市政工程用长效防涂鸦抗粘贴涂料的制备及应用研究
李 辉,程皓然,李爱平,封腾骏(石家庄市油漆厂,石家庄 050086)
0 前 言
乱涂、乱画、乱贴小广告的三乱现象在世界各国均普遍存在。随着我国城镇化率的不断提升以及人民对美好生活环境的向往,对市政建设提出了更高的要求。在城镇的配电柜、路灯杆、地下通道、桥梁、建筑物外表面等乱贴、乱画、乱喷小广告的现象经常发生,给人们的视觉上带来污染,广大市民非常反感,也严重影响了城市的市容、市貌。
市政建设时选用防涂鸦涂料,是一种国内外普遍采用的可有效防治小广告粘贴的措施,一般对2 m以下位置进行涂装。近些年全生命周期的理念逐渐被各行业更多设计者引入,在市政建设时也是如此。这就对防涂鸦抗粘贴涂料提出了长效、易于施工、适合常见的金属、水泥等不同基材的要求。
本实验使用一种有机硅改性氟碳树脂搭配具备长效防涂鸦特性的助剂制备出了一种防涂鸦抗粘贴涂料搭配适宜的底漆,选用涂料具有适用于钢铁、水泥等基材,施工环境适应性好的特点,涂层具备优异的防腐性、耐候性、憎水憎油性等,满足了全生命周期设计理念的市政长效防涂鸦抗粘贴的要求。
1 实验部分
1.1 主要原材料
改性有机硅树脂,山东大易;氟碳树脂,东氟化工;有机硅改性氟树脂,海润;钛白粉,南京;沉淀硫酸钡,深州;BYK-P104S、BYK-306,毕克;EFKA2018,埃夫卡;防涂鸦助剂,进口;N3390,拜耳。
1.2 实验仪器设备
高速分散机,JSF-550,上海普申化工机械有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,TST202A-1B,成都特斯特仪器有限公司;电子天平,TC3K,常熟市双杰测试仪器厂;砂磨机,QSM-Ⅱ型,天津市精科联材料试验机有限公司;氙灯老化测试仪,BGD867,标格达精密仪器(广州)有限公司;接触角测量仪,OCA200,北京奥德利诺仪器有限公司;动摩擦系数测试仪,PCF-03,济南普创机电有限公司。
1.3 涂料制备
根据多年的实践经验及大量的正交实验,最终确定了防涂鸦抗粘贴面漆的典型配方,如表1所示。
制备工艺:在分散容器中加入配方量的成膜树脂,在500 r/min转速下依次加入助剂、颜料、填料、溶剂,搅拌10 min后,将混合色浆倒入砂磨机中,研磨至细度小于25 μm,经200目绢丝过滤后,色漆制备完成。
1.4 检测结果
结合客户需求及行业标准,产品满足的技术要求及检测方法如表2所示。
2 结果与讨论
2.1 树脂的筛选
涂料的长效防涂鸦抗粘贴功能,要求成膜物较低的表面张力,能够起到防粘、防涂鸦的作用,同时具有一定的防腐蚀、抗老化的特点。用于市政建筑的这类涂料由于受到施工环境条件的限制,要求其必须具备常温干燥且抗老化性较好。
表3为常用树脂表面张力,可以看出,含有硅、氟类的树脂其表面张力都相对比较低,但是由于自身交联限制,大部分需进行高温烘烤固化才能完全交联反应,单独使用纯硅类树脂或聚四氟乙烯树脂制备涂料常温干燥性不佳,其固化后的交联密度较低。因此,为满足市政工程常温干燥和耐候性的要求,主流的做法为采用改性硅树脂或改性氟碳树脂,搭配功能性防涂鸦助剂,在满足涂料常温干燥与耐候性要求的同时,达到防涂鸦抗粘贴的使用要求。
