景觀設計中的多彩涂料制備及應用

俞兆江

（咸陽師范學院 設計學院，陜西 咸陽 712000）

隨著我國經濟的快速發(fā)展，人們的生活水平獲得提升，對建筑、景觀的審美需求也不斷提高，致使各種材料皆被用于景觀建筑工程中，包括大理石、花崗石等天然石材。由于使用天然石材的價格高昂、運輸不易以及修補難度大等原因，并沒有廣泛運用與景觀以及建筑行業(yè)中。因此，水性多彩涂料逐漸出現在人們的視野中，且因其具有性價比高、安全以及環(huán)保等特點，人們試圖利用它解決上述問題。但由于該涂料施工難度大，裝飾效果較差，并不能從根本上解決問題。為此，本文就如何對水性多彩涂料進行改良，使其成為裝飾效果好、穩(wěn)定性高的多質感水性多彩涂料。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

E2-606乳液（日照化工，分析純）、OS905異氰酸酯固化劑（廣州冠志，分析純）、羥乙基纖維素HEC（益興化工，分析純）、AMP95殺菌劑（圣諾普科，分析純）、LR8330水性羚基分散體（常熟林潤，工業(yè)級）、F8590羚基乳液（上海卓瑜，分析純）、丙二醇（日照化工，分析純）、丙烯酸彈性乳液（日照化工，分析純）、鈦白粉（市場購入，分析純）、硅酸鎂鋰保護膠（泗洪匯智，工業(yè)級）、高嶺土（日照化工，工業(yè)級）。

1.2 實驗的主要儀器

主要儀器：紫外可見分光光度計（北京普析通用）、NDJ-1旋轉黏度計（上海羽通）、SDF400試驗分散砂磨機（常州龍鑫）、噴槍（杭州城宇）、JJ-1增力電動攪拌器（金壇盛威）、STM-IV斯托默黏度計（上海普申）、低溫試驗箱（上海邁捷）、電子天平（慈溪天東）、電熱鼓風干燥箱（重慶永生）。

1.3 質感型水性多彩涂料的制備

（1）制備高濃度保護膠溶液：將降黏劑與水混合，并快速攪拌使降黏劑充分溶于水中，而后平緩的往溶液中添加保護膠，并以1 500 r/min的分散速度，進行1 h的分散，使其能夠完全溶脹于溶液中；

（2）制備分散相：依照一定的配方制備分散相；

（3）制備分散介質：將降黏劑和水進行混合攪拌，使兩者完全相溶，然后添加保護膠，使其經過1 h高速發(fā)散后完全溶脹于水，而后備用；

（4）制備清漆：以一定的比例依次添加原材料，并在其均勻分散后逐漸添加增稠劑，使其達到所需黏度后備用；

（5）造粒：將不同顏色的分散介質和分散相以特定的比例進行混合，并依據彩粒的需求，選擇合理的攪拌工具，而后以合適的攪拌速度完成整個造粒工作，從而獲得含砂多彩色粒；

（6）制備多質感水性多彩涂料：往含砂多彩色粒懸浮液添加清漆，并以緩慢的攪拌速度將其攪拌均勻，獲得多質感的水性多彩涂料。

1.4 性能測試

1.4.1 測試含砂彩粒的滲色性能

依據上述步驟完成造粒后，運用紫外可見分光光度計對波長范圍在400～700 nm的含砂粒懸浮液進行吸光度測量。吸光度高，表明滲色程度高，透光率低，粒子的強度也就越低，那么系統的穩(wěn)定性也會因此下降；反之，吸光度低，表明滲色程度低，透光率高，粒子的強度也就越高，那么系統的穩(wěn)定性更強。

