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色浆

国内市场自本世纪初开始推广调色系统,虽然历史较短,但发展很快。主要建筑涂料生产厂家已纷纷推出自己的调色系统,在全国大中城市建立调色中心。目前主要采用水性通用色浆或水性色浆用于乳胶漆的零售店POS 调色,也有少数厂家率先推出了溶剂型木器聚氨酯漆的POS 调色系统和建筑涂料的工厂电脑自动调色系统。

调色系统由系统色浆、基础漆、调色机、色卡、分光光度计、配色及颜色管理软件等部分组成,其中系统色浆是调色系统的核心之一。企业在推广调色系统时都会面临许多色浆体系,要选择适合自己的系统色浆,必须对色浆体系进行全面的评估。本文从颜色体系( 覆盖的色域、颜料种类、性能) 、色浆采用的技术( 水性色浆或水油通用色浆、丙烯酸树脂或醛酮树脂) 、基础漆对色浆的颜色接受性( 展色性、抗浮色发花性、抗返粗结粒等) 、环保性(VOC 、APE 、重金属颜料、低毒溶剂) 及色浆本身的性能指标等方面说明色浆的评价评估方法。

1 颜色体系

从颜色期待来说,希望色浆越多越好,因为色浆越多,覆盖的色域会越广; 但是从材料库存、设备投入来说,色浆的支数应越少越好。因此我们在设计调色系统的颜色体系时要综合考虑产品期望覆盖的色域范围、投入、产品性能、颜料性能、调色的准确性、包装大小及产品特殊市场需求等多方面因素,才能得到合理的颜色体系。一般说来,大多数调色系统都包含钛白PW6 、炭黑PBK7 、铁黄PY42 、铁红PR101 、有机黄PY74 、有机红PR112 、酞菁绿PG7 、酞菁蓝PB15:3 等8 支核心色浆,如图1 所示。

图1 调色系统的核心色浆

(1) 普通有机红PR112 和黄色PY74 耐候性较差,为了提高耐候性可增加高性能有机颜料外墙红PR254/PR255/PR168 和外墙黄PY101/PY109/PY138/PY154 。

(2) 提高颜色覆盖的色域及遮盖力可增加酞菁蓝PB15:1/PB15:4( 红相蓝,高遮盖力,价格更高) 、绿PG36( 黄相绿,价格为PG7 的两倍) 、橙红PO/36/PO43/PO73/PY83( 红相黄) 、蓝相紫PV23 和红相紫PV19/PR122 等。

(3) 提高小包装浅色域调色的准确性可增加低浓度炭黑浆、酞菁蓝浆、酞菁绿浆和氧化铁棕(Brown) 或棕土色(Raw Umber) 。这是因为一般浓度的炭黑、酞菁蓝、酞菁绿的着色力极强,而小包装浅色所需的色浆极少,在调色机内不能准确注入。氧化铁棕是由铁红和铁黄复合而成,棕土色浆由铁红、铁黄和炭黑3 种颜料复合而成,在需要少量铁红、铁黄和炭黑中的2 种或3 种色浆时只要加入铁棕或棕土1 种色浆即可,这样加入的精度自然会更高。

(4) 木器漆透明或半透明着色可增加透明氧化铁红和透明氧化铁黄,同调色体系中有机色浆( 通常是半透明的) 一起可组成木器漆底着色体系。

(5) 在树脂较少、PVC 较高的外墙涂料体系中,应使用完全由无机颜料组成的色浆在国内还没有引起足够的重视,也无相关文献报道,但由于色浆使用不当产生的质量问题却很多。现国内工程外墙乳胶漆,乳液用量一般在20% ± 4% ,PVC 约为60% ,已达到或超过CPVC ,涂料内的颜填料缺少树脂的包覆; 硅树脂涂料通常有苯丙乳液和硅乳液组成的基料,用量各占10% 左右,由于硅乳液实际成膜的固含较苯丙更低,其PVC 一般高于CPVC ,才能保持较好的透气性能; 硅酸盐涂料的基料为水玻璃,完全是个无机材料,涂膜中颜填料完全暴露,无树脂的保护; 溶剂型Pliolite 外墙涂料树脂用量也很少,虽然理论上从配方设计来说涂料的PVC 稍低于CPVC ,但由于颜、填料细度、粒径分布的波动以及封底不佳、过度稀释都可能造成最终涂膜的PVC 超过CPVC 。同无机颜料相比,在无足够树脂的保护下有机颜料极易引起褪色,其一是由于有机颜料极易受到碱的攻击而褪色,其二是有机颜料的粒径小,通常在1 0 ~100nm ,仅为无机颜料的1/10( 无机颜料通常在100 ~1 000nm) ,很容易被雨水冲洗掉(wash out) ,而引起褪色。同样,关于这一性质,具有极好耐候性、通常被视为无机颜料的炭黑色浆同有机颜料相似,由于粒径小,易被洗出,故在高PVC 外墙涂料中也不宜使用。

