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回南天内墙乳胶漆泪痕弊病产生原因与影响因素研究
2024年03月12日    阅读量:     新闻来源:涂层与防护  |  投稿

0 引 言


回南天是我国南方在春季常见一种天气返潮现象,它的产生原因是受北方冬季寒冷空气影响室内墙壁和天花板都处于冰冷状态,当遇到从南边吹来的温暖且湿润海风时,空气中接近饱和的水汽便会在冰冷的墙壁和天花板上凝结成雾滴,从而到处呈现出一片“湿答答”的现象 。


现在家居室内墙壁和天花板普遍会涂刷内墙乳胶漆,在回南天时漆膜上易凝结出大量露水。然而,等到回南天结束,漆膜表面露水挥发干燥后,容易产生高光泽的斑点(像人的泪痕一样),有的漆膜甚至会渗出粘稠状的黄色油状物涂料在线coatingol.com。回南天引起的内墙乳胶漆析出亮斑泪痕非常影响室内墙面的美观,给人们带来很大的困扰。因此,本研究将深入探索回南天内墙乳胶漆泪痕弊病的产生原因,并从涂料配方设计、涂料制造工艺以及涂料施工配套等方面提出解决该问题的方法。


1 实验部分


1.1 实验材料


所用相关配套的底漆和面漆均来自三棵树涂料股份有限公司,而所用原材料均来自三棵树涂料股份有限公司的各个供应商。各类材料的厂家 1~22 分别为陶氏化学、巴斯夫、万华化学、巴德富、罗斯夫、厦门鑫连发、石大胜华、索尔维、阿克苏诺贝尔、科莱恩、伊士曼、Chemoxy、生兴行、圣诺普科、汽巴化学、内蒙古超牌建材、合浦中成高岭土、双润化工、滁州格锐、四川龙蟒、晶福和三棵树涂料股份有限公司。


1.2 实验仪器与设备


用于模拟测试内墙乳胶漆在回南天时出现泪痕弊病的装置如图 1 所示 ,内部为带有塑料盖和支撑柱的塑料盒立在塑料槽中间,外部为垫在 4 个垫块上的透明罩子,其中塑料盒内装有冰水混合物,而塑料槽内装有常温水。

分散机(EN630):上海天辰现代环境技术有限公司;线(BGD212):标格达精密仪器(广州)有限公司;烘箱(FD240):德国Binder。

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图1 回南天内墙乳胶漆泪痕弊病的测试装置示意图


1.3 实验测试方案


具体测试步骤为:(1)用100 μm规格的线棒将待测内墙乳胶漆涂布在金属片表面,在室温下干燥 2 h后放入50 ℃烘箱干燥6 h,然后取出冷却至室温;(2)取下测试装置的透明罩子,将已涂覆待测内墙乳胶漆膜的金属片上半部分紧贴在塑料盒侧面上,将金属片涂覆漆膜面朝外,再盖回透明罩子(如图1所示);(3)当紧贴塑料盒的金属片漆膜上半部结出水珠并流至下半部分时,立即取下金属片并悬挂在大气环境中自然干燥 24 h;(4)通过观察金属片漆膜中高光泽析出物量的多少,对不同内墙乳胶漆回南天析出的泪痕弊病严重程度进行评分,分值为 1~10 分,分数越高,表示泪痕弊病越严重。


1.4 实验测试配方


所用内墙乳胶漆的参考配方见表1。

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2 回南天泪痕原理分析


内墙乳胶漆在回南天天气出现泪痕弊病的产生机理如图2所示:在回南天高湿度环境下的墙面产生凝水或结露时,乳胶漆漆膜内的亲水性有机物(乳液内乳化剂、润湿剂、分散剂、防冻剂、成膜助剂等)会被表面停留水溶出并迁移到漆膜表面,当水分完全挥发后便会富集并在漆膜表面析出,光泽比其他区域高,形成了光亮泪痕。由回南天乳胶漆泪痕弊病的产生机理可知,泪痕严重程度的关键因素在于水珠对漆膜内小分子组分的萃取过程如图 3 所示。由式(1)可知,该过程的萃取效率则取决于小分子组分在树脂聚合物-颜填料相与水相之间的分配系数 K ,即小分子组分的分配系数 K 越大,则乳胶漆的回南天泪痕越严重。因此,乳胶漆回南天泪痕影响程度主要取决于以下两个因素:(1)小分子组分的亲疏水性;(2)小分子组分与树脂聚合物-颜填料组分的结合力强弱。


