蛋壳光耐刮擦质感肌理涂料的制备

刘浩 （立邦涂料（中国）有限公司，上海，201201）

摘  要：市场对于施工操作简单的“轻艺术”涂料的需求越来越高，其中对于蛋壳光类产品，光泽与乳液添加量、漆膜机械性能与颜填料添加量的平衡再加上经济性的考量，常使得产品的开发难度加大。本文探讨了填料、流变助剂对光泽的影响，依托高光型功能性碳酸钙可帮助建立性能与经济性的平衡，同时采用蜡分散体、抗划伤助剂制备的蛋壳光耐刮擦质感肌理涂料，不仅性能上“高端大气”、耐刮擦，而且在施工操作上简单“接地气”，艺术效果出色。

关键词：蛋壳光；质感；耐刮擦

Abstract:

Nowadays, there is a strong demand in the market for art paint characterized with easy application. Technically, over the research and development process in the laboratory scale, for those which are featured with eggshell sheen, poses challenges to BOM design in terms of sheen, the added content of emulsion, mechanical performance of the film, the added amount of pigment and extenders, and the consideration of the cost. Therefore, all these factors have made the design process become more difficult. This paper discusses the influence on sheen brought by extender, rheology modifier, and creates a balance between performance and cost based on the functional bright gloss carbonate calcium. In the meanwhile, through integrating polyethylene emulsion and scratch-resistant additive into the formula, the eggshell sheen coating surface displays distinct textures and ability of anti-scratch protection. In short, this coating layer has outstanding performance such as scratch-resistant, and revels brilliant textures with user-friendly application.   

Keywords: eggshell sheen; texture; scratch-resistant         

0  前言

近几年，国内艺术漆发展迅速，为家装人群提供了新的选择，“费时费工”在一定程度上限制了艺术漆的应用，针对这一痛点，我借鉴了市场上不同艺术漆的施工工艺，确定了小羊皮效果，在不断探索和尝试下，最终开发出一款耐刮擦质感光泽机理的内墙乳胶漆，其60°角光泽度在10°-20°（蛋壳光）之间，能够给房间带来一种柔和感，比哑光漆易于维护和清洁，并且蛋壳光能轻微反射光线，所以对于光线较暗的空间，比如卧室、书房更适合蛋壳光漆，让空间不那么暗；而且蛋壳光相比于哑光来说，墙面的光线质感更加柔美，可以营造出艺术漆的质感效果。同时，该产品施工友好，只要通过滚涂就能复刻羊皮肌理，增加家居环境质感和美感。更进一步地，随着高大、豪华的装饰风格的淡出，简约、时尚、自然的风格逐渐显现，可以满足不同人群，用于不同墙面的装饰，满足DIY需求；人们可以打造属于自己个性、色彩的生活空间。在一些活动密集的区域，墙面易产生不同程度的刮擦、污渍沾染问题，以及因异物的刮擦、磕碰而留下难以修复的痕迹；清洗被污染的墙面时，难以清理干净的污渍及多次清洗后墙面出现脱粉、光泽不均的问题，影响美观的问题，本产品在耐刮擦、耐污渍方面出色表现亦能有效改善这一问题。

1  实验部分

1.1  实验原料

乳液，陶氏；钛白粉，杜邦；高岭土，山西金洋煅烧高岭土有限公司；不透明聚合物，陶氏；纤维素， ASLAND（亚什兰）；pH值调节剂，Wacker瓦克；分散剂，上海罗门哈斯化学有限公司；润湿剂，陶氏；碱溶胀缔合型增稠剂，聚氨酯类增稠剂，陶氏；消泡剂，巴斯夫；成膜助剂，生兴行化工（上海）有限公司；蜡分散体，南京天诗新材料科技有限公司；抗划伤助剂，陶氏；杀菌剂，朗盛化学（中国）有限公司；以上原料均为工业级。甲醛，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钙，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。

1.2  涂料制备

在容器中加入适量的去离子水，300 r /min 搅拌速度下加入纤维素，搅拌至溶解均匀后，再依次加入碱溶胀缔合型增稠剂、pH调节剂、润湿剂、分散剂、消泡剂等；提高搅拌速度至 600 r /min，依次加入钛白粉、高岭土、硅微粉和高光型功能碳酸钙，分散均匀后，提高搅拌速度到1500r/min搅拌 15~18 min；调整转速为 800 r /min，加入成膜物质、成膜助剂、蜡分散体、抗划伤助剂、聚氨酯类增稠剂、消泡剂、杀菌防腐剂等，再加适量的水调稀，继续搅拌约20 min后，得到了蛋壳光纹理质感水性涂料。

1.3  测试方法

1.3.1 基本性能

对比率、耐洗刷性、耐碱性等各项基本性能符合GB/T 9756—2018《合成树脂乳液内墙涂料》中优等品标准。

1.3.2 漆膜肌理

采用涂刮法、涂刷法和目测的方法评估；借鉴流平的研究方法，反向表征漆膜纹理。其中采用刮涂法便捷，可定量评价流平情况；后两种方法因为要考虑施工手法等多个变量，所以参考依据不牢靠，建议采用多种测试方法综合比较。