合理运用上述原理,可以很容易地组合得到适宜的颜色体系。大多数调色系统是在8 支核心色浆的基础上,根据需要增加2 ~8 支色浆组合为10 ~16 支色浆的色浆系统。现国内市场零售店乳胶漆调色系统主要有D e g u s s a 公司的8 8 8 色浆系统和CPSCOLOR 公司的Monicolor 色浆系统。888 由12 支色浆组成,色浆支数较少,设备投入会较少,总体会更经济;Monicolor 由16 支色浆组成,覆盖的色域更广,可调出更鲜艳的颜色。

实际应用中可以根据自己的产品特点增减色浆。如国内外墙乳胶漆都是工程漆,绝大多数在工厂调色,因此乳胶漆零售店调色实际上仅限于内墙乳胶漆,不用考虑耐候性,因此高耐候性的有机红和有机黄色浆可以不用,昂贵的蓝相紫PV23 可以通过有机红和酞菁蓝复配得到,红相紫PV19 可以用色相相似但价格更便宜的PR122 代替。外墙漆调色一般都是5L 以上的大包装,且考虑到耐候性一般不用太浅的颜色,可以不用低浓度炭黑、酞菁蓝、酞菁绿和氧化铁棕(Brown) 或棕土(Raw Umber) 色浆,同时应增加几支耐候性好的红、黄、橙、紫色浆。高PVC 外墙涂料,主要有外墙工程乳胶漆、硅树脂涂料(SREP) 、硅酸盐涂料、溶剂型PLIOLITE 树脂外墙漆等树脂含量较低的外墙涂料,为了保证耐候性最好采用完全由无机颜料钛白、铁红( 黄相) 、铁红( 蓝相) 、铁黄、铁黑、氧化铬绿、钴蓝、铋黄八支色浆组成的色浆系统。

2 色浆技术

色浆采用的技术决定着其应用范围、与基础漆的相容性、对基础漆性能的影响大小、环保性、价格等诸多方面,因此在采用调色系统前必须充分了解色浆采用的技术,即除颜料以外的主要组成。

调色系统按应用领域主要分为两大类:水性色浆和溶剂型色浆。水性色浆通常又分为普通水性色浆和水、油通用色浆; 溶剂型色浆也可分为通用色浆和专用色浆。

2.1 水性色浆

普通水性色浆只能用于水性涂料,现主要用于乳胶漆的工厂调色。水性通用色浆是指可用于普通水性涂料的调色又可用于中长油醇酸、聚氨酯改性醇酸、弱溶剂丙烯酸涂料调色的水油通用色浆,在北美、欧洲、澳大利亚、新西兰用于零售店家装涂料的调色。同普通水性色浆主要差别在于:为了提高在醇酸等溶剂型涂料中的相容性,通用色浆内含有大量的多元醇和表面活性剂壬基酚乙氧基醚(APE) ,这种通用色浆用于水性乳胶漆的调色有以下几个缺点:(1) 基础漆的耐水性变差;(2) 深色漆黏度显著降低;(3)VOC 升高,环保性较差;(4) 色浆浓度低,调色成本较高。目前在我国零售店乳胶漆的调色主要采用Degussa 公司的888 系列和Cpscolor 公司的Monicolor 系列,它们均为通用色浆,在国外也普遍采用。但同国外市场不同的是,我国家装市场醇酸漆使用很少,大多数涂料公司并没有用到它的通用性( 油性醇酸) ,只用于乳胶漆的调色,因此说这类通用色浆并不真正适合中国市场的需要。

