乳胶漆的pvc和cpvc.pdf

乳胶漆的 PVC 和 CPVC 郑公劭 (上海申得欧有限公司 ) 涂料配方的设计中， 最重要的一个内容就是根据性能要求，决定颜填料和基 料的比例颜料体积浓度（PVC）就是涂料配方中的一个重要参数其定义为在 涂料的干膜中颜料和体质颜料（填料）所占的体积比： 当 PVC 为某值时，基料刚好填满颜填料无规则堆积所形成的空隙，这时的 PVC 值被称为临界颜料体积浓度 CPVCCPVC 是涂料配方中一个重要的参数 当涂料配方的 PVC 值超过 CPVC 值时，成膜物质不足以填充颜填料堆积所形成 的空隙时，涂层的物理和化学性能将出现一个转折点 对溶剂型涂料， 配方中颜料和体质颜料的品种和重量不变时，无论树脂量怎 样变化，其 PVC 值是可变化的，但 CPVC 值是个常数在大多数情况下 CPVC 值只与颜填料的粒径分布及粒子的几何外形有关对于球形颜料粒子，可以通过 理论计算获得其 CPVC 值 然而对于水性乳胶漆来讲， 它的基料――乳液并不是在溶剂中的溶液，而是 分离的，球形的乳胶颗粒的悬浮液它与颜料都是以粒子状态分散于水介质中 在成膜过程中， 随着水分的挥发， 基料的粒子和颜填料的粒子共同形成紧密堆积， 基料粒子变形，分子链相互扩散粘合而形成紧密涂层。

其 CPVC 值不仅与颜填 料的粒径分布和粒子的几何外形有关，也与基料－乳液的粒径及粒径分布，粒子 形变能力（玻璃化温度）及几何外形有关即使在相同的颜填料品种和重量条件 下，使用不同的乳液（包括成膜助剂） ，其 CPVC 值会随之改变为了跟溶剂型 涂料有所区别，有人把乳胶漆的 CPVC 称为 LCPVC 不同 PVC 的乳胶漆其涂膜具有不同的性能一般来讲当 PVC＜CPVC 时， 涂膜的附着力，耐洗刷性，流平性等较好当 PVC＞CPVC 时，涂膜性能有较大 的变化，耐洗刷性会急剧下降，透气性上升由于填料与基料的折光指数相近， 在低 PVC 时填料没有遮盖力当 PVC＞CPVC 时，基料已不能完全包住颜填料， 涂膜中形成颜填料， 基料和空气三相共存，而填料和空气的折光指数有一定的差 距，这时的填料会呈现一定的遮盖力 性能PVC＜CPVCPVC＞CPVC 光泽高低 空隙率低高 吸水率低高 水汽透过率低高 弹性高（取决于 Tg）低（膜易碎） 遮盖力低高（干遮盖效应） 湿耐洗刷性高低 通常外墙用乳胶漆和高档内墙乳胶漆配方的 PVC 小于 CPVC，而一般的内 墙乳胶漆的 PVC 可以超过 CPVC。

为了降低成本， 提高市场竞争力， 研制高 PVC 的乳胶漆成为重要的课题之一要使乳胶漆既有较高的 PVC 值，又保持较好的 涂膜性能，关键是乳胶漆有较高的 CPVC，并尽量缩小其 PVC 与 CPVC 之间的 距离 乳液对 CPVC 的影响 乳液粒径大小对 CPVC 的影响 乳胶漆成膜过程中， 涂料的流动，乳胶粒子的形变能力等对成膜有很大的影 响粒径较小的乳胶颗粒容易运动，易进入颜料粒子之间，趋向于颜料粒子间的较紧密接触为了理解包裹颜料粒子所需的乳液颗粒数和乳胶颗粒大小对 PVC 的影响，让我们用二维空间来试验观察假设颜料颗粒（TiO2）是球形的，直径 是一个单位当乳胶粒径减小时，能接触到颜料球体的乳胶颗粒数就要增多 如果颜料粒径为 1，乳胶粒径为 2.41，则要 4 个乳胶颗粒可包裹 1 个颜料颗 粒PVC＝1.7％ （a）如果乳胶粒径也为 1，则要 6 个乳胶颗粒包裹 1 个颜料颗 粒PVC＝14.3％ （b）如果乳胶的粒径缩小到 0.349，则要 12 个乳胶颗粒包裹 1 个颜料颗粒这时的 PVC＝66.2％CPVC 的定义是所有的颜料刚好被包裹， 所有的空隙刚好被乳胶粒子填满。

