耐沾污外墙涂料的研制

耐沾污外墙涂料的研制 鹿现栋 � (北京清华紫光英力化工技术有限责任公司, 100085) � � 摘要: 利用可反应性大分子乳化剂、功能单体制备了具有良好稳定性的核壳苯丙乳液, 并通 过选择合适的涂料颜料体积浓度 ( PVC) 制备了有良好柔韧性、低成本和优良耐沾污性能的外墙 涂料。 关键词: 颜料体积浓度; 耐沾污性; 核壳苯丙乳液 1 � 前 � 言 随着人们对生活质量要求的不断提高, 高质量 的乳胶涂料也越来越受到消费者的欢迎, 尤其在外 墙装饰中, 瓷砖应用的减少, 外墙涂料的需求也越 来越大。建筑物的外墙体多采用混凝土、水泥预制 板、水泥砂浆抹面或者净水泥浆抹面等, 其 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面在经 过风吹雨淋、夏晒冬冻后, 墙体会出现裂缝, 裂缝宽 度有大有小, 除特殊情况外一般常在 ( 1~ 3) mm。 为了克服外墙的裂缝问题, 多采用弹性建筑乳 胶涂料来遮盖墙体的裂缝, 但在弹性建筑乳胶涂料 的发展和应用中, 仍有一些需要解决的问题, 如耐 沾污性。目前通过添加合适的耐沾污剂可以提高涂 膜的耐沾污性, 但添加耐沾污剂的缺点是在当用量 大时, 对涂膜的理化性能有不良的影响, 同时增加 产品成本。因此针对外墙建筑涂料的耐沾污性问 题, 研制了低成本、有良好柔韧性以及良好耐沾污 性的外墙涂料。 2 � 乳液合成及测试 2�1 � 乳液的制备 由于要进行乳化及稳定乳胶粒子, 在大多数乳 液制备过程中需要添加许多乳化剂, 而乳液在成膜 后, 乳化剂会在表面张力作用下部分迁移至涂膜表 面, 对涂膜性能造成严重的伤害, 导致涂膜发粘回 粘, 易粘附尘埃造成污染[ 1]。 为了克服乳化剂的影响, 自制了可反应性大分 子乳化剂, 利用此大分子乳化剂及阴离子乳化剂为 乳化剂、过硫酸铵为引发剂, 在苯乙烯、丙烯酸酯 单体体系中, 通过加入功能单体改善体系的亲水疏 水性能, 利用半连续加料方法制备了核壳苯丙乳 液。乳液合成基本配方见表 1。 表 1 � 核壳苯丙乳液的合成配方 原料名称 规格 质量分数/ % 苯乙烯 工业级 23~ 27 丙烯酸丁酯 工业级 22~ 25 丙烯酸 工业级 1~ 2 反应型乳化剂 ( YL- 01) 自制 1~ 3 十二烷基硫酸钠 化学纯 0�5~ 2 过硫酸铵 分析纯 0� 1~ 0�3 去离子水 50 2�2 � 乳液的测试 ( 1) 固含量 取一定量We的乳液 ( 2~ 3) g 放在干净的已 知重量W0 的玻璃板或玻璃器皿上, 放在 100 � 烘 箱内烘烤 20min, 取出称量玻璃板或玻璃器皿的重 量W1, 按公式计算固含量: 固含量 C%= (W1- W0) / We 100% ( 2) 机械稳定性 在 1 000mL 的搪瓷杯中加入 200g 用 120目筛 子过滤的乳液, 将搪瓷杯放在搅拌机上, 调整转速 为 4 000r/ m in, 搅拌 1/ 2h 后观察乳液是否破坏或 絮凝, 如无明显絮凝则为合格。 ( 3) Ca 2+ 稳定性 在 10mL 带刻度的试管中, 用滴管加入 5mL 乳液, 然后加入 1mL5% CaCl2 水溶液, 注意加入 水性颜料色浆 联系电话: 021- 59508509 � 62864049 技 术 园 地 !中 国 涂 料!16��� !2004年第 11期! 时也要缓慢加入, 充分摇匀后放置试管架上, 分别 于1h、24h、48h 后观察, 如无发生分层、沉淀、 絮凝等现象, 为合格乳液。 ( 4) 稀释稳定性 在10mL 带有刻度的试管中, 用滴管加入 2mL 乳液, 然后用滴管加入 8mL 无离子水, 充分摇匀 后放置在试管架上, 分别于 24h、48h 后观察有无 分层、分水沉淀发生, 无上述情况为合格。 ( 5) 冻融稳定性 在恒温为- 15 � 的低温冰箱中连续冷冻 16h, 常温解冻 8h, 如此循环 5次, 如不破乳为合格。 对合成的乳液进行测试, 其结果见表 2。 表 2 � 合成乳液的性能测试 测试项目 测试结果 测试标准 外 � 观 乳白色, 有蓝光 � 目 � 测 固体分/ % 50~ 52 GB 6751- 86 粘 � 度/ s 14~ 16 GB/ T 1723- 93 机械稳定性 通过 稀释稳定性 通过 冻融稳定性 通过 钙离子稳定性 通过 2�3 � 乳液玻璃化温度及其影响 涂料的硬度是由成膜物质 (乳液) 的玻璃化温 度 ( T g) 决定的, 硬度越高使得涂膜的耐沾污性 也有重要的影响。