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增強外墻乳膠漆早期抗水性的試驗研究,外墻乳膠漆的抗水性好壞直接影響漆膜的耐久性能,通過研究乳膠漆中各組分性能對外墻乳膠漆涂膜早期抗水性和抗起泡性的影響規律
2019年06月18日    閱讀量:411    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

建筑外墻乳膠漆在施工早期遇到下雨天氣,極易出現起泡或脫皮現象,進而影響涂膜的附著力,導致涂膜光澤、顏色不均勻,涂膜的耐久性變差,因此,改善乳膠漆抗水性及其涂模抗起泡性,進而提高涂膜耐候性,是外墻乳膠漆配方設計主要考慮的技術指標之一。乳膠漆涂膜中的聚合物高分子大多具有遇水膨脹的性質,而其中的顏料多為吸水性極強的多孔隙無機物。成模后當遇到雨水浸泡時,水分不可避免地會透過涂膜進入并聚集在涂膜和基材之間,大大降低涂膜和基材之間的附著力中國建材網cnprofit.com。當水蒸氣透出涂膜時,若涂膜透氣性差,則產生的壓力會將涂膜從基材向外頂起,使涂膜起泡。因此,影響涂膜起泡的因素除了乳膠漆抗水性外,還包括其涂膜的透氣性及其與基材之間的附著力等。改善涂膜的抗起泡性可以通過提高乳膠漆的抗水性,減少涂膜的水分透過和在界面間的聚集來實現。乳膠漆抗水性的強弱取決于配方中的乳液、顏填料、以及各類助劑的種類和用量。本文對乳膠漆各配方組分性能對涂膜抗水性和抗起泡性的影響規律進行了研究。本研究采用的實驗方法在盡可能與實際情況保持一致的前提下,為了提高實驗的可重復性,對實驗條件進行了適當的簡化,嘗試建立一種簡便可行的測試方法,對涂膜抗水性和抗起泡性的變化規律進行研究,進而為設計抗水性和抗起泡性良好的外墻乳膠漆配方提供依據。


1.實驗部分

1.1 試驗用原料

選用國內市場常見的純丙乳液、苯丙乳液、鈦白粉、分散劑、消泡劑、聚氨酯締合型增稠劑、成膜助劑、潤濕劑等。


1.2  乳膠漆實驗配方及制備方法

1.21實驗配方

乳膠漆的顏料體積濃度(PVC)是影響涂膜透氣性、吸水性的重要因素,選擇較低PVC 的配方(見表1)進行實驗,此時,涂膜的透氣性降低,如果涂膜的抗水性較差,更容易起泡,因而能夠最大限度地反映涂膜耐水性對抗起泡性的影響,實驗結果的可重現性較好。

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1.2.2制備方法

按照配方順序依次加入水、助劑、顏料,高速分散至細度合格,加入乳液、成膜助劑、聚氨酯締合型增稠劑等,用PH 調節劑調節PH值至8.5。


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點滴法,用去離子水,1~3h后,評價漆膜起泡程度。

實驗中發現,乳膠漆涂覆在不同的基材上制備的涂膜,對其抗起泡性影響較大,在金屬板上,由于涂膜的附著力較強,抗水性對抗起泡性能影響的實驗結果重現性較差。本實驗采用上述方法可以較好地確保涂膜吸水后(抗水性差)對涂膜起泡性產生最大影響。

(2)評價方法:參考ASTM D458522011,根據起泡的尺寸和頻率來評價起泡的嚴重程度。

發泡尺寸:根據氣泡大小從10 到0 的數字標度,將評價標準劃分為4 個等級,其中數字10 表示沒有發泡,8代表裸眼可看到最小尺寸的氣泡,6、4、2 分別代表尺寸進一步增大的氣泡。

發泡頻率:在氣泡大小固定的各個階段,將發泡頻率劃分為4 個等級,表示如下:稠密為D,中等稠密為MD,中等為M,幾乎沒有為F。

 

2 結果與討論

2.1 乳液的影響

外墻乳膠漆一般采用耐候性能好的丙烯酸乳液,乳液單體的種類和用量在一定意義上決定了乳液及乳膠漆膜的物理、化學及機械性能。研究聚合物組成對聚合物的吸水率和水蒸氣滲透性的影響可以發現,一般非極性單體組成的聚合物的吸水率和水蒸氣滲透率小于由極性單體組成的聚合物。在選擇乳化劑的種類和用量時,外墻用乳液通常采用陰離子表面活性劑,用量較低,意在提高漆膜的附著力,降低漆膜的水敏感性,但同時導致乳液的鈣離子穩定性和抗凍融穩定性下降,對顏料的潤濕展色性能較差,同時與疏水性較強的分散劑、增稠劑相互吸附作用強烈,涂料的貯存穩定性降低,易出現凝膠現象。

為提高乳液的抗水性和耐沾污性,乳液生產商采用一系列先進的乳液合成技術開發新的品種,如無皂聚合、核殼聚合等。無皂聚合乳液由于極少加入或不加表面活性劑,顯著降低了乳液的水敏感性,從而可提高涂膜的抗水性。表2 為試驗用乳液的性能測試結果。不同乳液按表1配方制備的乳膠漆性能見表3。