1.3.3 漆膜光泽

按照GB/T9754-2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》对乳胶漆的漆膜光泽进行测试。

1.3.4 耐刮擦性能

     目前关于耐刮擦性能无明确的规范标准，为方便展示耐刮擦效果，本文采用不锈钢调漆刀画圈的方式进行对比。

1.3.5 耐污渍性能

    参照标准GB 9780—2013中内墙涂料涂层耐沾污性试验方法进行测试。

1.3.6 甲醛净化性能

按照 JC /T 1074—2008 《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》对乳胶漆的甲醛净化效率和甲醛净化效果持久性进行测试。

2  结果与讨论

2.1光泽

2.1.1填料与漆膜光泽展现性

常见的填料虽能帮助提升产品遮盖、机械强度，赋予漆膜手感，降低成本，但对产品光泽多为负面影响，其添加量必须严格控制。为了进一步放大产品的光泽展现能力，使用高光型功能碳酸钙，部分或者全部替代填料中的普通碳酸钙（见图1），可有效帮助在产品遮盖力、光泽和经济性间取得平衡。其具有优异的高光性能，可节约乳液用量，并且具有钛白粉空间间隔作用，节省钛白用量，相比其他重质填料其比重轻，可有效避免分层，施工涂布率高，实现了高遮盖、高光泽与高涂布率的统一。同时，电镜图显示高光型功能碳酸钙表面更加规整，漆膜手感更好。

图1 高光型功能碳酸钙（左）对比普通碳酸钙（右）

2.1.2流变助剂与漆膜光泽展现性

除了乳液和颜填料对光泽的影响明显外，各种增稠剂的应用也会对漆膜光泽造成一定程度的影响。本文探究了四大类增稠剂的添加量与光泽的关系，包括：凹凸棒土类、纤维素类、碱溶胀类和聚氨酯类缔合型增稠剂。详细地，由于无机增稠剂的吸光性好，增加漆膜表面粗糙程度，从而降低了漆膜表面光泽，随着添加量增加，光泽下降也越明显。纤维素相较于无机增稠剂，其光泽表现更好，且不会随着添加量的变化而急剧变化；类似的，碱溶胀型增稠剂的光泽影响与纤维素相当，随着添加量增加，光泽保持稳定；最后，缔合型增稠剂的作用表现最好，光泽变化最小，聚氨酯类缔合型增稠剂对体系流平比较友好，保证大分子充分伸展，相互作用，最终实现又好又稳定的光泽（详见表1）。

2.2漆膜肌理

研究发现滚涂时，漆膜的纹理在粘度高、触变性大的乳胶漆中更加表现明显，但粘度过高会使得屈服值变大，可能给施工招致问题，所以为了兼顾喷涂等其他施工方式，为了争取更大的触变空间，应该注重在流变助剂中寻找突破口。在对聚氨酯类增稠剂和碱溶胀缔合型增稠剂的研究中了解到，不是所有的剪切变稀都具有触变性，在缔合型增稠剂和乳液的相互作用下，缔合作用越是明显的，流体在触变曲线中的闭环面积更大，而缔合作用与HEUR和HASE中的表面活性基团密切相关；当疏水基团多时，增稠剂和乳胶粒缔合占主导地位，而当亲水链较大时，水相中的氢键作用更加明显，同时分子链相互桥接也会使得体系粘度变大，在一定程度上体现触变性。不同于HEUR和HASE, 纤维素的假塑性更突出，在同样的剪切力下，纤维素的粘度下降更快。实验表明，纯纤维素的乳胶漆在不稀释情况下，漆膜纹理表现得非常细碎，肌理效果美感表现较差。另一方面，相较于纤维素，HEUR表现出不明显的假塑性，高剪切下保持较高的粘度，可以有效防止施工时漆膜飞溅，提高基材的上漆量。结合每一种流变助剂的分析，为了打造一款纹理质感漆，必须围绕触变性合理选择搭配三种不同的助剂，而每一种助剂的挑选也可以设计实验择优选取。