2.2 溶剂型通用色浆

溶剂型通用色浆是指可用于大多数溶剂型涂料的通用色浆,使用的载体树脂常分为醛酮树脂和丙烯酸树脂。醛酮树脂有更好的混溶性和颜料添加量,仍是首选的载体树脂; 丙烯酸树脂有更好的耐候性,但混溶性稍差。对于涂料性能要求极高及混溶性差的涂料,则只能采用与涂料完全相同树脂体系的专用色浆。

3 颜色接受性(Color Acceptance)

理想的颜色接受性是成功应用调色系统的关键,它决定着色漆的品质和施工性能。色浆在基础漆中的颜色接受性不但与色浆的组成有关,而且同基础漆的组成也有关。

颜色接受性主要问题表现为展色( c o l o rdevelopment) 不佳、杂色斑点(mottling) 、贝纳德旋涡(Benard cell) 、返粗结粒(seeding) 等现象。

3.1 展色性

水性色浆和通用色浆在乳胶漆中颜色接受性问题主要表现为展色性。测试展色性最常用的方法是指研法(rub out test) ,且最好是在不同混匀条件(2min 和10min) 下进行指研实验。其操作如下:将色浆加入到基础漆中,在混匀机中分别混合2min 和10min ,接着刮涂制板(draw down) 并进行指研实验。比较2min 和10min 、指研区和非指研区的色差,若存在色差,说明展色性不佳,调色时不能得到准确一致的颜色。2min 为实际混匀时通常采用的标准时间,10min 可认为是一种过度混合状态。若两种混合状态下有色差,则表明调色时颜色的重现性会有问题,因为颜色与混匀时间有关。

图2 指研实验

(1) 2min 混匀展色正常,指研无色差,但10min 混匀颜色变浅,指研部分颜色变深,如图2(a) 所示。其原因是在长时间混合后色浆中颜料表面的分散剂发生解吸,被吸附到邻近基础漆的颜、填料粒子表面,色浆中颜料粒子缺少分散剂的有效保护而发生絮凝,颜色变浅,在指研的外力作用下重新解絮凝,恢复原来的颜色。其解决办法是在基础漆中加入具有对多种颜、填料快速吸附功能的低分子量、多官能团分散剂,可快速占据在基础漆的颜填料表面以及色浆中颜料粒子的表面,防止色浆中颜料絮凝。

(2) 随混匀时间延长,涂料颜色变深,混匀2min 的涂料,颜色很浅,展色性差,在指研时颜色变深,10min 时展色好,指研无色差,如图2(b) 所示。这种现象常发生在通用色浆在醇酸漆及普通水性色浆在高疏水性的外墙乳胶漆( 如无皂聚合乳液) 的调色中,其原因是通用色浆中的乳化剂不足以保证色浆在醇酸漆中乳化以及水性色浆和乳胶漆的HLB 值相差太大。解决办法是提高色浆的乳化作用、降低色浆和基础漆之间的介面张力,通常非离子表面活性剂或疏水性共聚物分散剂会十分有效。 
(3) 指研区颜色变浅。这表明基础漆内的分散剂对钛白的保护不够而导致钛白发生絮凝,其解决办法是选用对钛白有强烈吸附作用的分散剂进行保护。

3.2 杂色斑点

杂色斑点是指色浆在基础漆中不能均匀分布,在显微镜下可以看到许多较大的有色颗粒极性液滴乳化分散在非极性白色基础漆中,形成油包水的二相体系。它类似如以上所述的展色问题(2) ,只是更为严重。这种现象在乳胶漆中很少发生,主要发生在通用色浆用于醇酸漆的调色中。在大多情况下,其解决办法是选用较低分子量、亲水的阴离子型表面活性剂来调节相容性,使色浆小液滴稳定性降低,色浆中颜料表面分散剂的分子链重新取向分布,颜料表面的连续相由极性转变为非极性,消除杂色斑点,实现良好展色。

3.3 贝纳德旋涡

贝纳德旋涡主要发生溶剂型体系,是由于颜料粒径不同( 可能是絮凝造成的) 、局部表面张力梯度和较低黏度造成的,可通过适当助剂减少絮凝、降低表面张力和适当提高涂料黏度来消除。