用正交实验、平行实验、对比实验的方法,经过大量的性能测试及价格比对,筛选出了实验用的3款树脂进行制漆实验。测量涂层的附着力、水接触角、动摩擦系数、防涂鸦性、抗粘贴性等性能。其中1#树脂为改性有机硅树脂,2#树脂为改性氟树脂,3#树脂为有机硅改性氟树脂,表4为3种树脂性能测试结果。
从表4中可以看出,1#树脂与3#树脂的水接触角和动摩擦系数都相比2#树脂要低,说明该含有硅类材料的树脂的表面能更低一些,爽滑度更好。虽然2#树脂也都符合标准要求,但由于其性能略低,且价格成本较高,竞争力不如其他两类低表面张力树脂,故先舍弃。对两种树脂进行附着力、耐水性、耐碱性、耐MEK擦拭性、耐候性等实验,具体测试结果如表5所示。
从表5中可以看出,1#树脂在常温干燥的情况下,附着力、耐碱性、耐MEK擦拭性等性能不如3#树脂,部分性能不满足使用要求。据研究表明,当有机硅树脂中硅含量较多时,只有部分含硅官能团发生反应,其常温交联反应程度较小,干燥形式主要表现为树脂中其他官能团以“假干”的形式干燥,固化反应不完全,致使其耐性不如其他树脂。综上所述,本实验选用有机硅改性氟树脂作为防涂鸦抗粘贴涂料的主体树脂。
2.2 助剂的筛选
在涂料中加入降低表面能的助剂可以使涂料的防涂鸦性能有着明显的提高,本实验选用3种可参与交联固化反应的防涂鸦助剂添加至涂料中,测试涂料的防涂鸦抗粘贴性。其中1#助剂为嵌端共聚物类,2#助剂为改性有机硅类,3#助剂为改性有机氟类,具体测试结果如表6所示。
从表6中可以看出,3#助剂与选择的注释混溶性不佳,其对涂料防涂鸦抗粘贴效果的提高不仅不如1#助剂和2#助剂,反而致使部分性能下降,故最先舍弃。而1#助剂与2#助剂对涂料的防涂鸦抗粘贴性能均有所增强,需进行进一步筛选。
现实使用过程中,涂料的防涂鸦抗粘贴性的耐久性也是树脂的重点筛选条件之一,涂层经过户外的曝晒或者气候的侵蚀,其防涂鸦抗粘贴性能会发生部分衰减。对两种助剂制备的涂料进行耐候性实验后进行防涂鸦抗粘贴性能测试,具体测试结果如表7所示。
从表7中可以看出,经过400 h人工加速老化后,未添加助剂的涂料防涂鸦抗粘贴性能衰减最大;有机硅类助剂对涂料防涂鸦抗粘贴性能有部分衰减;而含有嵌端共聚物类助剂的涂料防涂鸦抗粘贴性能基本无变化,因此本实验选用嵌端共聚物类作为涂料的防涂鸦助剂。
2.3 配套底漆的选择
市政工程用防涂鸦抗粘贴涂料由于使用环境不同其配套涂层也有所差异。当基材为配电箱、电线杆、电梯等金属材质时,一般会采用环氧防锈底漆进行防腐,搭配防涂鸦抗粘贴面漆进行使用。在某些情况下,经客户允许,可以把配套底漆制备出沙面状,即底漆表面有明显颗粒,凹凸不平,这样涂覆面漆后,配套涂层表面也会表现出凹凸不平,这种表面在遇到牛皮纸、小广告时,涂料由于接触面积降低,抗粘贴效果尤为明显。当基材为混凝土基材时,如小区楼道、地下车库等,基材需预先进行打磨处理,清理干净后施涂一层抗碱封闭底漆,随后采用环氧砂浆涂料进行找平,再根据要求施涂一层环氧/聚氨酯底漆,最后施涂防涂鸦抗粘贴面漆,这种配套涂层兼具有长效防护与防涂鸦抗粘贴性能。
3 结 语
通过对不同种类的低表面张力的树脂以及特殊助剂的筛选,确定了实验配方,产品满足高耐候、长效防涂鸦的技术指标;通过对不同底材配套底漆的选择,可实现涂料在金属、水泥等不同市政设施上的涂装应用。
本产品研制成功后以其高性价比和良好的施工适用性,已成功涂装了市政工程中的配电箱、电线杆、电梯等设备设施逾上万平方米,应用10 a后经测试抗涂鸦效果良好,具有较好的推广价值。