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同一配方为何生产出不同的产品
集萃印花网  2009-06-08

    【集萃网观察】编者按:某些印花厂的材料生产商往往会遇到这样的困惑:手里抓着花大价钱买来的配方,却偏偏生产不出好的产品。下文中,作者将以自己的多年的研究实践经验,深入浅出地为面临类似困境的读者朋友释疑解惑。

    一天突然接到从南方某城市一位女士打来的电话,她是一位印花材料厂的老板,在电话中她说,自己的企业花了5000元钱买了一个乳胶浆的配方,按此配方进行生产,乳胶浆产品质量却一直不如别人家。所以,销售情况非常不好,这使她很犯愁,问我能不能帮助她,解决一下这个问题。我告诉她:“一个最佳配方不是花钱能买来的,即使最佳配方在人家厂里能生产出好产品,拿到你的厂里就不一定也能生产出同样的优质产品了。那么,再多花5万或10万又有什么意义呢?”她很迷惑不解,不知道这是为什么。今天借《纺织品印花》杂志,我以本文回答那位老板的同时,给那些仍然抱着花高价购买配方的梦想的朋友们提个醒——不要再迷信简单的拿来主义了!为什么?读了下文,你就会完全明白其中的道理。

    涂料研究工作的特点

    乳胶浆印花实属涂料印花范畴,涂料的研究工作和其它一般学科的研究工作不同,它有其自身的特殊性。为了说明它的特殊性,这里引用15年前,美国一位著名涂料专家讲过的话,其大意是:许多年来,涂料工业中的研究工作和技术工作如同传教士和修道士的工作,不断的重复,那么孤寂、沉湎于传统之中,但是,他更了解,修道士般的工作能够在职业上和在物质上带来多么大的成功。他又感慨地写道,尽管现在涂料工业中高技术的价值已经明确的建立起来了,尽管涂料工业中的科学含量越来越高,但是,仍无法赢得其他工业界同辈们的尊重。另一位专家说:直到最近,油漆生产仍被认为是一门手艺,而不是一门科学。涂料生产从作坊式转变为现代工业还是近20-30年的事。还有专家称:油漆制造是人类最古老的一门应用技术……。有些化学家因为看不到涂料的复杂性和对化学学科的贡献而轻视涂料,更有些人把涂料研究称为“无知的行为”。上述的评说证明了,涂料是一门从手工艺技术发展成为一门科学的。它的特点也就自然有以下几点:⑴涂料研究是实用性极强的研究工作,因为不论是基础理论研究还是应用研究都以其实用性为背景,研究成果转化为生产力比较容易,最终研究效果是以实际应用效果为判断的依据。⑵研究工作的范围广泛性,不要一提起研究工作,往往把眼光盯在一些大公司、高等院校、科研院所。由于涂料品种的多样性,原材料的来源广泛性,使用的普遍性,所以研究工作不仅限于此,一些相关行业和研究机构,特别是企业自身都可直接或间接的进行研究。⑶由于涂料科学是建立在多学科发展的基础上的,特别是新产品的研究工作一般是多交叉性的研究。⑷组合配方研究,涂料研究开发中,最大量的工作是配方的研究,采用类似组合化学的研究方法,通过对组分及其含量的调节组合,同时配制大量的样品,利用快捷的测试技术,在短期内从数目庞大的样品中优选出满意的配方。所以,涂料具有技术密集度高,涉及学科多等特点,新品种技术垄断性强,如日本将制造业技术密集度定为100,而将涂料行业则定为279。

    乳胶浆配方设计

    对于一种成功的涂料,其技术要求是很高的。因为在纺织品上印花厚度仅为几个微米至几十微米的印花膜,要满足来自各方面不同的要求指标很多。从技术上讲,涂料生产并不困难,主要有两方面技术:涂料配方和涂料生产工艺与设备。只要掌握这两方面技术就可以生产涂料产品。但是,要提高涂料性能与质量,开发新品种,仅此是远远不够的。何况同一个乳胶浆配方,生产的地方不同,采用的设备不同,采购的原材料不同(原料供应商),生产工艺中过程(某些细节)也不可能相同,仅凭一纸配方,怎么可能生产出相同质量的产品呢?这里只涉及乳胶浆配方问题,要得到一个性能非常好的配方,就要做大量的试验,因此,重要的一点是要在一定的理论指下进行配方设计。