1.4.2 測試黏度

（1）采用STM-IV斯托默黏度計對分散相和清漆進行黏度測試；

（2）采用NDJ-1旋轉黏度計對分散介質和多彩涂料體系進行黏度測試；

1.4.3 測試分散相的造粒性和含砂彩粒成粒效果

（1）基礎漆的造粒性：采用肉眼觀察的方式，對造粒的等級進行判斷。

（2）粒子的外觀形態(tài)：通過肉眼觀察的方式對彩粒的尺寸、厚薄和形狀進行測量，并以照片的形式進行記錄；

（3）質感效果：將噴涂了多質感水性多彩涂料的試板進行晾曬，待其干燥后將其直立于墻面，肉眼查看其質感效果。也可將其放置在桌面上，利用刻度尺測量彩色粒子的高度，并計算其平均值。標準的多彩涂料質感效果有3類：質感強。目測試板有明顯凸起，且試板彩粒高度平均值＞0.2 mm；有質感。目測試板有質感體現，且試板彩粒高度值范圍在0.0～0.2 mm之內；質感弱。目測試板無明顯凸起，與平涂水性多彩涂料基本無差異，且試板彩粒高度值＜0.1 mm。

1.4.4 常規(guī)性測試

（1）涂料的施工：通過觀察不同種類噴壓槍下色粒形成的狀態(tài)、大小和顏色呈現，判斷噴壓槍是否被堵塞以及色點是否發(fā)生下垂現象；

（2）涂膜耐冷熱循環(huán)性：根據《建筑涂料圖層耐凍融循環(huán)性測定法》的相關規(guī)定完成整個測試；

（3）涂膜耐堿性：根據《建筑涂料圖層耐堿性的測定》的相關測定方式完成整個測試；

（4）涂料的熱儲存穩(wěn)定性 ：將涂料樣本放置在特定溫度的烘干箱中，6 h后取出，觀察涂料是否變質；

（5）涂膜耐水性：根據《漆膜耐水性測定法》中的甲法完成整個測試；

（6）涂膜表面干燥時間：根據《漆膜耐水性測定法》中的表干乙法完成整個測試。

2 結果與討論

2.1 復配乳液的相對比例對彩粒性能的影響

在制備多質感水性多彩涂料的過程中，合適的復配乳液比例不僅能使交聯劑和成膜物質產生反應，確保骨料被充分包裹，同時增添了彩粒的彈性，使其在干燥的環(huán)境下能夠互相融合，如圖1所示。

圖1 不同復配乳液比例對彩粒分散相的影響Fig.1 Effect of compound emulsionr atio onc olorgranule properties

由圖1可知，復配乳液比例對分散相黏度的影響并不大。因為分散相中含有石英砂的原因，其黏度比一般的水性多彩涂料要高，所以進行分散操作時其轉速也較快。同時，觀察對應復配乳液比例的彩粒形態(tài)，發(fā)現當復配乳液比例在1∶0.25時，彩粒形態(tài)為絲狀，彩粒之間黏性較大，易出現粘黏現象，邊界不清晰。隨著復配乳液中彈性乳液的比例加大，彩粒的形態(tài)逐漸朝長條狀轉變，邊界清晰，且彩粒之間的黏性降低，粘黏現象得到改善。

2.2 固化劑對彩粒性能的影響

雙組分聚氨酯涂料的主要制備原料為呈分散狀態(tài)的羥基丙烯酸多元醇，其與多異氰酸酯產生交聯反應后，能夠形成交聯密度高的涂膜，這種涂膜在經過干燥處理后，具有良好的耐候性、耐化學品性以及優(yōu)秀的機械性能，這些特點是單組分水性聚氨酯涂料所沒有的。多異氰酸酯固化劑有兩大類，分別為未改性和經過親水改性后的多異氰酸酯。由于實驗對象為水基涂料，因此改性后的多異氰酸酯固化劑能夠更好地與羥基樹脂產生反應，確保骨料被充分包裹。異氰酸酯固化劑的固含量為100%，NCO含量為16.5%，黏度為1000 mPa·s。在不同包裹方式下，得到的成粒效果如表1所示。

表1 不同包裹方式對成粒效果的影響Tab.1 Effect of wrapping method on granulation effect

從以上看出，固化劑的添加對彩粒的成粒效果會產生一定程度的影響。采用羥基樹脂、固化劑及保護膠共同包裹的方式進行彩粒包裹，能夠有效減少彩粒滲色和防止彩粒破碎。

2.3 保護膠摻量對涂料分散相的影響

往涂料中加入保護膠溶液，從而在彩粒表面產生柔性保護膠，同時提升彩粒的穩(wěn)定性。對此，選取硅酸鎂鋰來制備濃度為10%的保護膠溶液，并以保護膠摻入的量對成粒效果的影響進行分析。其中，不同保護膠摻量下的涂料黏度如圖2所示；不同摻量和對應黏度下的彩粒成粒效果如表2所示。

