真石漆专用增稠剂 TRM-380在真石漆中的应用
2018-03-22
怎样提高真石漆的成膜、耐水和耐候性能？
怎样才能再降低一些配方成本？
告诉你，增稠剂的选择至关重要！
真石漆是建筑涂料的一个重要种类，主要采用各种颜色的天然石粉配制而成，真石漆装修后的建筑物，具有天然真实的自然色泽，给人以高雅、和谐、庄重之美感，适合于各类建筑物的室内外装修。真石漆具有防火、防水、无毒、无味、粘接力强等特点，能有效地阻止外界恶劣环境对建筑物侵蚀，延长建筑物的寿命。金鼎祥公司隆重推出一支缔合型碱溶胀增稠剂——添尔美®TRM-380，可在真石漆配方中部分或完全取代纤维素类增稠剂（HEC、HPMC），有效提高真石漆的成膜性能，降低漆膜遇水发白，提高真石漆对底材的保护性能和耐候性能，降低整体原材料成本，自推广以来，普通受到广大用户的厚爱和支持，是真石漆的好伴侣！研究表明，由于添尔美® TRM-380的抗生物降解性能，常温密封储存2年后的真石漆产品依然粘度稳定、质地疏松，任然可以用于施工。
真石漆的三个主要性能
真石漆的三大性能是涂层的硬度、耐水和耐候。通常认为真石漆硬度主要取决于乳液的选择和用量，当乳液含量较低时，因大量砂石的存在使得涂层不够紧密，所以要选择粘结力较高的、最低成膜温度也较高的乳液。很少考虑怎样从增稠剂的选择上来提高乳液的粘结效率、改善真石漆的成膜性能。
有些真石漆涂层在下雨的时候会发白，涂层变得疏松，一般认为这是耐水性不好，主要原因是选用的丙烯酸乳液含有较大量的表面活性剂和制备真石漆时加入了纤维素等物质作为增稠剂，这些物质都是水溶性的，涂料成膜后留在涂层中，就大大降低了涂层的耐水性能。确有实验证明，不加任何助剂，喷涂形成的涂层，其吸水率很低，而用纤维素增稠的真石漆吸水率会增加10倍左右。那些水溶性物质在涂层中的存在无疑会增加水敏感性，但很少有人关注一个更重要的原因，就是怎样选择增稠剂使真石漆的成膜更理想，并有效改善真石漆的耐水性能。
耐侯性能的好坏与乳液的选择和真石漆的设计直接相关，选择纯丙乳液一般要比苯丙乳液的耐候性能好，其实成膜性能的改善也会提高真石漆的耐候性能。耐候性能还和封闭底漆和罩面清漆有关。总的来说，真石漆的三大性能其实都与真石漆中增稠剂的选择直接相关。如果选择和使用不当，将会严重影响所制备的真石漆的三大性能。
真石漆配方设计
要达到好的硬度、好的耐水和好的耐候性能，真石漆配方设计很重要。每吨优质的真石漆组成大约为纯丙乳液300公斤、天然彩石砂650公斤、以及其他成份。优质真石漆的特点是乳液用量比较高，乳液固含量为50%时，300公斤乳液干燥以后的体积约为150升，650公斤重量砂子的体积大约为228升。也是说，此时真石漆的PVC（颜料体积浓度）为60%，因为彩砂的粒子大、形状不规则，在一定粒径分布的条件下，干燥后的真石漆可能处在CPVC（临界颜料体积浓度）左右。就增稠剂来说，如果选择适当粘度的纤维素，真石漆可形成一个比较完整和致密的漆膜，以满足真石漆的三大性能要求。实际使用中有大量的经济型真石漆，每吨产品的配方为乳液100至160公斤、彩石砂750公斤、20公斤（包括成膜助剂、杀菌剂、增稠剂等），剩余的用水补齐。这类真石漆的PVC一般在75%到85%之间，施工干燥后，真石漆涂层是很难形成一个完整和致密的漆膜，因此怎样充分发挥好配方中用量有限的乳液，使涂膜尽量做到均匀成膜变得尤其重要。经济型真石漆使用的纤维素增稠剂的特点是高粘度（分子量），由于纤维素产品价格上涨的因素，所用的纤维素由原来3万粘度变成了5万、8万、10万、甚至还有用20万的，其目的就是减少纤维素的用量，纤维素品种也从羟乙基纤维素（HEC）转成采用羟丙甲纤维素类（HPMC）；HPMC的使用会明显降低真石漆的耐水性能，那么增加纤维素的粘度（分子量）会对真石漆产品性能造成的是什么后果呢？答案是真石漆的成膜性能会变得更差！
