水包水多彩涂料发展概况
□ 王 晓1，侯佩民1，徐元浩1，雷剑2，许丽岩1
(1.海洋化工研究院，山东青岛 266071；2.青岛科技大学，山东青岛 266042)
0 前言
多彩涂料可分为油包油、油包水、水包油、水包水4类，随着人们对水性化要求的提高，前3类基本淘汰，水包水多彩涂料成为研究的热点。水包水多彩涂料又称液态花岗岩，是以物理化学体系中的胶体化学和表面化学的理论作为产品设计的基本理论依据，制备过程中存在物质的物理变化和化学反应的转化，将液态的水性树脂经过离子包覆成胶状的水性彩色颗粒，并均匀地悬浮在特定的水性乳液中，最终形成多姿多彩、颗粒大小随意的高分子液态胶状的共聚物。本文对水包水多彩涂料的原理进行了解释，并从国内外水包水多彩涂料研究发展的情况提出了3点建议。
1 水包水多彩涂料的原理
水包水型多彩涂料是一种以水性乳胶涂料的小液滴构成涂料的分散相，保护胶水溶液构成连续相的多相悬浮体系。要实现这种“水包水"的悬浮体，就必须把水性乳胶涂料分散于保护胶水溶液中，在分散相涂料滴的表面形成一层不溶于水的柔性膜，这层柔性膜除了能够阻止膜内涂料组分与膜外的保护胶液组分互相扩散外，还要防止颜料滴之间发生聚集。施工后首先湿膜中的分散相涂料滴仍被保护，且在水相中呈悬浮状态，随着涂膜中水分的挥发，分散相的涂料滴相互堆砌、融合，最终形成牢固的多彩花纹涂膜。
2 水包水多彩涂料的国外研究情况
水性多彩涂料最早是在20世纪60年代末由美国John C.Zola提出，并在US3458328公开了分散在含成膜物质水分散介质中的、由彩色球粒水分散体组成的多彩涂料。含有亲水胶体的颜料同不溶性介质反应制得不溶于周围分散介质的彩色水合凝胶状沉淀物，在不溶介质中含的不溶性试剂如Ca、Al阳离子、硼酸盐等，具有非胶态性。这种反应物制得的彩色凝胶在膜强度方面存在着固有的局限性，不适应滚涂和刷涂，并且组分中水含量超过临界值，会带来沉淀物稳定性问题 [1-2] 。
CERVELLATI GIANFRANCO在John C.Zola的基础上，利用改性后的成膜物制备了水性多彩涂料，经过改进后能满足辊涂和刷涂的要求，但仍存在离子含量低的情况下稳定性差的问题 [3] 。
20世纪80年代John C.Zola又在US4376654公开了利用相反电荷的两种离子胶体反应制备彩色凝胶沉淀物，形成条纹状几何形状的多彩涂料，这种方法制备的彩色凝胶沉淀物虽然可以辊涂或刷涂，但稳定性比利用金属阳离子的方法制备的彩色凝胶沉淀物更加难控制 [4] 。
到了20世纪90年代，随着研究的深入，EdoardoRossetti公开了水性多彩涂料利用彩色胶体与Al离子反应制备多彩涂料的方法，这样制备的水性多彩涂料具有较好的稳定性，同时适用于刷涂。通过控制Al离子浓度能获得大量且胶体较为坚硬的非水合彩色沉淀物，受到挤压仍能保持适宜的状态。这种方法制备的多彩涂料在光滑表面上易流挂，因而不能直接在底材上使用 [5] 。
Germano Bolloni在US5340389中详细介绍了多彩涂料用保护胶的制备过程和在多彩涂料中的应用，用其方法制备的保护胶，胶体更加稳定，花纹效果更加明显 [6] 。
James F.Lynch分别在US5314535和US5480480中公开了以聚氨酯为基体制备水包水多彩涂料的方法。其中连续相是利用聚氨酯聚合物、胶体黏土和水制备。利用胶体黏土制备水性多彩涂料又为多彩涂料的制备提供了一种新的方法 [7-8] 。进入21世纪，对于多彩涂料的研究仍然方兴未艾，但目标多为具有一定功能性的水性多彩涂料，如Yoshikatsu Saito在专利公开了一种利用金属氧
