, standards, formula adjustment

1 前言

配方设计就是选择合适的涂料组分以提供适宜的物理、化学性能来满足最终的使用要求。配方设计是一项集经验、创新、逻辑思维及对各种涂料原材料的充分认识于一体的工作。

2 水性涂料的概念、组成及成膜机理

2．1 水性涂料的概念

水性涂料：凡是以水作为溶剂或者分散在水中的涂料都叫做水性涂料。水性涂料一般是指水分散涂料。通常包括水乳型分散体涂料和水稀释性分散体涂料。在此篇文章中的水性建筑涂料是指水乳型分散体涂料，主要指乳胶漆。

乳胶漆：是指以合成树脂乳液为基础，使颜料、填料、助剂分散于其中而形成的水分散体系涂料。合成树脂乳液是指在机械搅拌下，通过乳化剂的作用，不饱和单体通过加成聚合而成的树脂小粒子团分散在水中形成的分散液。

2．2水性涂料的组成

水性涂料，通常由基料、颜填料、助剂和水四个部分组成。

粘结剂或基料：基料是涂料的主要成膜物质，能将颜填料粘结在一起，形成涂膜，提供涂膜基本的物理性能和化学性能，是影响涂料性能的首要因素。它影响涂膜的硬度、柔韧性、耐水性、耐碱性、耐

擦洗性、耐候性、耐沾污性、涂料的成膜温度及对底材的结合强度等性能。因此，在设计配方时，要根据涂装的环境及要求，选择合适的乳液品种作为基料。常用的基料有醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液等。

颜料或填料：颜料或填料是涂料的次要成膜物质。颜料主要起着色和遮盖作用。填料在涂料中没有着色作用，遮盖作用也很小，但能增强涂膜的强度，提高耐久性，还可以增加涂料的体积，降低涂料的成本。颜填料对涂料的其它性能也是有影响的，影响漆膜的光泽、保色性、硬度、耐久性等。因此在设计配方时, 要选择合适的颜填料, 以达到适当的要求。常用的颜料有白色颜料和有色颜料。白色颜料如钛白粉、立德粉等。有色颜料如铁红、铁黄、铁黑等无机颜料和酞菁蓝、酞菁绿、汉沙黄等有机颜料。

助剂：少量添加即能够显著改善涂料的多种性能。助剂在涂料中的主要作用有：改善颜填料在水中的分散性，提供涂料的贮存稳定性、改善涂料的成膜性及涂膜外观、满足涂料生产的工艺要求及满足不同的施工要求。水性涂料常用的助剂有成膜助剂、分散润湿剂、消泡剂、增稠剂及流变改性剂、防霉剂防腐剂、pH调节剂、防锈剂及防冻剂等。

水：水是水性涂料的稀释剂，可以调节涂料的流动性和粘度。

2．３水性涂料的成膜机理

水性涂料，在此指乳胶漆，它的成膜过程一般认为分为三个阶段：聚合物和颜料颗粒的靠拢；颗粒的堆积、变形；最后聚结成膜。成膜过程参见图一。

水的挥发水的挥发颗粒靠拢堆积、变形成膜图一：乳胶漆的成膜过程乳胶漆施工后，由于水分挥发，聚合物颗粒和颜料颗粒相互靠拢，随着水分的进一步挥发，逐步达到紧密堆积状态。此时颗粒密度变大，失去流动性。干燥过程继续进行，一般认为此时在缩水表面产生的力及毛细管力或表面张力的作用下，颗粒彼此接触，发生变形和聚结。能否形成连续的涂膜，则要看聚合物的最低成膜温度（MFT, minimum film-forming temperature）, 此时如果周围环境温度高于MFT, 则聚合物颗粒变形、缠绕、聚结，形成连续膜。若周围环境温度低于MFT, 则不能形成连续膜，影响涂料的性能。

为了保证乳胶漆能很好的成膜，乳胶漆中通常需要添加成膜助剂，成膜助剂可以适当降低乳胶漆的最低成膜温度。尽管如此，乳胶漆的施工温度仍有一定的限制，通常要求施工温度高于5oC。

乳胶漆的成膜除了与温度有关之外，与环境的相对湿度、基层的

含水率等都有一定的关系。

3．涂料配方设计的基本原则

涂料的配方设计是为了满足一定的需求，在开始涂料配方设计和选择原材料之前，一般需要考虑下列几个市场需求和应用需求等基本原则：

涂覆的基材和目的：如需要考虑涂覆的基材的材质，涂料是内用还是外用，是起装饰、保护还是特殊作用等。

涂膜的基本物理性能：主要包括涂膜的外观，比如遮盖能力、光泽、颜色、涂布率等。

涂料的施工条件和工艺：施工的环境温度；是刷涂、滚涂还是喷涂。

涂膜的老化性能和各种抗性：包括耐候性、耐水、耐碱、耐洗刷等性能。

涂料的成本：主要包括原材料成本及生产成本等。一般来说，高档产品，其性能要求高，成本可以高些；较低档产品，性能要求较低，成本可以低些。

环保和安全要求：主要考虑VOC 和各种有害物质的限量。

通常来说，一般的配方设计工作，主要包括：新产品开发、原材料替换、降低成本、产品改进等。

4．内外用建筑涂料的配方设计