许多实验已经证实: 玻璃化温度 升高, 硬度越高, 涂膜的耐沾污性能就越好, 同时 高玻璃化温度对于低温施工带来难以成膜的困难; 另一方面如果乳液的玻璃化温度过高, 形成的膜较 脆, 对于弥补外墙的细微裂缝不利, 因此, 平衡乳 液的柔韧性和玻璃化温度对提高涂膜的耐沾污性有 重要的影响。通过调节苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例 可以改变聚合物的 Tg。在此选择的苯乙烯/丙烯酸 丁酯为 27/ 22。 通过 DSC 2910示差扫描量热仪测试该乳液的 T g 为 27 � , 通过检测乳液成膜物质的接触角发现 膜具有亲水性。 3 � 耐沾污外墙涂料的制备 3�1 � 基本配方 在耐沾污涂料体系中, 使用金红石和锐钛型钛 白粉作为体系的颜料, 并加入一定量的重质碳酸 钙、硅灰石、高岭土等, 以改进涂料的流平性和提 高体系的抗沾污性能。 采用的助剂为分散剂、增稠剂、消泡剂、防霉 剂、成膜助剂等以改善涂料的性能。基本配方见表3。 表 3 � 耐沾污涂料配方 原料名称 质量分数/ % 苯丙乳液 (自制) 25~ 30 醇酯十二 (成膜助剂) 0� 3~ 0�6 分散剂 0� 3~ 0�5 消泡剂 0� 2~ 0�4 杀菌剂 0�04~ 0�06 润湿剂 0� 1~ 0�2 锐钛型钛白粉 0~ 8� 0 金红石型钛白粉 10�0 重质碳酸钙 10� 0~ 12� 0 硅灰石 3� 0~ 7�0 高岭土 3� 0~ 7�0 ASE- 60 0� 4~ 0�7 TT 935 0� 4~ 0�7 氨 � 水 pH 值 8~ 9 用量 水 补足 100%配方量 3�2 � 制备工艺 在搅拌器中加入水, 往水中加入配方量的分散 剂、消泡剂、防霉剂搅拌均匀。在搅拌条件下加入 钛白粉、重质碳酸钙、硅灰石、高岭土, 在砂磨机 中将分散好的浆料研磨至细度 50�m 以下, 过滤后 加入乳液、成膜助剂、增稠剂等, 过滤后得到涂 料。 3�3 � 耐沾污涂料 PVC及 CPVC的确定 外墙涂料涂膜的沾附污染可以分为两种类 型[ 2] : 附着性污染和吸入性污染。附着性污染是 指污染物物理吸附在涂膜的表面, 这种污染通过擦 拭、风吹等机械作用可以得到消除; 吸入性污染是 指在附着性污染的基础上, 污染物进入涂膜的内 部, 这种污染难以清除。 外墙涂料的沾污这两种污染同时存在。要提高 外墙涂料的耐沾污性就必须针对这两种污染类型进 行解决, 提高涂膜的结构致密性以及改善涂膜的亲 水疏水性。因此在设计涂料配方时, 要考虑涂料的 颜料体积浓度 ( PVC) 以及临界颜料体积浓度 ( CPVC)。据文献报道[ 3] : 随着涂料体系的 PVC 的增大, 由于乳液相对含量较少, 使得涂膜在高温 时的回粘性相对减少, 尘埃不容易附着, 耐沾污性 能较好。但涂料体系的 PVC不能高于CPVC太多, 氧化铁红、铁黄、铁黑、铁棕系列 联系电话: 021- 59508509 � 62864049技 术 园 地 !中 国 涂 料!17��� !2004年第 11期! 否则由于乳液的不足, 难以包覆涂料中所有的颜、 填料离子, 在涂膜中容易形成空隙, 灰尘易嵌入, 使得涂膜耐沾污性能降低。因此在提高涂层结构致 密性方面要确定合适的涂料 PVC。 通过调整体系的 PVC制备系列涂料, 经过干 燥成膜后, 测量涂料的光泽度, 通过光泽度及 PVC作图, 得到如图 1的示意图。 图 1 � 耐沾污涂料 PVC 及 CPVC示意图 从图 1 中可以看出, 在该涂料体系中涂料的 CPVC为 35% , 因此确定涂料 PVC 为 40%, 并按 照确定的配方和生产工艺制备涂料。由于目前原材 料尤其丙烯酸酯涨价, 纯丙乳液及硅丙乳液等价格 较高, 而用苯丙乳液生产耐沾污涂料, 通过成本核 算, 涂料的生产成本为 ( 8~ 10) 元/ kg。 3�4 � 技术性能 将制备的涂料按照国家标准GB/ T 9755- 2001 ∀合成树脂乳液外墙涂料# 进行测试, 其结果如表 4所示。 表 4 � 耐沾污涂料的技术性能 测试项目 技术标准 (优等品) 实测值 容器中状态 无硬块, 搅拌后呈均匀状态 通过 涂膜外观 涂膜外观正常 成膜良好,外观正常 干燥时间/ h ∃ 2 35min 施工性 涂刷二道无障碍 通过 对比率 %0�93 0�94 耐碱性 ( 48h) 无异常 通过 耐水性 ( 96h) 无异常 通过 耐洗刷性/次 %2000 10 000, 无异常 涂层耐温变性 ( 5次循环) 无异常 通过 耐沾污 (白色和 浅色) / % ∃ 15 7 测试项目 技术标准 (优等品) 实测值 老化时间 600h 600h不起泡、不剥落、无裂纹 粉化/级 ∃ 1 无粉化 变色/级 ∃ 2 1 � � 将制备的涂料按照 GB/ T 528- 1998标准检测涂 膜的拉伸强度和拉断伸长率, 其结果如表 5所示。 