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图2 内墙乳胶漆回南天漆膜泪痕的产生过程

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图3 水珠对内墙乳胶漆漆膜内亲水性组分的萃取过程

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3 回南天泪痕影响因素探索 


本研究分别从内墙乳胶漆涂料配方组成成分(乳液、防冻剂、成膜助剂、润湿剂、分散剂和颜填料)、配方属性、制造工艺和配套体系(底漆和罩面)4 个方面来探索内墙乳胶漆回南天泪痕的影响因素。


3.1 乳胶漆不同组分对回南天漆膜泪痕的影响


(1)乳液

乳液是乳胶漆里最重要的成分,所以首先探索采用不同厂家、不同型号乳液的内墙乳胶漆回南天泪痕的严重程度,根据测试结果对泪痕析出程度进行评分,同时也记录泪痕析出物的颜色,见表 2。由于乳液的性能和其最低成膜温度(MMFT)息息相关,所以将其与泪痕严重程度进行了相关性分析。此外,有些内墙乳胶漆乳液会通过引入特殊功能基团使其具有去除甲醛功能,因此对此类乳液进行了单独分组考察。由表 2 可知,相比于普通丙烯酸乳液析出物为透明或微色,除甲醛功能丙烯酸乳液析出物均为黄色油状物,且 MMFT 越低泪痕越严重。然而,对于普通丙烯酸乳液,泪痕严重程度与 MMFT 相关性不大,主要决定因素可能在于乳液合成过程中所用乳化剂的种类和含量。

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(2)防冻剂

防冻剂是乳胶漆中必不可少的重要成分之一,它能够提高乳胶漆的低温贮存稳定性和调节漆膜的干燥速度 。内墙乳胶漆常用防冻剂的主要成分除了常用的乙二醇和1,2-丙二醇等有机小分子外,出于环保性考虑也经常会使用含聚乙二醇结构和含三苯乙烯基苯酚结构的高分子聚合物。表 3 详细描述了采用不同种类防冻剂对内墙乳胶漆回南天泪痕的严重程度。由表 3 可知,乙二醇和 1,2-丙二醇等有机小分子类防冻剂的泪痕最轻,含三苯乙烯基苯酚结构的高分子聚合物类防冻剂(乙氧基三苯乙烯基苯酚、三苯乙烯基苯酚-聚乙二醇-磷酸酯)次之,而含聚乙二醇结构的高分子聚合物类防冻剂(聚乙二醇、聚氧乙烯甘油醚)最严重。

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(3)成膜助剂

成膜助剂同样也是乳胶漆不可或缺的重要助剂之一,它能够有效降低乳胶漆的最低成膜温度和改善漆膜性能 。内墙乳胶漆常用成膜助剂的主要成分可分为“醇酯类”和“羧酸二丁酯类”两种。根据表 4中显示的采用不同种类成膜助剂对内墙乳胶漆回南天泪痕的程度可知:①相比于乳液和防冻剂,成膜助剂对泪痕的影响的评分低得多,说明成膜助剂对内墙乳胶漆回南天泪痕影响程度较轻;②在两类成膜助剂中,采用醇酯类成膜助剂的内墙乳胶漆基本没有泪痕,而采用羧酸二丁酯类成膜助剂的内墙乳胶漆只有轻微的泪痕。


