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慧正資訊：鈦白粉是一款高能耗的涂料用原材料產品，在水性建筑涂料中所形成的碳絕對值是較大的。那么作為水性建筑涂料中非常重要的一款白色顏料，如何提高其使用效率，降低使用量，開發新的材料實現部分取代？不透明聚合物乳液因其獨特的結構、形態和性能，不僅能夠替代部分鈦白粉，還能夠提高水性建筑涂料的耐沾污、耐擦洗、降低透水性、改善力學型和體積固體含量等性能，為水性建筑涂料行業的發展帶來新的機遇和活力。
關鍵詞：鈦白粉、不透明聚合物、水性建筑涂料，性價比
作者 | 左柒零、黃文武、連坤、任松
01
前言
隨著國家碳達峰碳中和“1+N”政策體系構建實施，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》明確其了時間表、路線圖。各行各業減碳刻不容緩，必須有序有計劃進行。
鈦白粉是水性建筑涂料中最為重要的一支無機顏料，其作用不僅僅是遮蓋和裝飾，更為重要的是改善水性建筑涂料的物化性能，如增強化學穩定性，提高消色力、防腐蝕性、耐光、耐候性，增強漆膜的機械強度和附著力，防止紫外線和水分的透過；從而極大的提高漆膜耐老化性能，延長涂層壽命，毋庸置疑它在水性建筑涂料中是無可替代和舉足輕重的；然而，我們大家都知道鈦白粉是一款高能耗的涂料用的原材料產品，在水性建筑涂料中所形成的碳絕對值是較大的。
那么作為水性建筑涂料中非常重要的一款白色顏料，如何提高其使用效率，降低使用量，開發新的材料實現部分取代，從而實現其在行業可持續發展的路徑，讓其在水性建筑涂料中應用達到1+1大于2的效果。既能降碳，滿足環保要求，又能夠提升涂料性能；既能夠降低涂料成本，又不犧牲涂料性能。不透明聚合物在水性建筑涂料行業內已經發展幾十年了，之所以沒有被廣泛認可，原因是有很多種（這里不做具體分析）。隨著市場內卷和國家對環保要求力度的加大，就不得不重視這一既老又新的水性建筑涂料用的原材料-不透明聚合物。
不透明聚合物乳液通常是由苯乙烯和丙烯酸酯等單體共聚而成的乳液，其粒子呈球形，由中空的苯乙烯芯和丙烯酸酯殼組成。在涂料干燥過程中，乳液粒子中的水分蒸發，空氣進入粒子內部，形成充滿空氣的空穴。由于空氣與周圍聚合物的折射指數不同，使光得到有效的散射，從而提高了涂料的不透明性（遮蓋力）。
水性建筑涂料中使用的不透明聚合物乳液的粒子大小通常為 0.4μm 左右，是相對均相的單分散的球形體，除了本身不透明效應外，還可以解決鈦白粉的集群效應，有一定的空間位阻效果，有效避免鈦白粉二次團聚和絮凝，提高鈦白粉的遮蓋力。不透明聚合物乳液通常是以液體形態供貨的，粒徑分布均勻，粒子呈球形結構，粒徑大小較其他顏料更易控制，與乳液的混溶性良好，使用更方便。不透明聚合物乳液的表面親油狀和低HLB（親水親油平衡）值，在一般情況下對有機水性色漿的兼容性都較好。同時其相對較小的密度，不僅讓鈦白粉更好展色，還可以促進有機顏料在涂膜中的均勻分布，較好地避免了涂膜色調不一致現象。
使用締合型增稠劑時，一定程度上因表面疏水狀態和非離子乳化劑的吸附作用，增強了締合作用，在降低增稠劑用量的同時，它能改善涂料的流平性，提高了乳膠漆的貯存穩定性。不透明聚合物乳液因具有其獨特的結構、形態和性能，能夠有效地提高涂料的對比率、耐沾污、耐擦洗、降低透水性、改善力學型和體積固體含量等性能，為水性建筑涂料行業的發展帶來新的機遇和活力。本文將采用市面上三個品牌（巴德富集團的EXP-66不透明聚合物和主流的兩個)的不透明聚合物乳液在水性建筑內外墻和功能型彈性涂料中的應用測試闡述其現實價值意義。
