水性裂纹漆的研制

赵永超 王洪艳 张巧云 （ 吉林大学化学学院，长春 130012）
王建刚 （ 石家庄金鱼涂料集团 050051）

0 引言
裂纹漆是一种美术涂料，可用于玻璃、门窗、水泥墙面和家具等的装饰和保护性涂装，在家具和室内装饰中亦有应用。目前，广东地区出口欧美的一些仿古家具还在使用裂纹漆。但传统的溶剂型裂纹漆使用中会释放出VOC（挥发性有机化合物）。其施工后的工具清洗也要采用相应的有机溶剂，存在对环境的污染和对操作人员的人身毒害。随着技术的进步和人们对环保的重视，对VOC 排放的限制越来越严格，人们越来越多地把目光投向低污染的水性涂料。
本文研制的水性裂纹漆由水性环氧底漆、水性含氟面漆两部分组成。底漆由环氧树脂乳液配成的涂料组合物（A 组分）和固化剂（B 组分）两个组分组成。面漆主要由水性含氟树脂乳液和颜填料、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、丙二醇、成膜助剂组成。该裂纹漆制作简单，涂装方便。涂装后能产生裂纹效果且裂纹类型和大小可调。其喷刷过程和涂层固化过程中挥发的绝大部分是水，对环境几乎无污染，符合环保要求。

1 实验部分
1.1 原材料
环氧树脂乳液：浙江安邦公司；含氟树脂乳液：哈尔滨雪佳集团；润湿分散剂、防腐剂、消泡剂、增稠剂：德谦公司；丙二醇：试剂纯；成膜助剂：TEXANOL，美国伊士曼公司；颜料：进口或国产；填料：合山化工；水性色浆：浙江省桐乡市宇名水性色浆公司。
1.2 涂料制备
1.2.1 配方
涂料参考配方见表1。

水性色浆的配方见表2。

漆可以是各种颜色，但面漆和底漆的颜色差异要尽量明显，使裂纹的效果得以显现。

1.2.2 制备工艺
水性底漆分为A、B 两个组分，A 组分为环氧树脂乳液；B 组分为固化剂，为脂肪族二胺或多胺。按配方量，加入水和润湿分散剂、消泡剂、防腐剂、丙二醇和颜填料，放入砂磨机中研磨，制成细度在40 μm 以下的色浆。也可直接采用商品的色浆。把上述色浆和水性环氧树脂乳液、成膜助剂、增稠剂放入搅拌器中混合均匀即可。涂装底漆前，将A、B 两组分混合，B 组分固化剂的用量按照正常量的0.4~0.8 倍添加，可更好地保持底漆的柔韧性。底漆混合后在5~8 h 内涂装完毕，以免乳液和固化剂反应失效。面漆主要由含氟丙烯酸树脂乳液、颜填料、助剂、水组成，为单组分涂料，制备工艺同底漆。

1.3 裂纹漆的涂装方法和涂膜性能检测
涂装裂纹漆的步骤是：（1）将水性底漆涂装到底材上，控制水性底漆干膜厚度在8~80 μm 之间；（2）于15~70℃成膜，成膜状态可以是刚刚表干，亦可是表干后又在室温下放置0~5 h 的一段时间；不能干燥至实干，否则会影响底漆和面漆间的附着力并且不能得到裂纹漆的效果；（3）涂装水性含氟面漆，根据想要得到的裂纹大小，控制水性面漆干膜厚度在5~80 μm 之间。喷涂可以达到较好的裂纹效果，刷涂和辊涂裂纹的效果不理想。将涂装后的物品或样板置于10~70℃下，表干后于10~50℃放置10~50 min。其间即可有裂纹效果产生。

2 结果与讨论
2.1 主、辅原材料的选择
颜料的品种和数量根据客户要求的颜色而定，可选钛白粉、炭黑、永固紫、酞菁蓝、酞菁绿等品种，填料选用滑石粉、轻质碳酸钙、硫酸钡等，在综合考虑涂料性能的基础上经过试验，确定填料含量占总量的0~50% 时，裂纹效果较好。其品种选择1 250 目以上的高精度分级，白度高的品种。滑石粉、轻质碳酸钙、硫酸钡分别占0~30%、0~10%、0~20%。A 组分的环氧乳液选择高相对分子质量固体环氧；B 组分为脂肪族二胺和多胺固化剂，选择常温固化、柔性、施工适用期较长的品种。A、B 组分按照适当比例混合后，施工适用期5~8 h，涂装后可常温固化成膜，涂膜有韧性。采用浙江安邦新材料发展有限公司的AB-HGA 水性环氧固化剂效果较好，AB-HGA 是常温固化、施工适用期较长的柔性固化剂，对面漆的涂装时间要求不严格，施工便于掌握。底漆固化后具有优异的耐碱性、耐水性和极好的附着力、极高的柔韧性。且具备油溶性环氧涂料所不具有的特性，如很低的VOC、易清洗、施工安全、不污染环境等。如选用快速固化的固化剂，固化快，保持韧性的时间太短，面漆涂装时间很难控制，很难开裂，即使偶尔开裂，裂纹的形态也大小不一。