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(4)润湿剂

润湿剂在乳胶漆中能够有效促进水对颜填料表面的润湿过程以及改善乳胶漆在基材表面的润湿效果。亲水亲油平衡值(HLB)和表面张力是润湿剂的重要性能,所以将它们与泪痕严重程度进行了相关性分析。由表 5 可知,采用不同种类润湿剂内墙乳胶漆的回南天泪痕严重程度与HLB不具有相关性,而和表面张力呈现出一定的负相关性。

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(5)分散剂

分散剂在乳胶漆中能够吸附在颜填料表面起到分散和稳定的作用 。在内墙乳胶漆中使用的分散剂以聚丙烯酸盐为主,根据阳离子种类有“钠盐”和“铵盐”两种。此外,聚丙烯酸盐也可以进行烷基化疏水改性,所以根据是否进行疏水改性可分为“疏水改性类”和“未疏水改性类”两种。表6给出了采用不同种类分散剂内墙乳胶漆的回南天泪痕严重程度,分析可知:①相比于未疏水改性类分散剂,疏水改性类分散剂的泪痕程度则轻很多;②聚丙烯酸钠盐和聚丙烯酸铵盐两种分散剂的泪痕程度无明显区别。

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(6)颜填料

颜填料在乳胶漆中起到提供遮盖、色彩和骨架的作用。在乳胶漆配方设计中吸油量是颜填料重点关注的指标之一,因为它与配方的颜料体积浓度(PVC)息息相关。由表 7 可知,采用不同种类颜填料(粉料)内墙乳胶漆的回南天泪痕严重程度与颜填料吸油量呈现出一定的负相关性,即颜填料的吸油量越高,则泪痕程度越轻。


3.2 乳胶漆配方属性对回南天漆膜泪痕的影响


PVC 是乳胶漆配方中的一个重要参数,它主要与干膜中树脂聚合物体积和颜填料体积相关 。一般来说乳液含量越高、颜填料含量越低,PVC越低;乳液含量越低、颜填料含量越高,PVC 越高。通过改变配方中丙烯酸乳液的含量来研究不同 PVC 下内墙乳胶漆的泪痕严重程度,结果如图 4 所示。由图 4 可知(1)随着配方 PVC 的减少增加,乳液含量增加,泪痕严重程度先降低后升高,乳液含量在 16%~20%范围内回南天泪痕最轻。内墙乳胶漆回南天泪痕严重程度显示出这种变化趋势的原因可能是在过高PVC时,乳液含量过低,漆膜孔斜率变高,漆膜内引起泪痕的成分更容易迁移析出,导致泪痕变严重;而在过低PVC 时,乳液含量过高,乳胶漆中乳化剂含量也相应变高,同样也会导致泪痕变严重 。

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图4 添加不同含量丙烯酸乳液对内墙乳胶漆泪痕严重程度的影响


 3.3 乳胶漆制造工艺对回南天漆膜泪痕的影响


在制造乳胶漆时各种物料的添加顺序同样会对其性能产生一定的影响,因此对配方中聚丙烯酸钠盐分散剂采用两种工艺进行添加。在工艺一中采用将1%聚丙烯酸钠盐分散剂全部在研磨阶段加入的方式;在工艺二中采用先在研磨阶段加入一半 0.5%聚丙烯酸钠盐分散剂,在调漆阶段再加入余下另一半0.5%的方式。


对两种制造工艺得到的内墙乳胶漆进行回南天泪痕严重程度测试后发现,工艺一乳胶漆的泪痕评分为1分,而工艺二乳胶漆的泪痕评分则高至6分,由此说明相比于分散剂全部在研磨阶段添加,分散剂在研磨和调漆两个阶段分开添加会显著加重泪痕的出现。这种现象可能和颜填料对分散剂的吸附锚定作用有关,即在调漆阶段添加的分散剂难于吸附锚定在颜填料上,导致漆膜内引起泪痕的成分更容易迁移析出,从而泪痕变严重。