表 5� 耐沾污涂料的拉伸强度及拉断伸长率 测试项目 测试结果 拉伸强度/ MPa 2�50 拉断伸长率/ % 216 � � 通过表 4及表 5可以发现制备的涂料具有良好 耐沾污性能, 并具有柔韧性; 另一方面实验也发现 亲水性涂膜可以改善涂膜的耐沾污性。 4 � 结 � 论 通过利用聚合型大分子乳化剂与功能单体的配 合制备了亲水的苯丙乳液, 一方面减少了乳化剂迁 移对涂膜耐沾污性的影响; 另一方面通过其核壳结 构改善了柔韧性和耐沾污性能的矛盾。相对于利用 氟碳树脂、添加耐沾污剂、有机硅改性等制备的外 墙耐沾污涂料, 本涂料具有低成本的优势。 参 考 文 献 [ 1] � Ann- Charlot te Hellgren, Peter Weissenborn, Krister Holm� berg� Surfactants in w ater- borne paints [ J] � Progress in or� ganic coatings, 1999, ( 35) : 79- 87 [ 2] � Ronald R Adkins� Literature survey on the dirt resistance of or� gan ic coat ings� Proceedings of the IS& T Annual Conference, 1996, 555- 556 [ 3] � Michael J O & Brien, James L McKelvey, John W� Rimmer� Effect of 10 years exterior exposure on the dirt pickup resistance and durabilit y of textured acrylic f inishes used in exterior insula� tion finish systems ( EIFS ) � AST M Special T echnical Publica� tion, 1996, 1269 ( 12) : 49- 65 [ 4] � H iroshi Kubota, Takakazu Yamane� Developm ent of high stain resistant coat ing: Hydrophilic clear coat w hich is applicable to w et on w et base coat [ J ] � JSAE Review , 2002, 23 ( 2) : 271- 277 [5] � 郭林晖. 单层耐沾污弹性涂料的研制 � 涂料工业 [ J ] , 2004, 34 ( 5) : 27- 29 作者简历 � 鹿现栋, 天津大学工学硕士, 从事水性树脂、 涂料、胶粘剂等领域的开发与应用。 收稿日期 � 2004- 07- 30 铅铬黄、铬绿、钼铬红颜料系列 联系电话: 021- 59508509 � 62864049 技 术 园 地 !中 国 涂 料!18��� !2004年第 11期! � SUMMARIES � How to Cope with the Petroleum Price Rise for Coatings Industry Tian Zhaohui and Luo Zhihe ( 8 ) Pet roleum price rise brings attack to coatings in� dustry. The authors pose the measures and advices to deal w ith this for coat ings industry from chang ing product ion and consuming idea, improving use ef fi� ciency and economizing on and developing raw mate� rials. Difficulties and Countermeasures Ji Jianfei and M iaoYaping ( 11) T his art icle analyzes the diff iculties in face of the Chinese coat ings industry at present. And