真石漆中纤维素的增稠原理和对性能的影响
假设一个经济型真石漆的配方由120公斤的乳液、750公斤的彩砂、120公斤的水和10公斤其他组成（成膜助剂、防冻剂、杀菌剂、增稠剂等）。乳液干燥以后的体积为60，彩砂的体积是263，PVC大约为82%，要高出估计的60% CPVC很多，显然不能形成一个完整的有连续乳液树脂相的漆膜。该真石漆的体积固含量是63%，如果固含量再高就不会有流动性能了。
真石漆的状态可以这样描述，乳液、增稠剂和水相混合在一起，大部分是填充在彩砂粒子之间，或者说，彩砂粒子是非常紧密的悬浮在乳液和水的混合液相中。一般乳胶漆中体积固含量是30%左右，含有大约70%的水，流动性能很好，而真石漆的体积固含量是63%，水只有37%，因此流动性能不会太好。
现在再考虑增稠剂，一般的用量是1.5到2公斤的10万粘度纤维素，这类纤维素2%的浓度时的粘度会达到10万。当有限的水和乳液混合以后，再有这些纤维素存在时会是一个怎样的状态？纤维素不仅将配方中的水、甚至乳液带来的一部分水吸引到周边，造成体积排斥引起的乳液颗粒絮凝，乳液粒子局部被挤压浓缩，在体系中的分布变得不均匀（图1）。
当彩砂添加到这种体系时，彩砂粒子周围的乳液粒子的多少也变得不一样（图2），这类真石漆在施工后，初期局部乳液干燥快（因为乳液粒子周围的水很少，大部分水是被纤维素固定在自己的周边），局部成膜，表现为真石漆涂层表面粗糙、强度差；纤维素本身的保水对真石漆的成膜没有帮助，相反的在纤维素干燥以后会给涂层落下永久性的微孔道，结果是造成真石漆对底材的保护性和耐候性变差（图3）。所以说，真石漆的性能与增稠剂的选择有着密切的关系，是成膜的好坏最关键的因素。
说明：示意图表明，如果纤维素选择不当，尤其追求使用高粘度纤维素，由于纤维素本身的保水性会导致体系出现体积排斥絮凝的发生，特别在乳液用量比较低的情形下，乳液粒子局部被挤压浓缩，在真石漆中分布不均匀，不能很好的发挥乳液在成膜过程中应有的作用；真石漆在施工后，初期时局部有乳液的地方没有多少水，干燥过快，局部成膜，造成真石漆表面粗糙，纤维素干燥后形成微孔道，对底材保护性能和耐候性能会变差，也会造成真石漆的强度变差。在这种情况下，即使有限的增加配方中乳液的用量，也不会有预期的效果；即使原来配方中乳液用量比较大，也不能充分发挥乳液的作用。
真石漆中TRM-380缔合型增稠剂的使用、增稠原理和对性能的影响
真石漆中使用纤维素增稠剂，其中一个主要因素是真石漆中彩砂不仅粒子大比重也大，没有足够的低剪切粘度和粘度的触变性能，真石漆会变得不稳定，砂粒容易沉降而且色彩不稳定。传统的缔合型增稠剂由于不能提供足够高的低剪切粘度和高的触变性能，所以不能作为真石漆的主增稠剂，只是用作为辅助增稠剂，其目的主要是改善施工性能。
金鼎祥公司隆重推出一支全新高效缔合型增稠剂——添尔美® TRM-380，它的高触变性能和低剪切粘度增稠效率，使得它可在真石漆配方中完全取代纤维素类增稠剂（HEC、HPMC），在有效降低配方中增稠剂使用成本和整体原材料成本的同时，提升乳液在真石漆中的成膜效率，提高真石漆的成膜性能、耐水性能和对底材的保护性能和耐候性能。
添尔美®TRM-380和传统的缔合型增稠剂一样，其增稠作用主要来自于本身的疏水基团在乳液粒子表面吸附形成一个网络结构，被增稠的体系中，乳液粒子仍然均匀分布在水中，干燥和成膜过程是一个整体的过程，均匀的成膜会使真石漆涂层的表面比较平整，最终的强度、耐水性、对底材保护和耐候性都有所提高（如图4-6所示）。
