艺术装饰用环保型水性贝壳粉涂料性能分析

武书成

摘要：针对传统溶剂型涂料污染性较大，基本水性涂料色泽度差，耐水性较弱的问题，提出环保型水性贝壳粉涂料的制备。以涂料白度、耐洗刷次数和甲醛吸收率为指标，对环保型水性贝壳涂料的配比进行研究。结果表明，在贝壳粉掺量为175 g，重钙掺量为250 g，乳液掺量为40 g的条件下，制备的环保型水性贝壳涂料白度约为85%，耐洗刷性约为320次，甲醛净化率约为65%，涂料在容器中均匀无沉淀，涂膜连续均匀，具有较为流畅的施工性，满足GB 18582—2008相关标准。

关键词：水性涂料;贝壳粉;白度;甲醛净化率

中图分类号：TQ638 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0080-05

Performance analysis of environmental-friendly waterborne

shell powder coating for art decoration

WU Shucheng

（Xianyang Normal University， Xianyang 712000， Shaanxi China）

Abstract：Aiming at the problems of traditional solvent-based coatings such as large pollution， poor color and weak water resistance， the preparation of environmental-friendly waterborne shell powder coatings is proposed. The proportion of environmental-friendly waterborne shell coatings is studied based on the whiteness， washing times and formaldehyde absorption rate of the coatings. The results show that when the shell powder content is 175 g， the content of heavy calcium is 250 g and the emulsion content is 40 g， the whiteness of the environment-friendly waterborne shell coating is about 85%， the washing resistance is about 320 times， the formaldehyde purification rate is about 65%， the paint is evenly precipitated in the container while the coating film is continuous and uniform， which has a relatively smooth construction property， satisfying the relevant standard of GB 18582—2008.

Key words：waterborne coatings; shell powder; whiteness; formaldehyde purification rate

隨着现代人民群众环保意识的提高，对室内艺术装饰用的涂料性能要求也随之提高。传统溶剂型涂料受其材料影响，在生产和使用的过程中会释放出大量的有害物质，对环境造成污染，还可能会生产使用者的人体健康带来威胁，因此用水性涂料替代传统溶剂型涂料是必然的趋势。但目前对水性涂料的研究还存在很多不足之处，如色泽度差，耐水性较弱，无法满足艺术装饰的使用要求。在此背景下，部分学者对水性涂料进行了一系列研究，如用的双酚A型水性环氧乳液和水性胺类固化剂为主要原材料，制备了一种耐水性能极佳的水性涂料。但该涂料在施工过程中，对底材表面清洁度具有较高的要求，无法用于室内艺术装饰[1];以丙烯酸单体为主要材料，制备了一种自交联型水性聚丙烯酸酯涂料[2]，该涂料具有较好的耐光性和光泽度，但存在耐水性和储存稳定性差的问题。以上研究为水性涂料的制备和使用提供了一些理论基础，但在材料选择方面还存在一些欠缺。有研究表明：天然贝壳经过筛选、煅烧、研磨后，得到的贝壳粉耐水性良好，具有净化空气、消除异味、吸附甲醛等特征[3]。本文在文献[3]的研究基础上，尝试以贝壳粉作为功能助剂，制备环保型水性贝壳粉涂料，为水性涂料的发展提供理论支持。

1材料与方法

1.1材料与设备

本试验主要材料：贝壳粉（Ⅰ级，灵寿县石峰矿业加工厂）、钛白粉（金红石型，河南瑞伦特生物科技有限公司）、CR501重钙（河北辉浩环保科技有限公司）、ECO702净味乳液（青岛古道科技有限公司）、B943消泡剂（天津金净通环保科技有限公司）、HZ-038分散剂（山东翔昭新型材料有限公司）、HZ-048润湿剂（山东百丰新材料科技有限公司）、OE300 型成膜助剂（广州市长鸿化工科技有限公司）、HE500增稠剂（上海加鸿材料科技有限公司）。

本试验主要设备：白度计（浙江赛德仪器设备有限公司，WSB-L）、斯托默长歌当黏度计（四川思创倍科科技有限公司，STM-IV）。

1.2试验方法

1.2.1配合比设计

充分考虑涂料性能、固含量、演技比、施工性、原材料来源和成本，还需满足国家对绿色装饰材料的要求，对环保型水性贝壳粉涂料配合比进行设计，具体配比结果如表1所示。

1.2.2制备流程

（1）根据配方称取水、消泡剂和纤维素醚，置于烧杯中，高速搅拌8 min，使纤维素醚充分溶解;