2.3耐刮擦性能

在活动密集的区域，容易受到异物刮擦、磕碰，容易留下难以修复的痕迹。我们研究发现，漆膜耐刮擦性能受以下五个因素的影响：

1、漆膜硬度：漆膜早期硬度建立的速度应快，另适中的漆膜硬度很重要，漆膜硬度太低，外力刮擦损伤可至基材；硬度太高，漆膜易碎；

2、漆膜粗糙/滑爽程度：漆膜表面越粗糙，越易受损留下刮痕；

3、漆膜附着力：对基材较高的附着力，可承受的外力也就越大，当外力刮擦时，可减少漆膜从基材剥落风险；  

4、颜料体积浓度（PVC）：随着PVC的提升，光泽，耐污渍，结构强度和耐刮擦的性能随之下降；

5、漆膜厚度：也是一个较大的影响因素。

从漆膜滑爽度出发，根据研究实验，我们发现采用蜡分散体可降低漆膜的摩擦系数，提升漆膜表面的润滑性，可有效控制刮擦对漆膜的伤害。在大多数情况下，涂料成膜后，蜡粉粒子会浮于漆膜表面，当外力刮擦时，蜡粉粒子受力，间接保护漆膜，降低刮擦造成的漆膜伤害。另外，蜡分散体在对产品抗粘连性能、防沉性能的控制上，均有较好的表现。蜡的硬度和粒径是影响耐刮擦性能的重要因素，较硬的聚乙烯蜡通常好于较软的，粒径大的通常好于粒径小的（如表2）。粗糙度、滑爽度的控制是涂料性能控制的一个重要工作，聚乙烯蜡可以降低涂层的摩擦系数，形成一个润滑层，从而降低涂层的摩擦系数。因此，蜡分散体对产品耐刮擦功能的实现和产品性能的控制有重要作用。

                      表2 不同蜡分散体对耐刮擦性能的影响

蜡分散体可以提升漆膜表面的抗刮擦性能，根据我们进一步研究发现采用分散在水性分散体中的超高分子量聚二甲基硅氧烷可提升漆膜里层的耐刮擦性能，硅氧烷聚合物由于分子量高不会迁移到表面，因而产生非常好的、长期的耐刮擦性能。

研究发现，分别单独使用硅氧烷抗划伤助剂或蜡分散体,体系抗抗划伤提升一般，而当两者同时运用在体系中后，发现漆膜耐刮擦性能有实质上的明显加强，较原有强度有约60%的提升，耐刮擦效果明显优于市售蛋壳光质感涂料（见图2）。因此，需研究功能助剂的影响规律，以此为依据，确定功能助剂的添加用量及条件。

图2 自制蛋壳光耐刮擦涂料（左）耐刮擦性能对比市售蛋壳光涂料（右）

2.4蛋壳光肌理质感涂料VOC含量

本文中制备的蛋壳光纹理质感水性涂料，为高环保型，对VOC含量具有严格的要求，对自制的蛋壳光纹理质感涂料进行VOC测试，结果如图3所示。

图3 蛋壳光肌理质感水性涂料VOC谱图

由图3的VOC图谱可以看出，在4.373min出现的峰为VOC测试时所用的乙腈溶剂峰，4.727min出现的峰为内标物异丁醇的峰，在26.891min和29.689min出现的峰为涂料中所用成膜助剂Coasol 290 plus的峰，而在VOC要求的250℃以下即18.9min之前没有其他峰出现，说明蛋壳光纹理质感涂料符合标准 GB 18582—2008中的要求，未检测出VOC。

2.5 蛋壳光耐刮擦质感肌理涂料的耐污渍性能

蛋壳光纹理质感涂料除具有较高的安全环保性外，还具有优异的耐沾污性能，参照标准GB 9780—2013中内墙涂料涂层耐沾污性试验方法，通过六种污渍（食用醋、红茶、蓝黑墨水、水溶黑、醇溶黑和凡士林炭黑）对蛋壳光纹理质感涂料进行测试、评分，测试结果如表3所示。

表3 蛋壳光纹理质感水性涂料的耐沾污性能

由表3可以得到，根据标准GB 9780—2013，通过本文中制备的蛋壳光纹理质感涂料和市售的耐污渍涂料对六种污渍测试得到的平均分R，计算综合能力分R’，本文中制备的蛋壳光纹理质感涂料耐沾污性能为71.67分，达到Ⅰ级抗污要求，其中对污渍食用醋、红茶和墨水的耐污渍性均好于对比样品。

表4 蛋壳光肌理质感涂料污渍擦洗后光泽对比测试

由表4可以看到，耐污渍擦洗后，自制蛋壳光肌理质感涂料光泽变化较小，优于市售产品。

2.6 主要性能对比

将自制的蛋壳光质感纹理涂料与市售的蛋壳光纹理质感涂料产品的性能进行对比，结果如表5所示。

从表5中可以得到，自制蛋壳光纹理质感涂料优于市售的蛋壳光纹理质感涂料，耐擦洗性能也好于市售的蛋壳光纹理质感涂料，此外，自制蛋壳光纹理质感涂料还具有抗甲醛功能，甲醛净化性能为92.3%，甲醛净化效果持久性为84.5%，达到了Ⅰ类标准要求，同时，其他性能符合GB/T 9756—2018标准中优等品要求。

3  结论

引入高光功能型碳酸钙，可帮助光泽与乳液添加量、漆膜机械性能与颜填料添加量的平衡的建立，而且具有良好的经济效益。通过蜡分散体与硅氧烷抗划伤助剂的协同作用，可明显提升漆膜的耐刮擦性能，不仅实现简易清洗即可呈现长期的美观，更能持久保护墙面。附加的，配方设计时选用玻璃化温度较高的抗甲醛乳液亦能得到致密的漆膜，表现出优秀的耐污渍、耐擦洗和抗甲醛功能，但需注意与耐刮擦性能的平衡。

本文刊登在2023年《涂料产业研报》中。待《研报》首发后，此文会更新全文。