3.4 乳胶漆配套体系对回南天漆膜泪痕的影响


内墙乳胶漆常见的配套体系有底漆和面漆,因此主要探索配套不同底漆和面漆对其回南天泪痕弊病的影响程度。


(1)底漆

底漆在内墙乳胶漆涂层配套体系中所起的作用有封闭与加固基材、抗泛碱以及增强对基材的附着力等。表 8 显示了是否配套以及配套不同底漆对内墙乳胶漆泪痕弊病严重程度的影响,由此可知:

①相比于不配套底漆,配套了底漆会加重内墙乳胶漆泪痕弊病;

②对于配套的不同类型底漆,执行JG/T 210—2018 标 准 的 成 膜 型 底 漆 的 泪 痕 最 重 ,执行 GB/T9756—2018 标准的成膜型底漆的泪痕次之,而执行JG/T 210—2018 标准的渗透型底漆的最轻。该现象的原因可能是由于底漆位于基材和内墙乳胶漆之间,而底漆对基材具有很好的封闭作用。这种封闭作用阻碍了基材对内墙乳胶漆析出的泪痕的吸收,导致泪痕浮现到漆膜表面,并且配套底漆的成膜性能越好,这种封闭作用就会越好,导致泪痕就会越严重。


(2)面漆

面漆在内墙乳胶漆涂层配套体系中所起的作用是辅助提升涂层的保护性。表 9 显示了是否配套面漆对内墙乳胶漆泪痕严重程度的影响,发现相比于不配套面漆,配套了面漆能够显著减轻内墙乳胶漆泪痕弊病,原因可能是面漆施工于内墙乳胶漆上层,这物理阻隔作用能够显著抑制内墙乳胶漆泪痕的渗出,所以我们观察到泪痕的显著减少。

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4 结语


内墙乳胶漆在回南天出现的泪痕影响因素涉及到配方设计、制造工艺和施工配套等方方面面,是一个非常复杂的问题。根据对内墙乳胶漆回南天漆膜泪痕弊病影响因素和机理的探索,从配方组成、配方属性、制造工艺和乳胶漆配套体系 4 个方面提出以下改善回南天泪痕的方法。


(1)配方组成

产生回南天泪痕的主要原材料是配方中的乳液和防冻剂,其次是润湿剂、分散剂和成膜助剂。因此,在内墙乳胶漆配方设计时要于避开使用泪痕严重的乳液和防冻剂。另外,颜填料(粉料)的加入能够减弱乳液和助剂引起的泪痕,且颜填料(粉料)的吸油量越高效果越好。因此,在内墙乳胶漆配方设计时尽可能选用效果较好的颜填料(粉料)。


(2)配方属性

随着 PVC 的减少,乳液含量增加,泪痕严重程度先降低后升高,在乳液含量为 16%~20%范围时,回南天泪痕最轻。因此如果要设计一款低回南天泪痕弊病的内墙乳胶漆,其乳液含量尽量控制在16%~20%。


(3)制造工艺

相比于在调漆阶段添加,分散剂在研磨阶段添加能显著减弱泪痕的出现。因此,在设计内墙乳胶漆制造工艺时,尽量避免后添加(补加)分散剂的情况。


(4)乳胶漆配套体系

配套底漆会加重漆膜泪痕的产生,特别是对于成膜型底漆,成膜性和封闭性越好,泪痕越严重。因此,在选择内墙乳胶漆配套底漆时尽量避开成膜性和封闭性过高的底漆,在条件允许下也可以不配套底漆或者选择渗透型底漆。另外,配套面漆能有效抑制乳胶漆漆膜泪痕的产生,因此内墙乳胶漆上再涂刷一层面漆清漆是解决回南天泪痕非常好的办法。


作者:林廷睿,彭超凡

(福建省建筑涂料企业重点实验室, 三棵树涂料股份有限公司,福建莆田351100)


标签:家装家具涂料今日头条涂装应用技术中心乳胶漆
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