作为新型绿色环保装饰材料,近年来硅藻泥装饰壁材(以下简称硅藻泥)的应用越来越广泛。硅藻泥产品中的主要原材料硅藻土具备独特的“分子筛”结构和强大的吸附性能,这使得硅藻泥可以有效吸附空气中的甲醛、苯、氨等有害物质。除此之外,硅藻泥还可以吸收空气中水分,并在室内环境湿度较低时自动释放所吸收的水分,从而达到调节室内空气湿度的功能。由于硅藻泥自身多孔疏松的特殊分子结构,因此具有很强的降低噪音功能[1]。
目前市售的绝大多数硅藻泥产品主要以硅藻土为主要材料,可再分散乳胶粉、灰钙、白水泥为胶凝材料,同时还有其他功能性添加剂共同组成。硅藻土的物质组分主要是硅藻,其矿物成分为非晶质态的蛋白石——硅藻蛋白石,硅藻土的许多特性和用途都与其特殊的矿物结构有关[2],如细腻、松散、质轻、多孔、吸附力和渗透性强[3]。我国硅藻土矿资源较丰富,资源量在20亿t以上。其中吉林省矿床数最多,保有储量也最多,此外在黑龙江、山西、海南等地也不断发现新的硅藻土矿[4]。
在实际应用中,除了关注硅藻泥产品自身的粘结强度、吸放湿性、甲醛吸收性指标外,硅藻泥带来的墙面装饰性也是其在家装中被广泛应用的重要原因。相较于传统墙面装饰材料,硅藻泥颜色的应用更为广泛。作为一种粉体装饰材料,其中颜料的使用多为粉体,这也带来了颜料分散的问题。不同于传统水性涂料,液体分散剂无法在硅藻泥中使用,为此,本文选取了几种粉体分散剂测试了其对硅藻泥中颜料分散性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要原材料
硅藻土:吉林;重钙、灰钙:北京利国伟业;粉体分散剂:明凌化学、陶氏化学;纤维素醚:EGC-168,信越化学;可再分散乳胶粉(以下简称胶粉):RE5044N,瓦克化学公司;木质纤维:PWC500,JRS公司;触变润滑剂:OPTIBENT 987,毕克化学有限公司;铁红:朗盛化学;炭黑:龙湖科技;酞菁蓝:纽碧莱颜料。试验选取2家公司的5种粉体分散剂,见表1。
表1 粉体分散剂厂家编号及种类Table 1 Number and type of powder dispersant manufacturer |
 |
1.2 基础配方
经过大量试验测试,确定硅藻泥的配方组成,如表2所示。
表2 硅藻泥基础配方Table 2 Basic formula of diatomaceous mud |
 |
1.3 测试方法
试验测试了粉体分散剂对于常见无机、有机颜料在硅藻泥中的分散效果,同时测试了对成型后硅藻泥耐水性和耐紫外性能的影响。在所有试验配方粉体颜料和加水量一致的条件下,改变粉体分散剂的加量,观察分散效果。针对每一种不同颜色的颜料,5种分散剂均采用粉体总量0.2%、0.4%、0.6%3个不同加量进行测试。试验过程中所用基材均为涂刷过底漆的石棉水泥板,实验环境温度为(23±2) ℃,湿度为(50±5)%。
试验分为三部分:(1)选择一种粉体颜料的前提下,分别用不同厂家的粉体分散剂配制硅藻泥,加水混合后批刮在纤维混凝土板上,待完全干燥后测试试样之间的色差;(2)选取第一步制得的硅藻泥试样截取部分后,浸水48 h,取出自然干燥24 h测其色差,与原试样进行比较;(3)选取第一步制得的硅藻泥试样截取部分后,放入紫外灯箱中紫外光辐照48 h,取出后静置24 h测其色差,与原试样进行比较。色差计算使用色差仪分别在试样上选取3个点测试,取3个点的平均值作为该试样的CIELAB值(以下简称L*a*b*值)。
2 结果与讨论
2.1 分散剂对硅藻泥中铁红颜料分散效果的影响
铁红是硅藻泥调色中常见的一种无机氧化铁系颜料,可作为常见氧化铁系颜料的代表。试验测试了不同分散剂对于硅藻泥中颜色分散的影响,用以制样后测试L*a*b*值的方法来对比差异。因为被测试颜料为铁红,所以可以通过观察试样间的a*值差异,a*值越大代表试样颜色越红。在铁红颜料添加量相同情况下,试样a*值越大即可认为颜色分散得越好,试验结果见图1。