    ⒈乳胶浆配方的设计原理

    ⑴乳胶浆的配方设计是一项综合性的工作。正如前面所述那样还处在技艺至科学的转变过渡期。配方设计首先要目标明确,你所设计的品种的应用目标和性能要求。其次是对原材料的选择,它关系到供应商的选择和生产厂家的选择(包括乳液、颜料、填料、助剂、水和助溶剂的选择),一定要选择那些能提供合格材料与优质服务的供应商和生产厂家。随着涂料原材料专业化生产趋势的增强,涂料行业中涂料企业自己生产树脂的日益减少,有的树脂集中在行业外的树脂行业生产。由于涂料工业生产品种多,使用原料多,除少数专用树脂之外,大部分原料要由其它工业部门供应,如颜料由颜料工业供应。大多数合成树脂、溶剂、助剂和化工原料等需由高分子工业基本有机合成工业、炼焦工业、石油化工、化工原料工业供应,从而使涂料生产带有“来料加工”的工业性质。

    ⑵乳胶浆的生产过程包括颜料、填料的分散,乳胶浆的调制、配色、过滤和灌装等工序,一般都自己不合成乳液(外购),这样乳胶浆的生产过程中是没有化学反应的,只是物理的分散混合过程,在配方确定以后,剩下的问题是准确的计量、有效的分散、均匀的混合和稳定的贮存等。在各组分的混合过程中,由于乳液和颜料、填料的数量最大,所以,主要指这两种组分的混合方法。长期以来涂料配方是采用颜基比(颜料与基料的质量比)来考察的,由于不同颜料间的密度相差很远,而涂料涂布于底材后成膜,颜料在涂膜中占据的是体积而不是密度,因此用颜基比来制定配方与评价一种涂料是不科学的。大约在20世纪60年代,提出了颜料体积浓度(PCV)与临界颜料体积浓度(CPVC)的概念。大量的试验表明,涂膜的很多性能,如密度、强度、腐蚀性、光泽度、遮盖力及渗透性等都在CPVC处发生突变。乳胶浆的CPVC和溶剂型涂料不同,溶剂型涂料是一个连续相,成膜过程中颜料间的空隙可自然地被基料充满,但乳胶浆不同,乳胶是一种粒子,成膜前它可与颜料成混杂的排列,也可各自聚集在一起。而填充在颜料空隙的乳胶粒子百分比是相关尺寸的函数,这就将颜料分散开来,使乳液基料形成了一个非连续相,颜料被聚合物乳胶粒子包围起来形成了颜料团。

    ⑶乳液的选择。乳胶浆的基料是聚合物乳液,乳液的成膜是聚合物球状颗粒经过密集、蠕变、融合的过程最终形成连续完整的涂膜,这成膜机理决定了乳液的良好成膜必然有一个最低的成膜温度,乳液只有在这个环境温度以上成膜时,才能获得连续膜,否则,在低于这个环境温度下所获得的膜是开裂的,没有附着力和机械强度的膜,只要轻轻一抹就变成了散片或粉末随风飘荡,这个最低成膜温度与乳液聚合物的玻璃化温度(Tg)有关。这项技术特性是由乳液生产商控制的,玻璃化温度、最低成膜温度、平均粒度和粒度分布等是影响聚合物乳液选择的定量指标,真实决定乳液选择的往往是一些产品说明书上,没有直接表达出来的一些定性和定量的指标或因素。例如乳液的构成、残留单体的含量、乳液对涂膜光泽、附着力、物理机械性能和耐用性能等,这些指标和参数有的是厂家保密而难以提供,有的配方影响参数太多无法简单地定量描述。但对产品说明书的全面理解和消化,尤其是厂家提供的典型配方举例,以及与乳液供应厂商的技术人员的交流,再加上采购人员自身对乳液知识的积累,相信会能较准确地优选出有资格进入你厂筛选备用的品牌,然后,通过试验比较加以最后确定。

    ⑷颜料、填料的选择。乳胶浆所用颜料,所起作用有两个:提供遮盖力和装饰性能。对所使用的颜料首先是要求有尽可能高的遮盖力和明亮美丽的颜色,乳胶浆的遮盖力是乳胶浆装饰功能的基础,没有足够的遮盖力就谈不上装饰作用,遮盖力产生于颜料与介质的折射率差值,差值越大遮盖力愈高,在涂料配方中,起遮盖力作用的颜料主要是钛白粉,钛白粉用量在原材料中占有很大的比例,而Ti02产品的品种繁多,所有的产品都是为某些性能设计的,不同等级的产品,它的用途,价格不同。钛白粉作为主要原材料用于涂料中时,选择合适的等级是很重要的。不同等级钛白粉适合于不同类型的涂料产品。