（2）在混合物中加入多功能助剂，继续高速搅拌至分散均匀。然后依次将钛白粉、重钙和贝壳粉放入，在高速模式下搅拌30 min;

（3）降低搅拌速度，然后依次加入乳液、消泡剂和防腐剂，待其搅拌均匀后，测定涂料黏度;然后根据黏度值加入适量水或增稠剂调节其黏度，得到环保型水性贝壳粉涂料。

1.3性能测试

1.3.1容器中状态

参照GB/T 6753—1986标准，观察涂料在搅拌时是否有分层和硬块的现象[4]。

1.3.2施工性

用100 μm的线棒涂刷器将涂料在水泥样板上均匀涂刷，静置6 h后，进行2次涂刷;在2次涂刷无障碍和堵塞的情况，则视施工性良好。

1.3.3涂膜外观

观察施工性试验2次涂刷后涂料的涂膜外观是否连续均匀，有无锁孔和杂质颗粒。

1.3.4白度

将各组涂料样品在水泥样板上均匀涂刷，表面干燥成膜后，用WSB-L型白度仪进行测量，测量时应在每块板4个不同位置进行测量，取其平均值为最后结果。参照建设部JC/T 423—1991规定，白色内墙涂料的白度应大于80%[5]。

1.3.5黏度

用STM-IV型斯托默黏度计测定涂料黏度。

1.3.6耐洗刷性

参照GB/T 9266—2009 中规定对涂料耐洗刷性进行测定[6]。

1.3.7甲醛净化性

参照JC/T 1074—2008标准对涂料甲醛吸附性能进行测定[7]。

甲醛的净化效率表达式为[8]：

R=N-N/N×100%

式中：R为净化效率;N、N分别为试验箱中甲醛初始、终止浓度。

2结果与讨论

2.1颜基比对涂料性能的影响

在其他条件不变的情况下，通过改变重钙与乳液掺量，调整环保型水性贝壳粉涂料的颜基比，具体配比结果如表2所示。

2.1.1环保型水性贝壳粉涂料耐洗刷性的变化

不同颜基比对环保型水性贝壳粉涂料耐洗刷变化的影响，结果如图1所示。

由图1可知，环保型水性贝壳粉涂料耐洗刷次数随颜基比的降低表现出直线上升的趋势。这是因为颜基比降低，乳液用量随之增加，在鈦白粉、贝壳粉和重钙颗粒外面包裹的成膜物质随之增加。此时涂料表面较为光滑，增加了涂料耐洗刷次数。当颜基比为15.5∶1时，冲刷次数为650次左右，高于内墙涂料标准要求的300次。本文设定的颜基比皆满足冲刷要求。

2.2贝壳粉掺量对环保型水性贝壳粉涂料性能影响

固定乳液惨量为120 g，改变贝壳粉和重钙掺量，探究环保型水性贝壳粉涂料性能变化。具体配比见表3。

2.2.1贝壳粉掺量对环保型水性贝壳粉涂料黏度影响

贝壳粉掺量对环保型水性贝壳粉涂料黏度的影响，结果如图2所示。

由图2可知，随贝壳粉掺量的增加，环保型水性贝壳粉涂料黏度随之增加。这是因为贝壳粉掺量的增加导致涂料填料的比表面积也随之增大，水包裹颜填料粒子的面积也随之增大。因此涂料黏度随贝壳粉的掺加而增大。当贝壳粉掺量为175 g时，环保型水性贝壳粉涂料黏度值约为91 U，具有较高的黏度，且流动性较好，涂刷二道无障碍，成膜顺利、表面光滑。当贝壳粉掺量达到200 g时，环保型水性贝壳粉涂料黏度过大，过于黏稠，刷涂流动性低;因此，环保型水性贝壳粉涂料中贝壳粉掺量不宜超过175 g。