从图1可以看出,试验所用的5种分散剂的加入均对铁红颜料的分散有着明显的帮助;当分散剂添加量为0.2%时,4#试样的颜料分散效果最佳,但随着分散剂添加量的增加,4#的分散剂的分散效果提升并不明显;在较高加量0.4%和0.6%时,1#~4#试样分散效果十分接近,其中2#试样的分散效果随分散剂添加量增加时变化最为明显;5#试样在分散剂添加量逐渐增大时,颜料的分散效果变化不明显,基本没有变好。分散剂的加入使得颜料颗粒表面电荷增加,颗粒之间排斥力增大,颗粒变小。通过测试结果也可以看出分散剂加入后的试样颜料分散效果均明显优于空白样,但由于不同分散剂的有效成分不同,所以分散效果不尽相同。
2.2 分散剂对硅藻泥中炭黑颜料分散效果的影响
炭黑也是硅藻泥调色中常见的一种无机颜料,其自身有着难以被分散的特性,故选择其作为一种难分散颜料进一步考察粉体分散剂性能。测试了不同分散剂对于硅藻泥中颜色分散的影响,制样后测试L*a*b*值来对比差异。L*a*b*值中黑色用L*值表示,观察试样间的L*值差异,L*值越小代表试样颜色越黑。即在炭黑颜料添加量相同情况下,试样L*值越小即可认为颜色分散的越好,结果如图2所示。
从图2可以看出,相对于空白样50左右的L*值,加入分散剂后试样整体的L*值平均下降到30左右。其中1#、3#、5# 3组分散剂结果接近,分散剂加量的增加对分散效果基本没有影响。在分散剂添加量0.6%时,2#试样的L*值出现了比较明显的下降,即2#试样在高添加量时会对硅藻泥中炭黑的分散有明显的改善。4#分散剂无论在任何添加量时,测得的L*值都远远低于其他4组试样,且随着分散剂添加量的增加,L*值依旧有着明显的下降。故而确定针对难以分散的炭黑颜料,4#分散剂的效果明显优于其他,随着分散剂用量的增加,分散效果会明显变好。4#分散剂为非离子表面活性剂类分散剂,非离子表面活性剂的加入能产生熵斥力及渗透水化力,使炭黑粒子团中微裂缝间的粘结强度下降,从而使颜料粒子团碎裂,达到更好的分散。
2.3 分散剂对硅藻泥中酞菁蓝颜料分散效果的影响
硅藻泥调色中酞菁系有机颜料也是一个常用颜料,由于酞菁蓝使用广泛,故选其作为有机颜料的代表进行分散剂性能的测试。试验依旧测试了不同分散剂对于硅藻泥中颜色分散的影响,制样后测试L*a*b*值来对比差异。因为被测试颜料为酞菁蓝,蓝色在L*a*b*值中用b*值的负值表示。所以观察试样间的b*值差异,b*值越小代表试样颜色越蓝。即在炭黑颜料添加量相同情况下,试样b*值越小即可认为颜色分散的越好,结果如图3所示。
从图3可以看出,分散剂的加入虽然对酞菁蓝颜料的分散起到了帮助作用,但是从b*值上来看整体帮助很小。无论在何种分散剂添加量时,5组测试结果均与空白试样数值接近,无法看出明显变化。在相同分散剂添加量时,5组测试样之间数值差异也不明显,只有在0.6%加量时,1#和2#表现略好。酞菁蓝颜料表面极性较低,亲油性极强,亲水性差,分散剂很难与颜料颗粒稳定结合,所以导致酞菁蓝颜料的测试结果与之前2组试验有明显差异。
2.4 分散剂对硅藻泥成型后涂层耐水性和耐紫外性的影响
实际应用中,成型后的彩色硅藻泥成品在长期阳光直晒后会褪色黄变,涂层遇水或吸收空气中水汽后颜色会发花。试验分别将成型后的试样截取部分后进行了性能测试。将截取的试样浸水48 h后取出晾干,对比观察试样的变化。将另一部分截取的试样放入紫外灯箱中紫外辐照48 h后取出,观察试样的变化情况。
结果表明分散剂的加入对于硅藻泥成品的耐水性基本没有影响,添加分散剂的试样测试结果与空白试样基本没有差别。同时,对于硅藻泥成品耐紫外性的影响,除了1#分散剂在高添加量时可能会出现黄变,整体试样L*a*b*值的b*值变大外,其他分散剂试样测试结果与空白样基本无差别。
3 结 语
粉体分散剂的加入对于硅藻泥中颜料的分散能够起到较明显的帮助作用,颜料分散效果的好坏随分散剂添加量的增加而变好;不同型号的粉体分散剂在相同添加量时对颜料的分散有着一定的差别。其中磺化萘浓缩物和聚乙二醇类与无机载体混合物类粉体分散剂的综合性能较好,对所测试的颜料均有明显帮助。非离子表面活性剂类分散剂对于炭黑颜料的分散有着突出的表现。粉体分散剂对于硅藻泥成品的耐水性和耐紫外性能影响很小,磺化萘浓缩物类粉体分散剂在高添加量时成品硅藻泥试样可能会出现黄变现象。