it g ives the posit ive countermeasures to g rasp develop opportuni� t ies. The Road of Beijing Red Lion Company Zhang Jianxin ( 13) Beijing Red Lion Company has created many miracles in the Chinese coat ings industry in the past tens years. In the t ide of market economy, it has made its life and sought to develop by self; and be� came splendid once more. Preparation of Antifouling Outside Wall Coat� ings Lu Xiandong ( 16) Core/ shell styrene- acrylate latex of good stabil� ity is prepared with react ive polymer emulsifier and funct ional monomers. Choosing appropriate pigment volume concentration ( PVC) , the antifouling outside w all coat ings of good f lexibility, low cost and perfect ant ifouling are got. Room Temperature Cured Phenol Aldehyde- Epoxy Anticorrosive Coatings Zhang Shangui and Liu Dengliang ( 19) This article discusses the composit ion design of room temperature cured phenol aldehyde- epoxy an� ticorrosive coatings and evaluates their perfect hot - w ater resistance, medium resistance especially small molecule medium penetrat ion resistance and the use above 100 � in food industry. Water- borne Wood Coatings Prepared with the Acrylic Polyurethane Dispersion ER- 05 Zhao Yongsheng and Zhu Wanzhang ( 21) The t itle coat ings are of perfect performances. The rat ional rat io of various addit ives in coat ings is made certain by select ion; and the w ater - borne wood coat ings meeting the market needs are pre� pared. Trimers by Hybrid Additional Polymerization and The Coatings of Liu Xiujuan ( 23) Mixed small molecule polyols w ith TDI addition� ally polymerize, then tri- polymerize w ith g iven cat� alyzer. And isocyanate prepolymer and trimers w ith a fat lot dissociated TDI are prepared which can be used in coat ings cured w ith curing agents or humidity. Coatings Experiments and Application Tech� nology for Bridge Steel Structure Anticorro� sion in Cold Plateau Region Huang Zhijiu, Di Jianxuan etc. ( 26) � !∋!