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劉浩 （立邦涂料（中國）有限公司，上海，201201）

摘  要：市場對于施工操作簡單的“輕藝術”涂料的需求越來越高，其中對于蛋殼光類產品，光澤與乳液添加量、漆膜機械性能與顏填料添加量的平衡再加上經濟性的考量，常使得產品的開發難度加大。本文探討了填料、流變助劑對光澤的影響，依托高光型功能性碳酸鈣可幫助建立性能與經濟性的平衡，同時采用蠟分散體、抗劃傷助劑制備的蛋殼光耐刮擦質感肌理涂料，不僅性能上“高端大氣”、耐刮擦，而且在施工操作上簡單“接地氣”，藝術效果出色。

關鍵詞：蛋殼光；質感；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

近幾年，國內藝術漆發展迅速，為家裝人群提供了新的選擇，“費時費工”在一定程度上限制了藝術漆的應用，針對這一痛點，我借鑒了市場上不同藝術漆的施工工藝，確定了小羊皮效果，在不斷探索和嘗試下，最終開發出一款耐刮擦質感光澤機理的內墻乳膠漆，其60°角光澤度在10°-20°（蛋殼光）之間，能夠給房間帶來一種柔和感，比啞光漆易于維護和清潔，并且蛋殼光能輕微反射光線，所以對于光線較暗的空間，比如臥室、書房更適合蛋殼光漆，讓空間不那么暗；而且蛋殼光相比于啞光來說，墻面的光線質感更加柔美，可以營造出藝術漆的質感效果。同時，該產品施工友好，只要通過滾涂就能復刻羊皮肌理，增加家居環境質感和美感。更進一步地，隨著高大、豪華的裝飾風格的淡出，簡約、時尚、自然的風格逐漸顯現，可以滿足不同人群，用于不同墻面的裝飾，滿足DIY需求；人們可以打造屬于自己個性、色彩的生活空間。在一些活動密集的區域，墻面易產生不同程度的刮擦、污漬沾染問題，以及因異物的刮擦、磕碰而留下難以修復的痕跡；清洗被污染的墻面時，難以清理干凈的污漬及多次清洗后墻面出現脫粉、光澤不均的問題，影響美觀的問題，本產品在耐刮擦、耐污漬方面出色表現亦能有效改善這一問題。

1  實驗部分

1.1  實驗原料

乳液，陶氏；鈦白粉，杜邦；高嶺土，山西金洋煅燒高嶺土有限公司；不透明聚合物，陶氏；纖維素， ASLAND（亞什蘭）；pH值調節劑，Wacker瓦克；分散劑，上海羅門哈斯化學有限公司；潤濕劑，陶氏；堿溶脹締合型增稠劑，聚氨酯類增稠劑，陶氏；消泡劑，巴斯夫；成膜助劑，生興行化工（上海）有限公司；蠟分散體，南京天詩新材料科技有限公司；抗劃傷助劑，陶氏；殺菌劑，朗盛化學（中國）有限公司；以上原料均為工業級。甲醛，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈣，分析純，天津市大茂化學試劑廠。

1.2  涂料制備

在容器中加入適量的去離子水，300 r /min 攪拌速度下加入纖維素，攪拌至溶解均勻后，再依次加入堿溶脹締合型增稠劑、pH調節劑、潤濕劑、分散劑、消泡劑等；提高攪拌速度至 600 r /min，依次加入鈦白粉、高嶺土、硅微粉和高光型功能碳酸鈣，分散均勻后，提高攪拌速度到1500r/min攪拌 15~18 min；調整轉速為 800 r /min，加入成膜物質、成膜助劑、蠟分散體、抗劃傷助劑、聚氨酯類增稠劑、消泡劑、殺菌防腐劑等，再加適量的水調稀，繼續攪拌約20 min后，得到了蛋殼光紋理質感水性涂料。

1.3  測試方法

1.3.1 基本性能

對比率、耐洗刷性、耐堿性等各項基本性能符合GB/T 9756—2018《合成樹脂乳液內墻涂料》中優等品標準。

1.3.2 漆膜肌理

采用涂刮法、涂刷法和目測的方法評估；借鑒流平的研究方法，反向表征漆膜紋理。其中采用刮涂法便捷，可定量評價流平情況；后兩種方法因為要考慮施工手法等多個變量，所以參考依據不牢靠，建議采用多種測試方法綜合比較。

1.3.3 漆膜光澤

按照GB/T9754-2007《色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤的測定》對乳膠漆的漆膜光澤進行測試。

1.3.4 耐刮擦性能

     目前關于耐刮擦性能無明確的規范標準，為方便展示耐刮擦效果，本文采用不銹鋼調漆刀畫圈的方式進行對比。

1.3.5 耐污漬性能

    參照標準GB 9780—2013中內墻涂料涂層耐沾污性試驗方法進行測試。

1.3.6 甲醛凈化性能

按照 JC /T 1074—2008 《室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》對乳膠漆的甲醛凈化效率和甲醛凈化效果持久性進行測試。