    ⑸助剂的选择。除了正确选择树脂、颜料外,还应正确选择助剂。在涂料配方中,助剂用量很少,所有助剂的量一般仅占涂料总质量的0.01-1%左右,助剂在配方中是不可缺少的部分,在涂料中加入助剂可以预防涂料产生的缺陷,正确使用助剂可以提高产品质量、扩大产品用途,改善印花性能,助剂品种也越来越多。从上述看出,助剂是涂料中不可或缺的组分,所以,有人说:没有不使用助剂的涂料,也没有涂料不使用助剂的。日本研制的一种高级木器涂料中,使用的助剂高达60多种,可见助剂的重要性。但也应注意助剂的用量和种类也不是越多越好,应注意助剂给涂料的副作用。这里包含了大量的研究内容,需要配方设计和实验室试验中摸索其中的规律。

    2、试验配方与生产实际的差别

    从上述中可知涂料是一个多种组分的混合物,一个浆料性质和性能的好坏是由各组分间相互作用的最终表现。但实验室中配制的涂料与实际生产的涂料应最大程度的相似,也就是说试验出的配方应尽可能的与实际生产条件的涂料配方保持一致,将试验的配方放到生产实际中磨合,尽力找出两者之间的不同之处,细心发现它们最主要差别是它们的“历程”不同,在试验配方与实际生产涂料的一系列的平行试验中,发现它们之间的差别,使试验与生产之间做到有效的相互磨合,才能得到比较完善的涂料配方。

    3、细节决定成败

    一纸配方不可能反映出生产中的一些细节活动,我们强调细节的重要性、强调重视细节,说的明白点就是提倡科学精神和认真的态度,从而找到隐藏在细节背后的事物发展的内在联系牲和规律性。在中国市场,日本胶浆产品虽然占据了国内高端市场较大的份额,但对于国产胶浆与日本胶浆的差距,业内人士也基本达成共识,大家基本上都认为由于产品质量越来越受到重视,国产胶浆与日本高档胶浆的差距正逐步缩小,越来越接近。有人认为国产胶浆与进口胶浆的差距就在一些助剂的选择和使用上,其实就是前面谈的细节问题。国内有关专家对国内外的涂料浆选择性地用显微镜(500倍)观察其晶形的几何形状、颗粒直径、并用滤纸扩散法进行对比,从测定情况看,国产涂料的质量水平,无论从颜料颗粒大小,粒度的均匀性,还是晶形的几何形状与国外涂料还有相当大的差距。这些充分说明某些细节问题没有人家做的周到详尽,颜料的分散性是一个很复杂的问题,是颜料在涂料中应用的大课题,由于受多种因素影响,要解决好颜料的分散问题,需要进行仔细的分析研究,一些企业认为,有些国产涂料的稳定性不是很好,好的涂料使用期限可长达20年,稳定性不好的涂料,没多久就会产生沉淀。这说明我们在颜料分散问题上的许多细节没有过关,一点小小的差距就足以成为区分高下的门槛。譬如:颜料细度与涂料的遮盖力与着色力与色牢度与稳定性都有关系。颜料颗粒过粗会造成大颗粒沉淀,既然国内颜料颗粒度不如进口产品的细小,反过来一味追求颗粒细小,行不行呢?若颗粒细小过度,则动能增大,相互碰撞概率增大,结果同样产生相互凝聚的团块,也会造成沉淀,所以,必须寻求一个合适的“度”。颗粒过大或过细都会造成浆料的储存和使用的不稳定。颗粒的结晶形状(如球形、棒形、针形、多角形等等)对浆料的着色艳鲜度、遮盖力、牢度均有不同程度的影响,应以慎重选用为妥。有人认为在原料的选择上与国外不同,决定了国内印花涂料品牌与国外品牌的差距。树脂是用以制造印花涂料的主要原材料,但在树脂的合成提炼技术方面,国内化工行业的水准同国外相比,仍然存在差距,造成国内树脂原料的纯度不够高,进而影响了浆料产品的性能。某一印花材料厂的老板告诉我,他也想改变自己产品,努力赶上进口产品质量。好的树脂国内难求,他通过在日本的朋友,去找生产该优良树脂的厂商(日商)去协商洽谈,想进口他们的树脂。日方的答复是,我厂的树脂已经全部被日本某一涂料厂买断(包产包销了),自己无权向外销售。这实质上就是产品和技术的垄断。有关细节问题本文不可涉及过多,如乳胶浆生产中加料顺序也是相当重要的课题,还有生产中用水的质量问题等等。现在国内越来越多的化学工作者正在发挥他们的聪明才智,特别是一些涂料化学家,正在不断研究改善树脂性能,使国产胶浆与先进产品的质量差距进一步缩小,国产印花胶浆必定会日渐赢得高端市场的认可,取得更大的发展空间。

    上述,仅为一家之言,一孔之见,仅供有兴趣的朋友参考,希望能起到拋砖引玉的作用。

    来源: 《纺织品印花》  文/刘永庆

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