3.4 返粗结粒

返粗结粒(Seeding) 现象在水性或溶剂型体系中都有可能发生,在检测涂料细度和刷涂时均可发现大的固体颗粒。造成这一现象主要是由于色浆中的颜料在加入到基础漆中后所处的环境( 包括溶剂、树脂种类及浓度、润湿分散等助剂) 发生了很大的变化而做成的,也就是通常所说的颜料冲击(PigmentShock) ,因此色浆体系同基础漆体系相差较大时容易发生这种现象,如水性通用色浆用于溶剂型漆( 如聚氨酯醇酸、弱溶剂丙烯酸) 调色和溶剂型通用色浆在硝基漆、聚酯漆中的调色。通过外加适当分散剂加强对颜料的保护以及注意色浆加入到基础漆中后应迅速充分混匀均匀可减少发生结粒的可能。

3.5 调节方法

调节色浆在基础漆的颜色接受性常用的方法如下:①确定颜色接受性问题的种类; ②选择1 ~2 种可能解决颜色接受性问题的助剂; ③后添加1% 助剂( 已过量,通常0.5% 足够) 到基础漆中混合均匀; ④将色浆加入到基础漆中分别混合2min 和10min 后做指研实验; ⑤如果有效,降低助剂浓度至理想状态。

4 色浆对基础漆性能的影响

色浆加入到基础漆后成为基础漆中的一部分,一定会对基础漆的性能产生一定影响,因此在采用调色系统时必须对色漆的性能进行评估。由于深色漆中加入的色浆最多,影响也最大,因此在评估色浆对基础漆性能的影响时应在按色浆的最大加入量进行评估。

色浆对基础漆性能的影响是多方面的,包括贮存性能、施工性能、干膜的物理化学性能及环保性能。这里重点讨论水性色浆对乳胶漆的耐水性和黏度的影响。

4.1 水性色浆对乳胶漆耐水性的影响

水性色浆对乳胶漆性能影响最大的是耐水性和中剪黏度(Krebs-Stormer 黏度) ,其中水性通用色浆的影响会更大。主要是由于水性通用色浆中含有大量的表面活性剂及水溶性多元醇类溶剂,能较长时间保留在干膜中影响耐水性和耐擦洗性,同时在涂料中妨碍减弱了缔合型增稠剂的憎水基对乳液和颜填料的缔合作用,使中剪黏度降低。同时由于水性通色浆的浓度较低,调色时色浆的加入量较大,负面影响自然会更大。对于浅色由于色浆加入量少,一般在3%( 体积分数,下同) 以下,耐水性及黏度降低不会达到不能接受的程度; 中间色色浆加入量一般在3% ~6% ,对耐水及黏度降低较大; 深色漆色浆加入量一般在6% ~10% ,对耐水性及黏度的影响极大,如Stormer 黏度常可下降30 ~40KU ,也就是说一个正常黏度为100KU 的基础漆加入色浆后黏度会下降至6 0 K U ,这一黏度的涂料的外观、贮存性能、施工性能、遮盖力都不会太好。

外墙乳胶漆对耐水性有更高的要求,无论从经济性还是耐水性来说最好不要使用水性通用色浆来调色,而应使用含表面活剂和多元醇较少、高浓度的水性色浆调色较好,同时检测最大色浆加入量时的耐水性。

4.2 色浆对黏度影响的解决方法

通常有以下几种方法解决色浆对黏度的影响:①合理搭配其它类型的增稠剂如H E C 、H M H E C 、A S E 和HASE 等增稠剂; ②选用对色浆不太敏感的缔合型增稠剂,通常为憎水基较小的缔合型增稠剂及新型增稠剂,如Aminoplast 缔合型增稠剂; ③提高基础漆的原始黏度来补偿黏度的降低; ④在色浆中加入一定量缔合型增稠剂,加入基础漆后可形成新的缔合,减少黏度的降低。

5 色浆的环保性能

色浆最终成为成品色漆的一部分,其环保性能将影响色漆的环保性能,因此在采用调色系统前要对色浆的环保性能进行评估,特别是在家装涂料的应用,因为国内对家装用乳胶漆和木器漆中有害物质均有严格的法律法规限制。色浆的环保性能应从重金属颜料、挥发性有机化合物的含量(VOC) 、烷基酚乙氧基醚(APE) 、溶剂环保性( 对人体毒性、可降解性、气味) 等方面进行评估。

5.1 重金属颜料的环保性评估

作为环保色浆不应含有铅、铬、镉等重金属颜料,必须说明的是重金属铬,含铬的颜料应根据其价态决定其毒性,国际通行的做法是+6 价的铬被认为有毒颜料,而+3 价铬如氧化铬绿如同氧化铁颜料一样被看作为无毒颜料。

