涂料

現(xiàn)代涂料在很大程度上仍遵循著將固體顏料（提供顏色）混合于液體介質(zhì)（將顏料附著在表面）的模式。但它也包括一系列不同的添加劑，每一種都賦予最終產(chǎn)品特定的性能。結(jié)果就是涂料的種類仿佛無窮無盡，可以滿足人們的任何需求，從橋梁到汽車，從玻璃到帆布，只要物體的表面需要涂層，總能找到一款合適的涂料。要了解涂料是如何做到這一點(diǎn)的，我們需要先來談?wù)勊鼈兊闹圃煸怼?/p>

如果你想生產(chǎn)藝術(shù)家用的油畫顏料，你首先得了解溶劑，最常見的是亞麻籽油，這種稻草色的透明油脂以亞麻籽為原料。[9]雖然亞麻籽油可能看起來足夠“粘”在畫布上，但我們還需要添加穩(wěn)定劑——通常是一種叫作硬脂酸鋁的化合物。接下來要加入的是一種精細(xì)的粉末狀顏料。想要亮白色，你需要加入二氧化鈦；想要漂亮的藍(lán)色，你可以加入少量的鋁酸鈷。然后用大攪拌刀片將這些混合物攪拌4個小時，這樣可以讓穩(wěn)定劑找到顏料顆粒，覆蓋它們并幫助它們分散到油液中。混合物也會因此變得更加黏稠，呈糊狀質(zhì)地。下一步，我們要用到的是三輥研磨機(jī)。這是一臺擁有三個花崗巖或不銹鋼制滾筒的巨大機(jī)器。三個滾筒以不同速度旋轉(zhuǎn)，相互之間只隔著幾微米的距離。研磨機(jī)將顏料顆粒帶入越來越小的縫隙，再進(jìn)一步研磨和分離。在《色譜烏托邦》（Chromatopia）一書中，顏料制造大師戴維·科爾斯（David Coles）寫道：“研磨機(jī)是顏料制造的核心。”而且他提醒說，研磨機(jī)的使用不僅是一門科學(xué)，還是一門技藝。滾筒之間的摩擦使其升溫、膨脹，從而改變間隙的大小。這種升溫會改變顏料的流動特性，也會造成不同批次顏料間的細(xì)微差異。因此，“顏料生產(chǎn)者必須持續(xù)關(guān)注研磨過程中出現(xiàn)的變幻莫測的狀況”。結(jié)果是出人意料的：一種柔滑、鮮艷、呈黃油狀的顏料——其固體顆粒含量可能超過總體積的50%。一旦通過質(zhì)地測試和顏色對比檢查，顏料就會被灌入管狀包裝中，以備使用。

油性顏料被涂抹到物體表面后不會變得干燥，因?yàn)楦稍镆馕吨謺魇У娇諝庵小Ｅc之相反，顏料會主動從空氣中奪取氧，并利用氧在相鄰分子間形成化學(xué)鍵。隨著這種被稱為固化或聚合反應(yīng)的進(jìn)行，相同的分子鏈會彼此聯(lián)結(jié)，形成一個致密的網(wǎng)絡(luò)和固體薄膜，使顏料逐漸變硬。這也意味著油性顏料在固化過程中會變得更重。[10]事實(shí)上，根據(jù)生產(chǎn)方式的不同，部分亞麻籽油可以使其增重15%以上。

水性涂料的情況就完全不同了。DIY（自己動手做）愛好者經(jīng)常使用這類涂料來讓房間“煥然一新”。顧名思義，水性涂料的顏料顆粒是浮在水中的。一旦被涂抹到物體表面，這種液體就會慢慢蒸發(fā)，留下一層由黏合劑化合物固定的顏料薄膜。水性涂料中顏料與溶劑的比例通常比油性涂料低得多。涂料制造商樹脂（Resene）的技術(shù)總監(jiān)柯林·古奇（Colin Gooch）告訴我：“一罐4升的高質(zhì)量水性涂料可能只含1.5升多一點(diǎn)的固體——實(shí)際上就是這些物質(zhì)在物體表面形成了薄膜。另外的2.5升成分的作用是保持這些固體物質(zhì)分散，讓我們能將顏料從罐子里挖出來抹到墻上。”

制作一罐標(biāo)準(zhǔn)油漆更多的是依賴工業(yè)化的流程，而不是匠人技藝，但正如我親眼所見，這并沒有削弱其神奇之處。樹脂公司是新西蘭最具代表性的企業(yè)之一，完全由新西蘭人運(yùn)作，在涂料制造領(lǐng)域已經(jīng)深耕了70多年。該企業(yè)的工廠和總部位于惠靈頓郊外20千米的納伊納伊（Naenae），主要生產(chǎn)水性涂料。我家在裝修時也使用了他們的一些產(chǎn)品，所以我非常希望能一探究竟，并在這個過程中學(xué)習(xí)一些關(guān)于涂料的化學(xué)知識。很快，我就發(fā)現(xiàn)古奇完全是我的得力幫手。盡管擔(dān)任該公司的技術(shù)總監(jiān)已有半個世紀(jì)之久，但他仍然對涂料充滿熱情。在大廳見面后，他握著我的手說：“我真的應(yīng)該先提醒你，涂料行業(yè)有多容易令人上癮。一旦你投入進(jìn)來，看到其中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，你就無法自拔了！”

