涂料

現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（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品特定的性能。結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的，我們需要先來談談它們的制造原理。

如果你想生產藝術家用的油畫顏料，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，呈糊狀質地。下一步，我們要用到的是三輥研磨機。這是一臺擁有三個花崗巖或不銹鋼制滾筒的巨大機器。三個滾筒以不同速度旋轉，相互之間只隔著幾微米的距離。研磨機將顏料顆粒帶入越來越小的縫隙，再進一步研磨和分離。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：“研磨機是顏料制造的核心?！倍宜嵝颜f，研磨機的使用不僅是一門科學，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微差異。因此，“顏料生產者必須持續關注研磨過程中出現的變幻莫測的狀況”。結果是出人意料的：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，因為干燥意味著水分會流失到空氣中。與之相反，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鍵。隨著這種被稱為固化或聚合反應的進行，相同的分子鏈會彼此聯結，形成一個致密的網絡和固體薄膜，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]事實上，根據生產方式的不同，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，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）的技術總監柯林·古奇（Colin Gooch）告訴我：“一罐4升的高質量水性涂料可能只含1.5升多一點的固體——實際上就是這些物質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分散，讓我們能將顏料從罐子里挖出來抹到墻上?！?/p>

制作一罐標準油漆更多的是依賴工業化的流程，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之一，完全由新西蘭人運作，在涂料制造領域已經深耕了70多年。該企業的工廠和總部位于惠靈頓郊外20千米的納伊納伊（Naenae），主要生產水性涂料。我家在裝修時也使用了他們的一些產品，所以我非常希望能一探究竟，并在這個過程中學習一些關于涂料的化學知識。很快，我就發現古奇完全是我的得力幫手。盡管擔任該公司的技術總監已有半個世紀之久，但他仍然對涂料充滿熱情。在大廳見面后，他握著我的手說：“我真的應該先提醒你，涂料行業有多容易令人上癮。一旦你投入進來，看到其中的挑戰和機遇，你就無法自拔了！”

在喝完咖啡，簡單聊了聊公司的歷史后，我們走進實驗室，開始談論制造涂料的挑戰。他指著架子上一大堆貼著標簽的樣本說：“首先要說的是，沒有任何涂料是十全十美的。我們的產品不可能應用于所有材料，因為混凝土與封檐板的表面非常不同。如果我們想為某種特定材料生產一款涂料，就需要對該材料有深入的了解。只有做到了這一點，我們才能考慮配方的問題?！?/p>

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家提供了機會。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雜性很重要，因為一般來說，物體表面可觸及的原子越多，就越容易發生反應?！拔覀冃枰|發涂料的化學反應，”當我們穿過院子，朝一座大型建筑走去時，古奇說，“就拿溶于水的糖來說。如果我們讓水蒸發掉，最后剩下的就是起初放進去的那些糖粒——沒有任何變化。”這個比喻很恰當，因為就像糖一樣，大多數商用顏料都是親水性的，所以讓它們溶解在水中不是問題。問題是，當水消失后，如何讓它們停留在物體表面。古奇繼續說：“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特性?！?/p>

為了解決這個問題，涂料制造商將目光轉向了被稱為“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，主要是因為它們可以形成長而重的分子。“分子量越大，涂料就越耐用，”他說，“原因很簡單。大多數影響涂料耐久性的因素，如紫外線，都是通過分解分子產生破壞作用的。分子越大，降解所需的時間就越長?！比藗円部梢酝ㄟ^調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?！氨┧峒夹g特別巧妙，也很難失敗?！惫牌媾d奮地說。

不過，這一技術存在一個問題：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，因為它們在所有方向上都被水分子排斥。

“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，”他回答道，“我們通過表面活性劑或兩親分子[11]這類介質來加強它。這種分子有兩個不同的末端，一端傾向于與黏合劑結合，另一端傾向于與顏料結合?！边@些分子就像橋梁一樣，用化學方式將兩個本不會相遇的顆粒連在一起，而它們產生的液滴可以在水中愉快地漂來漂去。當你把這種混合物涂在物體表面，然后水分開始蒸發時，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。

“大量的涂料設計都是為了這個短暫的階段，讓涂料在罐子里保持穩定的特性。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升標準白涂料。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驗室接受測試，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移到倉庫進行分發。從原材料到密封的罐裝涂料，整個過程大約需要2天時間。