2  結果與討論

2.1光澤

2.1.1填料與漆膜光澤展現性

常見的填料雖能幫助提升產品遮蓋、機械強度，賦予漆膜手感，降低成本，但對產品光澤多為負面影響，其添加量必須嚴格控制。為了進一步放大產品的光澤展現能力，使用高光型功能碳酸鈣，部分或者全部替代填料中的普通碳酸鈣（見圖1），可有效幫助在產品遮蓋力、光澤和經濟性間取得平衡。其具有優異的高光性能，可節約乳液用量，并且具有鈦白粉空間間隔作用，節省鈦白用量，相比其他重質填料其比重輕，可有效避免分層，施工涂布率高，實現了高遮蓋、高光澤與高涂布率的統一。同時，電鏡圖顯示高光型功能碳酸鈣表面更加規整，漆膜手感更好。

 

圖1 高光型功能碳酸鈣（左）對比普通碳酸鈣（右）

2.1.2流變助劑與漆膜光澤展現性

除了乳液和顏填料對光澤的影響明顯外，各種增稠劑的應用也會對漆膜光澤造成一定程度的影響。本文探究了四大類增稠劑的添加量與光澤的關系，包括：凹凸棒土類、纖維素類、堿溶脹類和聚氨酯類締合型增稠劑。詳細地，由于無機增稠劑的吸光性好，增加漆膜表面粗糙程度，從而降低了漆膜表面光澤，隨著添加量增加，光澤下降也越明顯。纖維素相較于無機增稠劑，其光澤表現更好，且不會隨著添加量的變化而急劇變化；類似的，堿溶脹型增稠劑的光澤影響與纖維素相當，隨著添加量增加，光澤保持穩定；最后，締合型增稠劑的作用表現最好，光澤變化最小，聚氨酯類締合型增稠劑對體系流平比較友好，保證大分子充分伸展，相互作用，最終實現又好又穩定的光澤（詳見表1）。

2.2漆膜肌理

研究發現滾涂時，漆膜的紋理在粘度高、觸變性大的乳膠漆中更加表現明顯，但粘度過高會使得屈服值變大，可能給施工招致問題，所以為了兼顧噴涂等其他施工方式，為了爭取更大的觸變空間，應該注重在流變助劑中尋找突破口。在對聚氨酯類增稠劑和堿溶脹締合型增稠劑的研究中了解到，不是所有的剪切變稀都具有觸變性，在締合型增稠劑和乳液的相互作用下，締合作用越是明顯的，流體在觸變曲線中的閉環面積更大，而締合作用與HEUR和HASE中的表面活性基團密切相關；當疏水基團多時，增稠劑和乳膠粒締合占主導地位，而當親水鏈較大時，水相中的氫鍵作用更加明顯，同時分子鏈相互橋接也會使得體系粘度變大，在一定程度上體現觸變性。不同于HEUR和HASE, 纖維素的假塑性更突出，在同樣的剪切力下，纖維素的粘度下降更快。實驗表明，純纖維素的乳膠漆在不稀釋情況下，漆膜紋理表現得非常細碎，肌理效果美感表現較差。另一方面，相較于纖維素，HEUR表現出不明顯的假塑性，高剪切下保持較高的粘度，可以有效防止施工時漆膜飛濺，提高基材的上漆量。結合每一種流變助劑的分析，為了打造一款紋理質感漆，必須圍繞觸變性合理選擇搭配三種不同的助劑，而每一種助劑的挑選也可以設計實驗擇優選取。

2.3耐刮擦性能

在活動密集的區域，容易受到異物刮擦、磕碰，容易留下難以修復的痕跡。我們研究發現，漆膜耐刮擦性能受以下五個因素的影響：

1、漆膜硬度：漆膜早期硬度建立的速度應快，另適中的漆膜硬度很重要，漆膜硬度太低，外力刮擦損傷可至基材；硬度太高，漆膜易碎；

2、漆膜粗糙/滑爽程度：漆膜表面越粗糙，越易受損留下刮痕；

3、漆膜附著力：對基材較高的附著力，可承受的外力也就越大，當外力刮擦時，可減少漆膜從基材剝落風險；  

4、顏料體積濃度（PVC）：隨著PVC的提升，光澤，耐污漬，結構強度和耐刮擦的性能隨之下降；

5、漆膜厚度：也是一個較大的影響因素。

從漆膜滑爽度出發，根據研究實驗，我們發現采用蠟分散體可降低漆膜的摩擦系數，提升漆膜表面的潤滑性，可有效控制刮擦對漆膜的傷害。在大多數情況下，涂料成膜后，蠟粉粒子會浮于漆膜表面，當外力刮擦時，蠟粉粒子受力，間接保護漆膜，降低刮擦造成的漆膜傷害。另外，蠟分散體在對產品抗粘連性能、防沉性能的控制上，均有較好的表現。蠟的硬度和粒徑是影響耐刮擦性能的重要因素，較硬的聚乙烯蠟通常好于較軟的，粒徑大的通常好于粒徑小的（如表2）。粗糙度、滑爽度的控制是涂料性能控制的一個重要工作，聚乙烯蠟可以降低涂層的摩擦系數，形成一個潤滑層，從而降低涂層的摩擦系數。因此，蠟分散體對產品耐刮擦功能的實現和產品性能的控制有重要作用。