在喝完咖啡，簡單聊了聊公司的歷史后，我們走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，開始談?wù)撝圃焱苛系奶魬?zhàn)。他指著架子上一大堆貼著標(biāo)簽的樣本說：“首先要說的是，沒有任何涂料是十全十美的。我們的產(chǎn)品不可能應(yīng)用于所有材料，因?yàn)榛炷僚c封檐板的表面非常不同。如果我們想為某種特定材料生產(chǎn)一款涂料，就需要對該材料有深入的了解。只有做到了這一點(diǎn)，我們才能考慮配方的問題。”

顏料通常是第一步。就像油畫和赭石巖畫所使用的顏料一樣，這些顏料都是粉末狀的，它們的大小和形狀為有想法的化學(xué)家提供了機(jī)會。二氧化鈦，古奇形容它是一種“非常粗糙的顏料”，平均粒徑只有300納米。你可以在一粒罌粟種子中放入近3500個顏料顆粒，而更為細(xì)膩的洋紅色顏料單個顆粒有26個可識別的面。這些納米尺度上的復(fù)雜性很重要，因?yàn)橐话銇碚f，物體表面可觸及的原子越多，就越容易發(fā)生反應(yīng)。“我們需要觸發(fā)涂料的化學(xué)反應(yīng)，”當(dāng)我們穿過院子，朝一座大型建筑走去時，古奇說，“就拿溶于水的糖來說。如果我們讓水蒸發(fā)掉，最后剩下的就是起初放進(jìn)去的那些糖粒——沒有任何變化。”這個比喻很恰當(dāng)，因?yàn)榫拖裉且粯樱蠖鄶?shù)商用顏料都是親水性的，所以讓它們?nèi)芙庠谒胁皇菃栴}。問題是，當(dāng)水消失后，如何讓它們停留在物體表面。古奇繼續(xù)說：“我們想要一種能真正黏附在物體表面的著色膜，這意味著我們需要操控粒子表面的化學(xué)特性。”

為了解決這個問題，涂料制造商將目光轉(zhuǎn)向了被稱為“樹脂”的黏合劑——由各種化合物制成。古奇是丙烯酸聚合物的追捧者，主要是因?yàn)樗鼈兛梢孕纬砷L而重的分子。“分子量越大，涂料就越耐用，”他說，“原因很簡單。大多數(shù)影響涂料耐久性的因素，如紫外線，都是通過分解分子產(chǎn)生破壞作用的。分子越大，降解所需的時間就越長。”人們也可以通過調(diào)整丙烯酸含量來改變最終涂料膜的硬度，而且這個過程快速、高效。“丙烯酸技術(shù)特別巧妙，也很難失敗。”古奇興奮地說。

不過，這一技術(shù)存在一個問題：丙烯酸顆粒是疏水性的，它們排斥水。“那么，如何讓它們留在‘水’這一介質(zhì)中呢？”我困惑地問。在我的腦海中，微小的丙烯酸顆粒往往漂浮在水面，因?yàn)樗鼈冊谒蟹较蛏隙急凰肿优懦狻?/p>

“疏水的黏合劑和親水的顏料之間的接觸是涂料最大的弱點(diǎn)，”他回答道，“我們通過表面活性劑或兩親分子[11]這類介質(zhì)來加強(qiáng)它。這種分子有兩個不同的末端，一端傾向于與黏合劑結(jié)合，另一端傾向于與顏料結(jié)合。”這些分子就像橋梁一樣，用化學(xué)方式將兩個本不會相遇的顆粒連在一起，而它們產(chǎn)生的液滴可以在水中愉快地漂來漂去。當(dāng)你把這種混合物涂在物體表面，然后水分開始蒸發(fā)時，顏料和黏合劑的液滴就會彼此靠近，并貼近物體表面，最終形成一層堅(jiān)韌而又有彈性的薄膜。那便是墻上的涂料斑塊。

“大量的涂料設(shè)計(jì)都是為了這個短暫的階段，讓涂料在罐子里保持穩(wěn)定的特性。表面活性劑可能會對物體表面造成傷害，但如果沒有它，我們很難把涂料涂到物體表面！”古奇說這話的時候，我們倆同時看向一個大桶，里面裝有明亮的白色液體。有人告訴我，那是一個泄壓罐，里面裝著10000升標(biāo)準(zhǔn)白涂料。除了水、顏料顆粒和黏合劑顆粒，罐子里可能還有其他涂料添加劑，其作用也許是防止發(fā)霉，或者是使最終形成的薄膜更容易清洗。從這里開始，即將制成的涂料樣本將在實(shí)驗(yàn)室接受測試，并比照參考資料。待全部測試都通過后，涂料會被裝罐并被轉(zhuǎn)移到倉庫進(jìn)行分發(fā)。從原材料到密封的罐裝涂料，整個過程大約需要2天時間。