02
實驗部分
2.1 試驗儀器及檢測設備
表格一：
2.2 檢測項目及方法
2.2.1 凍融穩定性、對比率、耐洗刷性、透水性、耐沾污性、熱儲存后漆樣對比率：參照標準GB/T 9755-2014《合成樹脂乳液外墻涂料》、GB/T 9756-2018《合成樹脂乳液內墻涂料》進行測試；
2.2.2粘度：使用斯托默粘度計測試漆樣KU粘度；
2.2.3 熱儲存穩定性：使用斯托默粘度計測試漆樣粘度，將漆樣置于50℃環境下7d，測試漆樣儲存后粘度，觀察漆樣儲存粘度漲幅及漆樣狀態；
2.2.4 展色性：不透明聚合物搭配乳液無粉體的漆樣中，向漆樣中加入2%炭黑、2%鐵紅，攪拌均勻后使用100μm的線棒在黑白卡紙背面刮涂一道，50℃烘箱干燥30min后，使用測色儀測出刮涂區域的L*、a*、b*值，對比出不同漆樣間的顏色差異；不透明聚合物在外墻涂料中，向淺色漆樣中分別加入1%炭黑、鐵紅、鐵黃、酞菁藍，深色漆樣分別加入3%炭黑、鐵紅、鐵黃、酞菁藍，攪拌均勻后使用100μm的線棒在黑白卡紙背面刮涂一道，50℃烘箱干燥30min后，使用測色儀測出刮涂區域的L*、a*、b*值，對比出不同漆樣間的顏色差異。
2.2.5 彈性耐沾污性、拉伸強度、斷裂伸長率、-10℃斷裂伸長率、低溫穩定性參照標準JG/T 172-2014《彈性建筑涂料》進行測試。
2.2.6光澤：按照GB/T9754-2007的規定進行。
2.3 試驗內容
2.3.1 不透明聚合物對對比率、光澤和粘度的影響：
測試配方：
測試結果：
小結：在無粉體配方中，不透明聚合物E、不透明聚合物H和我司EXP-66制備的漆樣對比率都較接近，達到0.62-0.63，漆膜都具有一定干濕遮蓋效果。無堿溶脹增稠劑的漆樣粘度均較接近，添加疏水改性堿溶脹增稠劑后，我司的EXP-66和不透明聚合物E粘度接近，不透明聚合物H的粘度相對略低。三種不同聚合物因粒徑、破壁率等微觀結構的差異，最終對漆膜的光澤影響也不一樣，有一定的差異性，我司的EXP-66同不透明聚合物H的光澤差不多，相對不透明聚合物E略高點。
2.3.2 不透明聚合物在高PVC內墻涂料中對耐擦洗、對比率、穩定性的影響：
測試配方（內墻合格品）：
測試結果：
小結：
a. 粘度：6個漆樣粘度均較接近；
b. 對比率：在均聚物鈉鹽分散劑制備的漆樣中，3個不透明聚合物漆樣對比率均較接近，在共聚物銨鹽分散劑制備的漆樣中，3個不透明聚合物漆樣的對比率也較接近；替換分散劑并提高5027的用量后，漆樣對比率有明顯提高。三個品牌的不透明聚合物熱存儲對比率都略有上升；
c. 耐洗刷性：用均聚物鈉鹽分散劑制備的漆樣，三種不同品牌的不透明聚合物對耐洗刷性的影響較大，我司的EXP-66相對更好，同不透明聚合物E相當略好，不透明聚合物H相對略弱；使用共聚物銨鹽分散劑后，我司EXP-66和不透明聚合物H制備的漆樣耐洗刷性接近，不透明聚合物E的耐洗刷性相對要更好一些；
d. 凍融穩定性和熱儲存穩定性：6個漆樣的凍融和熱儲存穩定性均無異常；