                      表2 不同蠟分散體對耐刮擦性能的影響

蠟分散體可以提升漆膜表面的抗刮擦性能，根據我們進一步研究發現采用分散在水性分散體中的超高分子量聚二甲基硅氧烷可提升漆膜里層的耐刮擦性能，硅氧烷聚合物由于分子量高不會遷移到表面，因而產生非常好的、長期的耐刮擦性能。

研究發現，分別單獨使用硅氧烷抗劃傷助劑或蠟分散體,體系抗抗劃傷提升一般，而當兩者同時運用在體系中后，發現漆膜耐刮擦性能有實質上的明顯加強，較原有強度有約60%的提升，耐刮擦效果明顯優于市售蛋殼光質感涂料（見圖2）。因此，需研究功能助劑的影響規律，以此為依據，確定功能助劑的添加用量及條件。

  

圖2 自制蛋殼光耐刮擦涂料（左）耐刮擦性能對比市售蛋殼光涂料（右）

2.4蛋殼光肌理質感涂料VOC含量

本文中制備的蛋殼光紋理質感水性涂料，為高環保型，對VOC含量具有嚴格的要求，對自制的蛋殼光紋理質感涂料進行VOC測試，結果如圖3所示。

圖3 蛋殼光肌理質感水性涂料VOC譜圖

由圖3的VOC圖譜可以看出，在4.373min出現的峰為VOC測試時所用的乙腈溶劑峰，4.727min出現的峰為內標物異丁醇的峰，在26.891min和29.689min出現的峰為涂料中所用成膜助劑Coasol 290 plus的峰，而在VOC要求的250℃以下即18.9min之前沒有其他峰出現，說明蛋殼光紋理質感涂料符合標準 GB 18582—2008中的要求，未檢測出VOC。

2.5 蛋殼光耐刮擦質感肌理涂料的耐污漬性能

蛋殼光紋理質感涂料除具有較高的安全環保性外，還具有優異的耐沾污性能，參照標準GB 9780—2013中內墻涂料涂層耐沾污性試驗方法，通過六種污漬（食用醋、紅茶、藍黑墨水、水溶黑、醇溶黑和凡士林炭黑）對蛋殼光紋理質感涂料進行測試、評分，測試結果如表3所示。

表3 蛋殼光紋理質感水性涂料的耐沾污性能

由表3可以得到，根據標準GB 9780—2013，通過本文中制備的蛋殼光紋理質感涂料和市售的耐污漬涂料對六種污漬測試得到的平均分R，計算綜合能力分R’，本文中制備的蛋殼光紋理質感涂料耐沾污性能為71.67分，達到Ⅰ級抗污要求，其中對污漬食用醋、紅茶和墨水的耐污漬性均好于對比樣品。

表4 蛋殼光肌理質感涂料污漬擦洗后光澤對比測試

由表4可以看到，耐污漬擦洗后，自制蛋殼光肌理質感涂料光澤變化較小，優于市售產品。

2.6 主要性能對比

將自制的蛋殼光質感紋理涂料與市售的蛋殼光紋理質感涂料產品的性能進行對比，結果如表5所示。

從表5中可以得到，自制蛋殼光紋理質感涂料優于市售的蛋殼光紋理質感涂料，耐擦洗性能也好于市售的蛋殼光紋理質感涂料，此外，自制蛋殼光紋理質感涂料還具有抗甲醛功能，甲醛凈化性能為92.3%，甲醛凈化效果持久性為84.5%，達到了Ⅰ類標準要求，同時，其他性能符合GB/T 9756—2018標準中優等品要求。

 

3  結論

引入高光功能型碳酸鈣，可幫助光澤與乳液添加量、漆膜機械性能與顏填料添加量的平衡的建立，而且具有良好的經濟效益。通過蠟分散體與硅氧烷抗劃傷助劑的協同作用，可明顯提升漆膜的耐刮擦性能，不僅實現簡易清洗即可呈現長期的美觀，更能持久保護墻面。附加的，配方設計時選用玻璃化溫度較高的抗甲醛乳液亦能得到致密的漆膜，表現出優秀的耐污漬、耐擦洗和抗甲醛功能，但需注意與耐刮擦性能的平衡。

本文刊登在2023年《涂料產業研報》中。待《研報》首發后，此文會更新全文。