所以可以用这种二维方法来理解一种颜料粒子 在 CPVC 时的排列同样的方法对于三维空间的情况也是适用的因此较细粒 径的乳液有较高的 CPVC 一些研究者指出，CPVC 和乳液粒径之间的关系是线性的但也有人认为它们的 关系是对数性的Gerardo del Rio 等人试验结果认为 CPVC 值对于乳胶粒径的变 化是接近线性而不是对数性的而且在中等乳液粒径范围（0.3～0.7μm）它们 的关系变化呈线性，当乳液粒径更小时则接近对数性 假设乳液粒子和颜填料粒子都是近似为球形颗粒， 并把乳液粒子看成近似刚 性球体，从堆积理论和实验，Bowell 得到以下方程：X＝4.25Y2.67其中 X 为 在 CPVC 时基料粒子数与颜填料粒子数之比，Y 为颜填料粒径与乳液粒径之比 Gerardo del Rio 等的试验证明这个公式中 X 和 Y 值之间的指数函数关系是正确 的 由于一般情况下颜填料粒子的粒径比乳液中颗粒的粒径大， 所以 Y 值大于 1 从上面的公式可以推论，颜填料的粒径与乳液颗粒的粒径相差越大，CPVC 值就 越高 为了保证涂料的遮盖力， 颜料的粒径在大于可见光半波长范围内越小越好 这样，只有采用更细的粒径的乳液，才能提高 CPVC 值。

乳液的成膜温度对 CPVC 的影响 乳胶漆成膜过程中水挥发后，乳液粒子变形融合，包围整个颜料粒子而形成 致密涂层如果粒子不能相互融合，只能获得颜料颗粒和乳液颗粒的堆积体， 而 不能获得有一定机械性能的连续涂层乳液粒子的形变受到成膜温度的影响 成 膜温度越高，乳液粒子硬度越低，乳液粒子的形变能力也就越大，越有利于颜料 粒子的相互接近，CPVC 值也就越大在乳液中或乳胶漆配方中往往加入一定量 的成膜助剂， 它是一类不与水共沸而与水相溶的高沸点有机溶剂，能软化乳胶粒 子，尤其是 Tg 值较高的乳胶粒子，增加乳液粒子形变能力，帮助乳胶粒子形变 成膜 在成膜过程中它后于水挥发在成膜的后阶段可以看作是溶剂成膜的成膜 过程随着成膜助剂的加入，CPVC 值也上升需要指出的是试验发现过量的成 膜助剂反而会使 CPVC 值下降这很可能是因为成膜过程中，过于软化的乳胶 粒子聚结得太快， 立即形成阻止粒子均匀分布的聚集体，形成了一种多孔结构而 不是密实的聚合物粒子的网状物 颜填料对 CPVC 的影响 乳胶漆配方中使用量最大的颜料是钛白粉 不同品种的钛白粉有不同的吸油 量，其表面处理有很大的不同即使是用量相同，它们对乳胶漆的 CPVC 值也 有不同的影响。

KRONOS 公司的实验证明，用不同表面处理的钛白粉（TiO2 含 量从 82％～94％，吸油量从 16～35） ，对 CPVC 值的影响约为 7 个 PVC 单位 也就是说尽管钛白粉的表面处理可以有很大的不同，但对 CPVC 值的影响仅在 相对有限的范围内 颜填料粒径的大小，对配方的 CPVC 值有很大的影响同一品种的颜填料， 粒径越细则 CPVC 越低例如以钛白粉：填料为 10：90 比例制作乳胶漆样品，填料的粒径分别为 0.3μｍ，3μｍ和 7μｍ，测得的 CPVC 值依次为 50％，62 ％和 65％有人用粒径为 0.035μｍ的超细硅酸铝来做试验，测得 CPVC 值约为 40％与使用粒径为 7μｍ得填料时可相差 25 个 PVC 点当然完全用超细填料 的乳胶漆涂膜有很高的膜的张力，有很强的开裂趋向这样的超细填料既不会被 单独使用， 也不会被大量的使用这个实验仅仅是为了说明当较大范围的粒径的 填料使用时，CPVC 值会有很大的改变 不同品种的填料具有不同的外形和吸油量，对 CPVC 的影响是不一样的 例如使用相同粒径的碳酸钙和滑石粉，碳酸钙的 CPVC 比滑石粉的要低 CPVC 的应用 经典理论认为，通过 CPVC 点，涂料，包括乳胶漆的涂膜性能，如附着力， 起泡，底材生锈，抗湿摩擦性，抗沾污性，光泽，密度等会产生突变。