圖2 不同摻量下的涂料分散相黏度Fig.2 The dispersed phase viscosity of the paint at different mixing quantities

在上述分散相下，得到對應的彩粒形態(tài)等信息，具體見表2所示。

表2 高濃度保護膠摻量對彩粒成粒效果的影響Tab.2 Influence of high concentration protective adhesive content on color granule granulation effect

從表2中看出，保護膠摻量對分散相的黏度影響較大，摻量越多，分散相的黏性越大，其凝膠化程度也就越高，從而導致造粒質量差，且由于彩粒體積過大，易發(fā)生噴涂槍堵塞的情況。摻量過低會導致彩粒的懸浮性差，粘黏嚴重等情況，且儲存后易發(fā)生腐敗現象。因此，從圖2來看，保護膠摻量在3%～4%的范圍內時，彩粒狀態(tài)呈片狀和條狀，且軟硬程度適宜，所以在噴涂的過程中不會出現堵塞噴涂槍的現象。由此推斷出，高濃度保護液摻量在3%～4%之間時，能夠制備出符合要求的彩粒。

2.4 羥乙基纖維素摻量對彩粒滲色情況的影響

從表3中的吸光度可知，隨著羥乙基纖維素（HEC）摻量的增加，上層清液的吸光度降低，當羥乙基纖維素摻量在0.55%時，其吸光度達到最低。如若繼續(xù)增加HEC的摻量，吸光度會越來越低，這代表著彩粒的滲色現象逐漸嚴重。由此可知，HEC的摻量應控制在0.55%左右，才能確保彩粒性能的穩(wěn)定性。

表3 羥乙基纖維素摻量下的吸光度Tab.3 Absorbance of hydroxyethyl cellulose

2.5 骨料添加對彩粒性能的影響

從圖3和表4中可知，加砂量的增大，會致使分散相的黏性更強。當加砂量為10%時，彩粒呈現出絲狀和薄片狀，且由于含砂量低，導致涂料質感不明顯。隨著含砂量的增加，彩粒由絲狀向粒狀和棒狀轉變，厚度也明顯增加，且涂料的質感逐漸顯現。當含砂量為70%時，碎粒情況會越來越嚴重，且未完全包裹骨料，因此涂料的施工性也越來越差。因此，通過結果看出，骨料的摻量在40%～50%比較適宜。

圖3 不同骨料摻量對材料分散相的影響Fig.3 Effect of different aggregate content on dispersed phase of material

表4 骨料添加量對彩粒性能的影響Tab.4 Effect of aggregate addition on color grain properties

從表4中不難看出，當添加量大于70%時，彩粒色滲色現象尤為嚴重，且施工性差。因此，依據景觀裝飾設計的需要，涂料體系中骨料添加量因控制在40%～50%內。噴涂效果如圖4所示。

圖5 多質感水性多彩涂料噴涂效果（遠、近觀）Fig.5 Spraying effect of multi texture water borne colorful coating （far and near view）

3 結語

本文通過羥乙基纖維素和硅酸鎂鋰之間產生的凝膠化反應和親水改性化固化劑和羥基樹脂之間產生的交互作用完成多質感水性色彩涂料的制備，并對涂料的分散相進行了研究，獲得以下結論：

（1）合適的復配乳液比例能夠確保骨料被充分包裹，使涂料中彩粒的韌性更強，且彩粒之間不易發(fā)生粘黏現象；（2）利用親水改性化固化劑和羥基樹脂之間產生的交聯反應，能有效減少出現彩粒滲色和彩粒破碎的情況，保證實驗的正常開展；（3）分散相中含有3%～4%高濃度保護液，能夠有效保證制備出符合要求的多質感水性多彩涂料；（4）將羥乙基纖維素摻量控制在0.55%左右，可保證彩粒性能的穩(wěn)定性；（5）當涂料中骨料控制在40%～60%時，可實現確保涂料質感，且不發(fā)生彩粒破碎以及噴涂槍堵塞的情況。