e.不透明聚合物由中空的苯乙烯芯加丙烯酸酯殼組成，共同構成了乳液粒子。在涂料干燥過程中，乳液粒子內部的水分蒸發，空氣進入形成充滿空氣的空穴。由于空氣與周圍聚合物的折射指數不同，產生了光散射效果，從而賦予了干膜不透明度，提高涂料的對比率，同時又具有高Tg乳液的一些特征，因而對耐擦洗性具有一定的幫助（在本方案中我們也做過這樣的一組試驗，不加不透明聚合物并用均聚物分散劑其耐擦洗只有300次左右，對比率為0.908；如果把不透明聚合物換成乳液其耐擦洗有較大幅度的增長，但對比率下降得更加厲害，只有0.889左右）。
2.3.3 不透明聚合物在外墻合格品涂料中對耐沾污、對比率、透水性、展色性和穩定性的影響：
測試配方（外墻合格品）：
測試結果：
小結：
a.對比率：3個不透明聚合物制備的漆樣對比率均接近；
b. 透水性：淺色漆樣透水性通過合格品要求，深色漆樣透水性通過一等品要求，提高不透明聚合物用量后，對透水性三個品牌的不透明聚合物都有一定的幫助，EXP-66和不透明聚合物H對透水性相當，不透明聚合物E相比相對較好；
c. 耐沾污性：6個淺色外墻涂料的耐沾污性均可通過優等品要求；隨著不透明聚合物添加量的增加其耐沾污也相對變好，EXP-66相對更好一點；
d. 凍融穩定性和熱儲存穩定性：9個漆樣凍融和熱存儲穩定性均無異常；
e. 展色性：EXP-66、不透明聚合物E、不透明聚合物H展色性均較接近。
2.3.4 不透明聚合物在外墻彈性涂料中對耐沾污、力學性能的影響：
測試配方（外墻彈性涂料）：
測試結果：
小結：
a. 對比率：加了EXP-66不透明聚合物其對比率略有提升，有效降低了鈦白粉的用量；
b. 耐沾污性：加了不透明聚合物EXP-66制備的漆樣，在照射紫外線部分和未照射紫外線部分的耐沾污性都明顯比不加EXP-66的要好；
c. 拉伸強度、斷裂伸長率：彈性涂料的拉伸強度和斷裂伸長率是一對矛盾統一體，標準狀態下，通常情況下拉伸強度高點，其斷裂伸長率就會低點，在本方案中加了EXP-66提高了彈性涂料的拉伸強度，其斷裂伸長率略微有點下降。在-10℃斷裂伸長率中我們發現加了不透明聚合物EXP-66卻變好了。
03
總結
3.1 發展無限
不透明聚合物乳液憑借其獨特的結構和性能，在涂料中發揮著重要作用。它不僅可提高各類水性建筑乳膠漆的物理性能，而且可提高乳膠漆的穩定性及色漿的相容性。
在配方中添加適當的不透明聚合物，調整適當的PVC，在不增加成本的情況下，可提高乳膠漆的對比率、耐擦洗性。利用該聚合物乳液的核殼結構可提高低PVC乳膠漆及彈性涂料的耐沾污性。不透明聚合物乳液在各類乳膠漆及彈性涂料領域都具有廣泛的應用前景，為涂料行業的發展帶來了新的機遇。
從取代部分鈦白粉降低成本，到提高涂料遮蓋力、改善耐污性、降低透水率和彈性力學性能等方面，都有不俗的表現。不透明聚合物為液體形式供應，在工業鏈管理（使用方便，不需要預分散）到配方設計（減少鈦白粉減少分散劑的用量）都展現出了顯著的優勢。
3.2 未來可期
在未來，隨著技術的不斷創新，不透明聚合物乳液的性能有望進一步提升。例如通過優化聚合工藝，可能使不透明聚合物的粒徑更加均勻，從而更好地控制其光學性能與其他涂料成分更好的混溶性（調色更方便）；更大的不易破壁的空心結構，具有一定隔熱效果和手感效果，在反射隔熱涂料中和膚感涂料中的應用。
總之，不透明聚合物乳液在水性建筑涂料中的應用前景將會更為廣泛，它必將為水性涂料行業的發展注入新的活力和原動力，從而推動涂料行業技術不斷創新和進步，也為涂料低碳貢獻給予更大的可行性。
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