化物包覆片状硅制备的多彩涂料，具有良好的耐候性，经过烘烤色差小于0.5，具有良好的耐热性能 [9] 。此后为了得到具有良好环境效果，John Garuti又在US2011229727又公开了具有低VOC的多彩涂料 [10] 。日本关西涂料公司、SK公司也有多彩涂料方面的研究，公开了不少专利，更加注重提高涂料的花纹稳定性、注重施工、环保等性能。
3 水包水多彩涂料的国内研究情况
国内关于“水包水”多彩涂料的研究大致可以分为两个阶段：
20世纪90年代是“水包水”多彩涂料的研发初期，有很多专家学者就这个新的领域进行了相关的理论和实际研究。以段玉忠[11]为代表的多彩涂料专家首先在这些方面年进行了探索性的研究，经过几年的研发，以丁铸等 [12]为代表的团队已经基本将成型的“水包水”多彩涂料研制成功 。到了21世纪初，随着国内的生活环境的提高，国内环境要求和装饰性需求的提高，以张道银等为代
表对“水包水”多彩涂料的研发进行了更加细致的条件性试验研究，对多彩涂料的分散体系进行了细致的研究 [13] 。
常州涂料研究院的唐瑛等 [14]对水性多彩涂料的实际应用中的运输稳定性进行了研究。杭州传化涂料有限公司的吴庆喜等 [15]对硅丙树脂、纯丙树脂体系的，利用保护胶粉形成多彩效果的“水包水”多彩涂料进行了条件性研究和工艺性能研究。
从国内近些年的水性多彩涂料申请的专利上看，水性多彩涂料的发展已由装饰性向功能性方向转变，研发了诸如防火型、防霉型、抗静电型、耐污型多彩涂料等，并试图通过调整配方和工艺得到更多更好的（例如条状、星状等）花纹效果 [16-26] 。
4 水包水涂料研究存在的问题
4.1 浮层和沉底问题
浮层是指多彩涂料有部分颗粒漂浮在保护胶体液面上，形成一定厚度并布满容器液面。原因是部分颗粒漂浮于保护胶溶液表面，直接与空气接触，致使包覆在颗粒表面的一层保护胶水膜因蒸发逐渐变薄，破损严重影响了涂料均匀性、施工性与涂膜装饰性。沉底是指多彩涂料有部分颗粒沉淀于保护胶体液面以下，形成一定厚度，不易搅拌。原因主要是因为颗粒胶与保护胶水之间的比重控制不当引起。
4.2 渗色问题
多彩涂料出现不同颜色彩粒混浊液，彩粒界限模糊甚至不出现彩色颗粒。原因是彩粒表面凝胶保护膜强度不够，彩粒内部的颜填料、助剂等通过保护膜不断向外渗透，使分散介质逐渐带上了彩粒的颜色造成。
4.3 涂膜光泽低
多彩涂料往往涂膜光泽比较低，原因是多彩涂料大多使用纤维素类的增稠剂，此类增稠剂具有明显消光作用。
4.4 施工过程复杂
多彩涂料施工都要喷底漆、多彩涂料层和罩光清漆。施工过程复杂、成本高，随着国内涂装人员费用的增加，对涂料性能提出了新的要求，简化施工过程，提高涂层性能，尽力做到底面合一。
5 展望
5.1 提高光泽度
多彩涂料作为装饰性涂料，如果不涂装罩光清漆，表面的光泽比较低，在室内使用，光泽要求半光或哑光的情况下，比较容易制备，光泽要求高光泽情况下，以常用的纤维素类的增稠剂就比较难达到，将增稠剂表面处理，或者用聚合物增稠剂替代部分纤维素增稠剂，可以提高部分光泽。
5.2 简化施工程序
多彩涂料的施工程序，往往为了达到高仿真效果，经常都分为三道甚至五道施工，人力、物力投入大。随着施工成本的增加，提高涂料性能，简化施工程序，降低施工成本，也为开发实用性多彩涂料提出一个新的要求。
5.3 发展功能性与装饰性相结合的多彩涂料
多彩涂料发展之初主要是以装饰性作用为主，代替部分塑料或纸质壁纸。随着人们对环境、安全、功能性能要求的提高，需要建筑涂料低有机挥发分，具有阻燃性能，甚至具有热反射性能，在一些特定场所要求易清洁，因此开发低VOC、阻燃性、热反射、热辐射，以及高抗沾污性、高弹性、自洁性、高耐候性的多彩涂料将成为一种研究方向。
感谢青岛惠好漆业有限公司提供的施工案例