配方设计 时，CPVC 值是个很有用的基准点根据不同的最终需要，我们可以决定将配方 设计为 PVC＜CPVC 还是 PVC＞CPVC例如需要涂膜有较高地致密性，起到一 定的抗碱，抗碳化，抗渗透性，PVC 必须设计得远小于 CPVC当涂料是涂刷于 较粗糙表面，尤其是如浮雕图案等上罩面用时，为避免涂膜出现开裂现象， ，涂 膜的表面张力要低，PVC 要离 CPVC 点一段距离而在一些低成本乳胶漆中， 为提高涂膜的干遮盖力，可适当提高 PVC，使之接近甚至超过 CPVC总之， 在 配方设计时要综合考虑涂膜的最终需要的性能和所用原料， 精心设计配方的PVC 值和 CPVC 值之间的关系 但是人们经过研究发现， 与溶剂型涂料不同，乳胶漆并不是所有的特性都在 CPVC 点出现突变有的特性在 CPVC 有“突变” ，如湿附着力，而有的一些特 性，如耐沾污性，起泡，底材生锈等并不一定会在 CPVC 点出现“突变” ，其中 一些 CPVC 值比另一些高，有时甚至无突变例如将乳胶漆涂于有底漆及二道 底漆的松木片上，测得其最大的附着力在 CPVC 点上，或是高于 CPVC 5～15 个 PVC 点镜面光泽是一种表面性质，而不是涂料的本体性质。

因此它们只是偶 然在 CPVC 点时对导入涂膜的空气有关因此通过测定乳胶漆镜面光泽及掠角 光泽得到的 CPVC 值是不精确的 乳胶漆 CPVC 值的测定 溶剂型涂料的 CPVC 值可以根据使用的颜填料的吸油量和密度计算而得 由于乳胶漆干膜里里不含油（也不含水） ，常规的吸油量方法不能用于计算乳胶 漆的 CPVC有研究者建议用“吸水量”代替“吸油量” ，并套用溶剂型涂料的 计算公式 但这样的计算也没有将基料乳液的因素考虑在内而根据前面介绍的 乳胶漆和溶剂型涂料不同的成膜机理，乳胶漆的 CPVC 总是低于溶剂型涂料的 CPVC 我们可以用许多方法，如测定一系列 PVC 阶梯乳胶漆涂膜中光散射系数， 对比率等，来测试乳胶漆的 CPVC 值这里介绍二种乳胶漆的 CPVC 值测试方 法 1.GILSONITE 法 这个测试方法的原理是：GILSONITE 溶液是一种 10％的天然沥青在溶剂汽 油里的溶液 当 PVC＜CPVC 时， 颜填料粒子所有的表面和粒子间的空隙都被基料包围和 填充，涂膜致密无孔而当 PVC＞CPVC 时，基料不能将颜填料粒子间的空隙全 部填满，涂膜里就有许多孔隙存在GILSONITE 溶液就会渗入这些孔隙，涂膜 会明显变色。

PVC 超过 CPVC 越多，孔隙越多，吸收的溶液越多，涂膜的颜色就越深通过测试一系列不同 PVC 值的乳胶漆涂膜的变色程度，可以测得该产 品的 CPVC 值 在 125mm×300mm 的白色 PVC 塑料片上， 用缝隙为 300μｍ的涂布器制膜 制膜后立即将涂膜较厚和未涂到的边缘部分裁去， 将样片裁成 84×235mm 大小 将此样片置于温度为 23℃， 湿度为 50％的标准条件下养护 48 小时然后将待测 样片浸入 GILSONITE 溶液，浸入深度约为 70mm浸 7 分钟后取出，用溶剂汽 油反复冲洗涂膜直至涂膜无 GILSONITE 溶液流出为止用吸水的纸或布将涂膜 上的溶剂吸干涂膜晾干后目测其变色程度，或用反射率仪测试其浸入 GILSONITE 溶液前后的反射率之差， 以△LR 表示 △LR 值有突变处即为 CPVC 点 由于这个测试方法是利用 GILSONITE 溶液渗入涂膜中孔隙的原理，所以存 在一定的局限性 如果某种颜填料的几何外形不接近球形，如片状的滑石粉等改 善了填料在涂膜中的堆积状态，使得 GILSONITE 溶液较难渗透入涂膜，或是粒 径很细的颜填料和粒径相对较粗的填料配合使用时， 细的颜填料会占据粗填料间 的空隙， 形成较紧密的堆积， 阻碍 GILSONITE 溶液进入这些空隙， 测得的 CPVC 值就会偏高。

2.涂膜张力法 这个测试方法是利用在 CPVC 时乳胶漆干膜表面张力最大，涂膜会表现出 最大的弯曲来 测定乳胶漆的 CPVC 值据说这个方法的再现性可达±1 个 PVC 单位 用自动涂布器将乳胶漆涂于一张 200μｍ厚， 125×300m。