2.2 助剂的选择
颜填料的润湿分散剂根据颜料的种类和数量确定，采用共聚物类型的分散剂，如德谦DisponerW-511。成膜助剂选用美国伊士曼公司的TEXANOL。成膜助剂添加后要搅拌均匀，放置一段时间，至少1 h 以上，使成膜助剂充分地吸附于乳液粒子周围，软化粒子并且在涂漆时引起更好的融合。不可立即使用或制板检测，如果因着急而仓促施工或制板，会引起缩孔、收缩等弊病。流平剂选用海名斯RHEOLATE 212，可增强薄膜形成，有良好的刷涂粘度，不影响喷涂性能，可与其它流变助剂兼容。有机硅类和非有机硅类消泡剂的消泡效果都很好，可采用德谦公司的非有机硅类消泡剂DefomW-090。增稠剂采用碱溶胀型丙烯酸乳液增稠剂和缔合型聚氨酯增稠剂搭配使用。如果用单一增稠剂，配好涂料后应立即使用，否则会出现分水、分层等弊病。

2.3 水性裂纹漆的涂装
“三分油漆，七分涂装”，美术涂料更是如此。裂纹漆能否在底材上呈现出均匀、美观的裂纹图案，除与该裂纹漆本身的性能有关外，更与相应的涂装技巧紧密相关。底漆的涂装方法可以是刷涂、辊涂或喷涂，面漆采用喷涂。施工现场环境要求相对湿度小于85%，气温不低于5℃。首先刷涂或喷涂水性环氧底漆，底漆表干后喷涂含氟丙烯酸面漆，涂面漆后在室温下放置，在面漆表干的过程中就可裂开形成各种式样的裂纹。涂膜厚则裂纹大，涂膜薄则裂纹小，因此要控制涂膜的厚度，特别是面漆，膜厚要均匀，以使裂纹大小一致，均匀美观。为了进一步提高涂层的保护和装饰性，可再涂一层罩光涂层。

2.4 涂膜性能
涂膜的性能见表3。

图1 是a、b、c、d 4 个裂纹漆的裂纹效果图片，裂纹由大到小。

2.5 裂纹机理以及影响裂纹类型的因素
水性裂纹漆的开裂通常是在喷涂面漆之后的20~40 min 内，根据环境的温度、湿度和涂层厚度会有所差异。环境的空气即使是封闭的不流通的也完全可以形成裂纹，且裂纹的纹理类型因面漆PVC（颜料体积浓度）的差异会有所不同，面漆PVC 低时，形成的裂纹漆如图1a，为平直的裂纹；面漆PVC 高时，形成的裂纹漆如图2，为弯曲且参差不齐的裂纹。

有人认为：由于室内的排风作用（或用喷枪轻吹漆膜表面），迫使裂纹漆表面溶剂迅速挥发，由于面漆溶剂的挥发吸收热量，导致漆膜表面温度下降，而底漆层没有直接接触空气，温度下降不明显，造成面漆层的冷却快于底漆层，再加上面漆表面层应力大于底漆层，所以面漆层收缩比底漆层快，导致裂纹的产生（机理如图3A 所示）。

图3 裂纹漆纹理形成机理
该机理认为主要是外因的空气作用力在起作用，但经我们研究分析，其原因主要是面漆干燥过程中产生收缩。影响因素包括收缩产生的拉力大小、面漆涂膜的拉伸强度和底漆的流动性能三方面。在柔韧的底漆作用下，面漆收缩不均衡产生应力集中。当这种应力大于涂膜的拉伸强度时就会开裂，形成裂纹。当底漆没有柔韧性时，面漆不会产生应力集中，一般不会开裂，当这种收缩产生的应力小于等于涂膜的拉伸强度时也不会开裂，如图3B ；PVC 小的面漆由于乳液所占的百分比大，粘结强度大，薄弱环节较少，开裂时裂纹就会比较平直，产生断面如图3C 的形状；PVC大的面漆由于乳液少，粘结强度小，薄弱环节较多，开裂时裂纹就会产生断面如图3D 的形状，为弯曲且参差不齐的裂纹。

3 结语
实验证明：用环氧树脂乳液做底漆，含氟丙烯酸树脂乳液做面漆的裂纹漆质量、性能稳定，涂装后裂纹效果清晰。裂纹的大小和类型可控：通过调节底漆和面漆的厚度可得到大小不同的裂纹；通过调节面漆的PVC 可制得平直和参差不齐的两类裂纹。该裂纹漆可应用于内墙、家具、工艺品、装饰玻璃等的涂装，具有很好的市场潜力。