水包水多彩涂料发展概况
□ 王 晓1，侯佩民1，徐元浩1，雷剑2，许丽岩1
(1.海洋化工研究院，山东青岛 266071；2.青岛科技大学，山东青岛 266042)
0 前言
多彩涂料可分为油包油、油包水、水包油、水包水4类，随着人们对水性化要求的提高，前3类基本淘汰，水包水多彩涂料成为研究的热点。水包水多彩涂料又称液态花岗岩，是以物理化学体系中的胶体化学和表面化学的理论作为产品设计的基本理论依据，制备过程中存在物质的物理变化和化学反应的转化，将液态的水性树脂经过离子包覆成胶状的水性彩色颗粒，并均匀地悬浮在特定的水性乳液中，最终形成多姿多彩、颗粒大小随意的高分子液态胶状的共聚物。本文对水包水多彩涂料的原理进行了解释，并从国内外水包水多彩涂料研究发展的情况提出了3点建议。
1 水包水多彩涂料的原理
水包水型多彩涂料是一种以水性乳胶涂料的小液滴构成涂料的分散相，保护胶水溶液构成连续相的多相悬浮体系。要实现这种“水包水"的悬浮体，就必须把水性乳胶涂料分散于保护胶水溶液中，在分散相涂料滴的表面形成一层不溶于水的柔性膜，这层柔性膜除了能够阻止膜内涂料组分与膜外的保护胶液组分互相扩散外，还要防止颜料滴之间发生聚集。施工后首先湿膜中的分散相涂料滴仍被保护，且在水相中呈悬浮状态，随着涂膜中水分的挥发，分散相的涂料滴相互堆砌、融合，最终形成牢固的多彩花纹涂膜。
2 水包水多彩涂料的国外研究情况
水性多彩涂料最早是在20世纪60年代末由美国John C.Zola提出，并在US3458328公开了分散在含成膜物质水分散介质中的、由彩色球粒水分散体组成的多彩涂料。含有亲水胶体的颜料同不溶性介质反应制得不溶于周围分散介质的彩色水合凝胶状沉淀物，在不溶介质中含的不溶性试剂如Ca、Al阳离子、硼酸盐等，具有非胶态性。这种反应物制得的彩色凝胶在膜强度方面存在着固有的局限性，不适应滚涂和刷涂，并且组分中水含量超过临界值，会带来沉淀物稳定性问题 [1-2] 。
CERVELLATI GIANFRANCO在John C.Zola的基础上，利用改性后的成膜物制备了水性多彩涂料，经过改进后能满足辊涂和刷涂的要求，但仍存在离子含量低的情况下稳定性差的问题 [3] 。
20世纪80年代John C.Zola又在US4376654公开了利用相反电荷的两种离子胶体反应制备彩色凝胶沉淀物，形成条纹状几何形状的多彩涂料，这种方法制备的彩色凝胶沉淀物虽然可以辊涂或刷涂，但稳定性比利用金属阳离子的方法制备的彩色凝胶沉淀物更加难控制 [4] 。
到了20世纪90年代，随着研究的深入，EdoardoRossetti公开了水性多彩涂料利用彩色胶体与Al离子反应制备多彩涂料的方法，这样制备的水性多彩涂料具有较好的稳定性，同时适用于刷涂。通过控制Al离子浓度能获得大量且胶体较为坚硬的非水合彩色沉淀物，受到挤压仍能保持适宜的状态。这种方法制备的多彩涂料在光滑表面上易流挂，因而不能直接在底材上使用 [5] 。
Germano Bolloni在US5340389中详细介绍了多彩涂料用保护胶的制备过程和在多彩涂料中的应用，用其方法制备的保护胶，胶体更加稳定，花纹效果更加明显 [6] 。
James F.Lynch分别在US5314535和US5480480中公开了以聚氨酯为基体制备水包水多彩涂料的方法。其中连续相是利用聚氨酯聚合物、胶体黏土和水制备。利用胶体黏土制备水性多彩涂料又为多彩涂料的制备提供了一种新的方法 [7-8] 。进入21世纪，对于多彩涂料的研究仍然方兴未艾，但目标多为具有一定功能性的水性多彩涂料，如Yoshikatsu Saito在专利公开了一种利用金属氧