说明：示意图表明，使用TRM-380增稠的真石漆在施工干燥后，乳液形成的树脂相能比较均匀的分布在彩砂粒子的周围，不代表一定会形成一个连续相，连续相的形成主要决定于配方中乳液用量的多少。因为TRM-380的增稠主要是与乳液粒子的作用形成网络结构，乳液粒子均匀分布在水相中，并没有将体系中的水锁定住，所以真石漆施工后，干燥和成膜过程是一个整体的过程，成膜时需要挥发掉的水比较多，需要的时间比纤维素增稠的体系长一些，均匀的成膜过程会使干燥后的真石漆的表面比较平整。在同等乳液用量的条件下，TRM-380增稠的真石漆中乳液的作用能较好的发挥，即便配方中乳液用量相对少一些的时候，由于乳液相总体分布较均匀，施工干燥后的真石漆中微孔道结构少，总体真石漆的性能要比预期的（纤维素增稠的）理想，比如强度和最终的耐水性、对底材保护和耐候性较好。
喷涂真石漆干燥2小时后的初期耐水性能结果比较
我们分别采用了保立佳、巴德富、新光、日出、巴斯夫、科信、李文甲等公司的乳液，每吨真石漆的配方中固定彩砂的用量750公斤，乳液的用量分别为100、125和150公斤，研究了不同纤维素类增稠剂与TRM-380产品的增稠效果和对涂层性能的影响，详细的结果附在本报告的最后，这里主要讨论一下早期成膜和耐水性能方面的一个普遍现象。
喷涂真石漆干燥3小时后的初期耐水性能结果比较
同样的3个真石漆样品在干燥3小时后初期耐水性结果如上图8所示。试验发现，纤维素单独增稠的真石漆（左），即使在3小时干燥后，涂层在水中浸泡30分钟后还是会鼓起，说明一个重要的原因，这就是纤维素集中的地方也许已经得到了有效的干燥，但同时也留下了微孔道，在浸泡水中后，纤维素通过涂层中的微孔道重新吸水溶胀，其结果是涂层又鼓泡了，重新干燥后涂层不能恢复到原来的状态。
TRM-380单独增稠的真石漆，在经过3小时的干燥后，已经有了很好的成膜效果，在水中浸泡4小时后没有观察到涂膜明显变化；用纤维素和TRM-380共同增稠的真石漆，2小时干燥后就没有问题，干燥3小时后当然还是没有早期的耐水问题。
讨论：
纤维素单独增稠的真石漆样品在经过24小时干燥后，实验发现浸泡到水中后不会再鼓泡。我们认为这是由于真石漆充分干燥后，其强度要比早期只干燥了几个小时的样品好，水中有限时间的浸泡不会再出现起皱或鼓泡这类问题，但并不能说明它的水敏感性就不存在了。干燥以后的纤维素留下的微孔道依然存在，随着时间的推移，对真石漆涂层的损害和耐候性能的影响一定会显露出来。
就像在上世纪的60和70年代，水性乳胶漆发展还处在相对的早期阶段，主要的增稠剂还只有纤维素。为了能更好的保护环境，在美国有很多交通铁桥的保护采用了水性乳胶漆，可没多久发现很多的桥梁生锈了，最后发现主要是由于纤维素干燥后留下了微孔道造成的，而且随着纤维素被微生物降解掉，这些微孔道变成了永久性的，因而表面看是较好的一个涂层但对基材其实起不到很好的保护作用。
对于经济型的真石漆，因为乳液用量比较少，均匀成膜、充分发挥乳液在成膜过程中的作用变得尤其重要，从原理上讲应该少用纤维素增稠剂，至少要少用高粘度的纤维素作为增稠剂，这样才能在乳液用量有限的条件下，做出较高质量的真石漆。对于高端真石漆来说，虽然乳液用量比较大，但也不能忽视微孔道的危害，一定不要用过高粘度的纤维素，也一定要用一些适当粘度的纤维素（比如3万粘度的HEC），这样真石漆可以具有一定的呼吸性能。
TRM-380与HEC增稠的真石漆硬度对比
抗冲击实验结果图片如图9、图10所示：
结果讨论：
如图片所示：在经济型真石漆中（乳液添加量为10%的情况下），TRM-380增稠的真石漆漆膜硬度高，坚硬如真正的石头一般，呈脆性；而HEC增稠的真石漆漆膜比较软，硬度差一些，呈韧性。所以我们建议可以纤维素与TRM-380搭配使用，以获得最优的漆膜性能。
TRM-380增稠剂突出的性能优势：http://www.trimerchem.com/tousu_detail/newsId=208.html
TRM-380产品使用说明和注意事项：http://www.trimerchem.com/tousu_detail/newsId=209.html