2.2.2贝壳粉掺量对环保型水性贝壳粉涂料白度的影响

自保温水性贝壳涂料白度随贝壳粉掺量变化情况，结果如图3所示。

由图3可知，随贝壳粉掺量的增加，涂料整体白度有所提升，但各组涂料间，白度相差不大。这是因为贝壳粉本身具有较高的白度，掺入涂料后，对涂料的整体白度有一定的提升作用。建设部JC/T 423—1991中规定，白色内墙涂料的白度要求超过80 ℃。结果表明：本实验制备的白色涂料白度皆能满足要求;同时，受贝壳粉自身光泽度的影响，掺入涂料后，增加了可见光波的反射能力，墙面颜色饱和度增加，使其具有较强艺术美观性。

2.2.3贝壳粉掺量对涂料甲醛净化率的影响

环保型水性贝壳粉涂料甲醛净化率随贝壳粉掺量的变化情况，结果如图4所示。

由图4可知，随贝壳粉掺量的增加，环保型水性贝壳粉涂料的甲醛净化率表现出直线上升的趋势，这是因为贝壳粉的微孔结构具有较强的吸附性能。同时，贝壳粉中还含有的大量的甲壳素，甲壳素脱氢键后，生成具有生物降解性的壳聚糖。当甲醛气体接触到涂料后，首先被微孔结构吸附，然后被壳聚糖中游离的氨基分解，进一步净化甲醛。

综合考虑，选择贝壳粉最佳掺量为175 g，重钙掺量为150 g。

2.3乳液掺量对自保温水性贝壳涂料性能影响

固定其他条件不变，改变乳液掺量，研究乳液掺量对涂料性能的影响，具体配比结果如表4所示。

2.3.1环保型水性贝壳粉涂料耐洗刷性的变化

涂层的耐洗刷性是基材附着力的体现，而涂料附着力直接决定了其对墙体的装饰和保护功能。图5为乳液掺量对涂料耐洗刷性的影响。

由图5可知，随乳液掺量的增加，涂料的耐洗刷性也随之增加。当乳液掺量为40 g时，耐洗刷次数超过320次，达到涂料耐洗刷性次数的相关规定。当继续增加乳液掺量，耐洗刷性次数也随之增加，这是因为乳液掺量直接影响了其对颜填料的包裹情况，当乳液掺量较少时，乳液无法均匀包裹颜填料，成膜物质较少，附着能力较低，因此耐冲洗刷次数也

随之降低。增加乳液掺量后，乳液内部可形成结构较为致密的光滑涂膜，进而增加了环保型水性贝壳粉涂料的耐涂刷次数。

2.3.2乳液掺量对环保型水性贝壳粉涂料甲醛净化率影响

不同乳液掺量的环保型水性贝壳粉涂料甲醛净化率的变化情况，结果如圖6所示。

由图6可知，随乳液掺量的增加，环保型水性贝壳粉涂料的甲醛净化率表现出直线下降的趋势。这是因为乳液的增加，贝壳粉被包裹的面积随之增加，与甲醛气体接触的部分减少，对甲醛吸附净化的能力减弱。在实际生产的过程中，可根据使用情况对乳液的用量进行调整。

2.4环保型水性贝壳粉涂料基本性能测试

上述研究表明，环保型水性贝壳粉涂料中，贝壳粉最佳掺量为175 g，重钙最佳掺量为175 g，乳液最佳掺量为40 g。对最佳配比下的环保型水性贝壳粉涂料基本性能进行测试，结果见表5。

由表5可知，优化配方后的涂料各方面性能良好，满足GB 18582—2008标准[9-10]。

3结语

本研究以沿海废弃贝壳破碎磨制的贝壳粉为功

能填料制备环保型水性贝壳粉涂料，研究了贝壳粉和乳液掺量对涂料性能的影响。

（1）环保型水性贝壳粉涂料的白度、黏度和甲醛净化率皆随贝壳粉掺量的增加而增加，考虑较高黏度会导致施工性的不流畅，因此选择贝壳粉掺量为175 g，重钙掺量为150 g;

（2）随乳液掺量的增加，环保型水性贝壳粉涂料的耐洗刷次数增加。但甲醛净化率随之下降，综合考虑，选择乳液最佳掺量为40 g;

（3）最佳配比制备的环保型水性贝壳粉涂料，白度约为85%，耐洗刷性约为320次，甲醛净化率约为65%，涂料在容器中均匀无沉淀，涂膜连续均匀，具有较为流畅的施工性。

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