化物包覆片状硅制备的多彩涂料，具有良好的耐候性，经过烘烤色差小于0.5，具有良好的耐热性能 [9] 。此后为了得到具有良好环境效果，John Garuti又在US2011229727又公开了具有低VOC的多彩涂料 [10] 。日本关西涂料公司、SK公司也有多彩涂料方面的研究，公开了不少专利，更加注重提高涂料的花纹稳定性、注重施工、环保等性能。
3 水包水多彩涂料的国内研究情况
国内关于“水包水”多彩涂料的研究大致可以分为两个阶段：
20世纪90年代是“水包水”多彩涂料的研发初期，有很多专家学者就这个新的领域进行了相关的理论和实际研究。以段玉忠[11]为代表的多彩涂料专家首先在这些方面年进行了探索性的研究，经过几年的研发，以丁铸等 [12]为代表的团队已经基本将成型的“水包水”多彩涂料研制成功 。到了21世纪初，随着国内的生活环境的提高，国内环境要求和装饰性需求的提高，以张道银等为代
表对“水包水”多彩涂料的研发进行了更加细致的条件性试验研究，对多彩涂料的分散体系进行了细致的研究 [13] 。
常州涂料研究院的唐瑛等 [14]对水性多彩涂料的实际应用中的运输稳定性进行了研究。杭州传化涂料有限公司的吴庆喜等 [15]对硅丙树脂、纯丙树脂体系的，利用保护胶粉形成多彩效果的“水包水”多彩涂料进行了条件性研究和工艺性能研究。
从国内近些年的水性多彩涂料申请的专利上看，水性多彩涂料的发展已由装饰性向功能性方向转变，研发了诸如防火型、防霉型、抗静电型、耐污型多彩涂料等，并试图通过调整配方和工艺得到更多更好的（例如条状、星状等）花纹效果 [16-26] 。
4 水包水涂料研究存在的问题
4.1 浮层和沉底问题
浮层是指多彩涂料有部分颗粒漂浮在保护胶体液面上，形成一定厚度并布满容器液面。原因是部分颗粒漂浮于保护胶溶液表面，直接与空气接触，致使包覆在颗粒表面的一层保护胶水膜因蒸发逐渐变薄，破损严重影响了涂料均匀性、施工性与涂膜装饰性。沉底是指多彩涂料有部分颗粒沉淀于保护胶体液面以下，形成一定厚度，不易搅拌。原因主要是因为颗粒胶与保护胶水之间的比重控制不当引起。
4.2 渗色问题
多彩涂料出现不同颜色彩粒混浊液，彩粒界限模糊甚至不出现彩色颗粒。原因是彩粒表面凝胶保护膜强度不够，彩粒内部的颜填料、助剂等通过保护膜不断向外渗透，使分散介质逐渐带上了彩粒的颜色造成。
4.3 涂膜光泽低
多彩涂料往往涂膜光泽比较低，原因是多彩涂料大多使用纤维素类的增稠剂，此类增稠剂具有明显消光作用。
4.4 施工过程复杂
多彩涂料施工都要喷底漆、多彩涂料层和罩光清漆。施工过程复杂、成本高，随着国内涂装人员费用的增加，对涂料性能提出了新的要求，简化施工过程，提高涂层性能，尽力做到底面合一。
5 展望
5.1 提高光泽度
多彩涂料作为装饰性涂料，如果不涂装罩光清漆，表面的光泽比较低，在室内使用，光泽要求半光或哑光的情况下，比较容易制备，光泽要求高光泽情况下，以常用的纤维素类的增稠剂就比较难达到，将增稠剂表面处理，或者用聚合物增稠剂替代部分纤维素增稠剂，可以提高部分光泽。
5.2 简化施工程序
多彩涂料的施工程序，往往为了达到高仿真效果，经常都分为三道甚至五道施工，人力、物力投入大。随着施工成本的增加，提高涂料性能，简化施工程序，降低施工成本，也为开发实用性多彩涂料提出一个新的要求。
5.3 发展功能性与装饰性相结合的多彩涂料
多彩涂料发展之初主要是以装饰性作用为主，代替部分塑料或纸质壁纸。随着人们对环境、安全、功能性能要求的提高，需要建筑涂料低有机挥发分，具有阻燃性能，甚至具有热反射性能，在一些特定场所要求易清洁，因此开发低VOC、阻燃性、热反射、热辐射，以及高抗沾污性、高弹性、自洁性、高耐候性的多彩涂料将成为一种研究方向。
感谢青岛惠好漆业有限公司提供的施工案例