5.2 水性通用色浆的环保性评估

水性色浆特别是传统水性通色浆对涂料的环保性能产生较严重影响,主要是挥发性有机化合物(VOC) 和烷基酚乙氧基醚(APE) 这两类物质,水性通用色浆的主要组成见表1 。关于VOC 限制我国有2 个标准,一是强制性国家标准GB 18582-2001 和环境标志产品认证技术要求HBC12 — 2002 。GB18582-2001 的要求是VOC 200g /L( 不扣水,内墙) ,一般说来比较容易通过; H B C 1 2 - 2 0 0 2 标准的要求是

表1 水性通用色浆的主要组成( 氧化铁红PR101 和Hansa 黄PY74) TVOC 100 g /L ( 扣水,内墙) ,对于基础漆来说通过已经不易,若深色漆加入大量通用色浆后V O C 将会超标,可以进行如下计算:1 个零VOC 的清漆900mL ,加入最大色浆量10% 色浆即为100mL ,得到的1L 涂料中将含有30g 以上的VOC ,若涂料体积固体含量按3 3 % 计,则TVOC 约为90g ,已接近HBC12-2002 要求的上限。现国内市场绝大多数乳胶漆的零售店调色均采用这种通用色浆,严格说来是不能满足环境标志产品技术要求的。

表1 水性通用色浆的主要组成

烷基酚乙氧基醚(APE) 在我国目前还没有限制,但因其降解成有毒的酚类副产物已被国际上公认为对环境有害化合物,在许多发达国家已被禁用。环境友好型色浆应用其它聚合物润湿分散剂取代APE ,如表2 为环境友好型零VOC 水性通用色浆主要组成。

表2 零VOC 水性通用色浆的主要组成( 氧化铁红PR101 和Hansa 黄PY74)

表3 溶剂型色浆的主要组成( 氧化铁红PR101 和Hostaperm 紫PV19)

5.3 溶剂型色浆的环保性评估

对于溶剂型色浆需要评估的主要是溶剂,包括溶剂的总量( 即VOC) 、溶剂对人的毒性、对环境的影响以及溶剂的气味。国家标准G B 1 8 5 8 1 -2001 对室内家装用溶剂型木器漆料中有害物质有明确的限制,色浆可能会对其中的挥发性有机化合物、苯、甲苯和二甲苯、重金属等指标产生影响,应对此作出评估。环境友好型溶剂型色浆中的溶剂应不含有毒的芳烃( 苯、甲苯、二甲苯) 、难生物降解的醇类( 如2- 丁醇) 、强烈刺激性气味的酮类溶剂,而应选用对环境和健康无害( 降解产物为水和二氧化碳) 、气味温和、一般有一定水溶性的含氧类醇醚、醇酯类溶剂,如表3 所示为溶剂型色浆的主要组成。

6 色浆的性能

在应用调色系统时还要对色浆自身的性能进行检测,包括色强度、色相、流变性、干性、气泡等,这些也是色浆生产时主要控制的指标,此外还包括细度、密度等。对于系统色浆来说前者更为重要,因为这些指标直接关系到颜色的准确性、重现性和调色系统能否正常运行等关键问题。色强度( 着色力) 一般控制在± 2% 以下,色差Δ E 控制在0.7 以下,不但原材料差异对色强和色相产生影响,生产工艺控制也会对色强和色相产生波动。如氧化铁黄过度分散色相会变绿、变脏。流变性能决定了色浆在调色机内是否容易搅拌均匀、能否按体积准确注入、是否沉淀堵塞管路等,因此控制适当的中低剪切黏度十分重要。机用色浆必须有很好的防干结性能,否则易造成泵嘴堵塞,传统的保湿剂为乙二醇、丙二醇等,零VOC 色浆多采用分子量较高的聚多元醇,如分子量在300 ~600 的聚乙二醇(PEG) 。色浆内混有气泡会使注入色浆的体积减小,对颜色产生影响,因此必须在色浆配方中应采用适当的消泡剂进行消泡,同时采用真空脱泡处理,确保色浆内无气泡。

7 结语

色浆是调色系统中一个重要组成部分,涂料企业无论在零售店还是在工厂采用调色系统时应从以上几个方面作全面的评价,才能选择最适宜的系统色浆成功地应用于调色系统中,这种评价方法对于国内色浆企业开发系统色浆也有一定的指导意义。


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