admin
纳米材料改性外墙乳胶漆的研制
刘衍泉1, 马俊华1, 刘坤2
( 1. 济南槐荫化工总厂, 山东济南250022;2. 济南中箭实业有限公司, )
我国的建筑涂料, 虽然在整体水平上可以达到国际20世纪90 年代的先进水平, 但与先进国家相比, 仍存在较大的差距。根据目前建筑涂料技术的发展动态, 高性能、多功能的环保型外墙涂料将是建筑涂料的主要发展方向之一。为此, 我们结合本厂的具体情况, 在现有外墙乳胶漆产品的基础上, 通过对原材料的科学选择与合成及对涂料配方调整等技术途径, 以提高涂膜的疏水性、产品的防水及耐久性, 从而扩大产品应用范围, 增强市场竞争能力。
1 原材料的选择
1. 1 基料的选择
根据产品的环保要求, 选用有机硅改性的丙烯酸酯共聚乳液。该乳液是采用有机硅单体, 在酸存在下, 开环共聚, 生成含有乙烯基的聚硅氧烷; 然后再与丙烯酸酯单体进行共聚而制得, 有较好的耐水性和耐沾污等性能。
1. 2 颜料的选择
( 1) 着色颜料: 选用金红石型钛白粉作为白色颜料。
( 2) 体质颜料: 选用高岭土、滑石粉。其中, 高岭土可提高涂刷性和稳定性; 滑石粉可增加流平性, 减少裂缝。
1. 3 助剂的选择
1. 3. 1 分散剂
分散剂被吸附于颜填料颗粒的表面, 通过粒子间的范德华力、电子效应和立体效应使颜填料二次颗粒分散成初级颗粒, 并保持其稳定状态。通过试验, 确定采用自制的聚电介质类分散剂。
1. 3. 2 增稠剂
在涂装作业中, 要求乳胶漆具有良好的含漆性, 防滴落性、涂刷性、丰满性、流平性和防流挂性等。这些施工性能的要求, 既相互联系又相互矛盾, 解决办法主要是通过加入有关助剂, 如增稠剂。同时, 增稠剂在生产中可做保护胶体增加稠度, 改善稳定性, 防止沉淀结块和水层分离。丙烯酸、甲基丙烯酸的共聚乳液( SN636 即属该类) , 能通过电子效应提高水的粘度。通过- COO- 架桥作用, 可形成网状结构, 增大体系的粘度, 因此这类增稠剂, 增稠作用强, 有较好的流平性、生物稳定性, 与色浆的配伍性好, 但对pH 值敏感, 只有在碱性条件下起作用, 且耐水性能不理想。纤维素醚类增稠剂, 如目前用得较多的是HEC 和HPMC( 烃丙基甲基纤维素) , 能通过分子链的缠绕使水溶液的粘度增大。通过众多增稠剂的分析和应用试验, 确定选择HEC 和SN636 复配使用。同时, 我们还采用自制的聚电介质类助剂, 具有良好的分散、增稠和流动性, 且较为经济。
1. 3. 3 其它助剂
( 1) 成膜助剂
采用十二碳醇酯( 2, 2, 4- 三甲基- 1, 3- 戊二醇单异丁酯) 。
( 2) 防霉杀菌剂
各种纤维素及其衍生物都会成为微生物的营养源, 为防止霉变, 选用MB- 11 作为杀菌防腐剂。
( 3) 其它助剂
其它助剂包括流平剂、防冻剂、消泡剂等。
2 疏水纳米助剂的制备
将纳米粉体SiOx、CaCO3、ZnO( 粒径在20~ 50 nm) , 与有关功能材料( 紫外线吸收剂、催化剂、防霉剂、防水剂、表面活性剂) 等, 共同进行特殊处理, 即可制成相应的纳米疏水剂。纳米疏水剂的加入可赋予产品显著的疏水性和一定的自洁功能。
2. 1 制备方法
取一定量的水, 加入杀菌剂、表面处理剂、分散剂、消泡剂、稳定剂等助剂, 搅拌, 使水与助剂均匀混合, 边搅拌边加入纳米粉体材料, 加完后, 高速搅拌一定时间, 再砂磨一定时间, 而后进行特种分散, 出料, 即得纳米助剂, 成品纳米助剂呈白色浆体状。
2. 2 技术关键
2. 2. 1 分散剂适量合理
纳米级的超细微粉比表面积巨大, 表面能较高, 因此必须加入合适的分散剂, 以降低表面能, 减缓其团聚的趋势, 但分散剂的掺量应合理, 才能达到预期的效果。
2. 2. 2 筛选合适的表面处理剂
选择合适的表面处理剂不仅能在粉粒表面形成一层均匀的单分子薄膜, 对粒子间的各种缔合力起到减弱或屏蔽作用, 阻止粒子间的絮凝和团聚, 也能适当减少粉粒的表面能,同时不会与粉粒产生化学作用。
3 纳米材料改性外墙乳胶漆的配方设计
涂料的涂膜是以颜料和基料为主构成, 所以其结构和物性主要是由该2 种成分的种类和比例决定。在涂料配方设计中一般是通过测试不同颜料体积浓度( PVC) 下涂料的综合性能, 而最终确定涂料的配方。一般说来, 在达到临界PVC 之前, 涂膜物性随着颜料浓度的变化而连续变化, 但在临界PVC 以上, 则变成非连续性变化。在高PVC 下涂膜表面粗糙度增加, 导致表面积尘难以去除, 我们采用PVC 不大于35%的配比, 涂层表面致密光滑坚硬, 又由于纳米助剂的加入, 可赋予乳胶漆优良的疏水性和自洁功能。通过各组分选择的探索试验及主要组分的优化实验, 确定了该乳胶漆的基本配方
( 见表1) 。
4 生产工艺
4. 1 主要设备
主要生产设备包括: 高速搅拌罐1 台、砂磨机1 台、分散器1 套、循环泵1 台。
4. 2 工艺流程
纳米材料改性外墙乳胶漆的生产过程分3 步进行: 一是纳米粉体的预处理; 二是颜料浆的制备; 三是配制乳胶漆。其工艺流程如图1 所示。
5 产品性能
按上述配方和工艺生产纳米材料改性外墙乳胶漆, 经山东省建筑工程质量监督检测中心检测, 其性能优于GB/ T9755- 2001 规定的优等品要求, 并符合企业标准的要求( 表2) 。
6 结语
纳米材料在乳胶漆中的应用, 大致分为2 种形式: 一种是将纳米粉体加入分散剂以预分散, 在乳胶漆研磨阶段加入; 另一种是将纳米粉体加入分散剂、表面处理剂等进行特别分散制成乳液后, 在调漆时添加。我们经过反复试验, 发现后一种较为理想。疏水处理的纳米材料加入乳胶漆中, 赋予了涂膜表面较强的憎水性, 流水不被润湿, 从而提高了建筑物的防水性能和涂膜的耐久性, 同时还具有良好的装饰性。