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從表2、表3 可以看出,乳液的抗水性是影響涂膜抗水性的最重要因素,乳化劑用量、乳膠膜的吸水率都會對涂膜的抗起泡性產生影響。無皂聚合乳液(乳液A)表現出較強的抗水性能,乳膠漆也表現出良好的抗起泡性和附著力。其它4種乳液的乳化劑用量可以從鈣離子穩定性的測試結果推測,鈣離子穩定性較低的乳液中表面活性劑用量較低,漆膜的水敏感性較低,抗起泡性較好。當然,乳液單體種類也會影響乳液涂膜吸水性的強弱。

為了進一步證實表面活性劑(潤濕劑)對涂膜抗水性的影響,在上述無皂聚合乳膠漆中添加一定量的表面活性劑(Hydropalat 436 和Hydropalat 875),測試涂膜抗起泡性的變化情況,實驗結果見表4。 潤濕劑對涂膜性能的影響

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從表4 可以看出,表面活性劑的加入會提高漆膜的水敏感性,其中陰離子表面活性劑Hydropalat 875 的水敏感性比非離子表面活性劑Hydropalat 436 的要低。

2.2 分散劑種類和用量的影響

分散劑是乳膠漆生產中最關鍵的助劑,通常情況下,供應商不會提供具體的分散劑組成,配方工程師需要進行大量的配方實踐才能辨別各種分散劑的性能差異。

2.2.1 種類

乳膠漆中顏填料用水性分散劑分為2 類:一類是聚丙烯酸鹽類,可通過稀溶液中的自由基聚合方法合成,中和成氨鹽、鈉鹽或鉀鹽,國內外多家供應商生產這類產品。其主要優點是分散效率高,潤濕快、用量少、顏料漿黏度下降快,主要靠雙電層穩定顏料,涂料黏度穩定性好,可以制備高含量的無機顏填料分散漿,同時提供乳膠漆良好的貯存穩定性和流動性,受其它因素影響小。其中鈉鹽分散劑的光澤較低;氨鹽由于氨成分的揮發,光澤度高于鈉鹽,漆膜的抗水性也比鈉鹽提高。這類分散劑的最大缺點是由于分子中大量的羧基,具有較強的水敏感性,殘留在乳膠漆中,降低了內墻乳膠漆的耐擦洗性能和外墻乳膠漆涂膜的抗水性。另一類是丙烯酸1馬來酸酐共聚物類疏水型分散劑,這類分散劑中和成鹽類時,為了降低VOC可能會是鈉鹽,為了進一步提高光澤也可能中和為氨鹽。適量的分散劑殘留在乳膠漆中不會對涂膜的水敏感性產生明顯影響,還可以提供涂膜良好的抗水性能,同時提高光澤度和著色力。其缺點是乳膠漆的流變性能和貯存穩定性變差,隨著分散劑疏水性增強或分子量增大,甚至出現膠化現象。有專利報道,采用三元共聚,如(甲基)丙烯酸-(甲基、乙基)苯乙烯-(甲基)丙烯酸丁酯,可以同時提高乳膠漆的耐水和貯存穩定。

2.2.2 用量

分散劑用量的確定可以采用測定顏填料分散黏度曲線的方法進行。圖1 為不同分散劑分散金紅石鈦白粉(R-706)的黏度曲線。圖中(H-5040)是聚丙烯酸鈉鹽分散劑,(H-100)是丙烯酸-馬來酸酐共聚物疏水型分散劑。

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不同分散劑分散鈦白粉R-706的黏度曲線

從圖1 可以看出,聚丙烯酸鈉鹽分散劑對金紅石鈦白粉潤濕快,降黏好,但是當分散劑用量大于分散漿最低黏度分散劑用量時,分散漿的黏度開始隨著用量增加顯著增大;而疏水型分散劑的分散黏度曲線比較平坦。分散劑最佳用量見表5。

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鈦白粉R-706在水中分散的分散劑最佳用量

根據分散劑最佳用量確定乳膠漆配方中分散劑的實際添加量。分散劑H-100 及H-5040 用量對用乳液: 制備的乳膠漆的性能的影響見表6。

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分散劑種類和用量對乳膠漆性能的影響

從表6 可以看出:(1)疏水型分散劑H-100 用量大于最佳用量時,并沒有提高涂膜的光澤、改善乳膠漆的穩定性和涂膜早期抗起泡性,相反,分散劑用量過大,光澤度明顯下降,涂模抗起泡性也略有下降。(2)聚丙烯酸鹽類分散劑H-5040,用量過大嚴重影響乳膠漆以及涂膜的各項性能,例如,在顏填料分散階段,分散劑用量過大會使分散漿黏度升高,觸變性增大,涂膜水敏感性增加,抗水性、濕附著力下降。當分散劑H-5040 用量減至0.14%時,涂膜的水敏感性明顯降低。(3)對于分散劑H-5040 用量為0.14%的實驗配方,由于分散劑用量甚低,可看作乳膠漆的性能接近不加分散劑的乳膠漆性能。比較表6中的實驗數據可以看出,由于使用了疏水型分散劑H-100,提高了乳膠漆的抗水性,起到可改善涂膜早期抗起泡性的作用;而H-5040 作用相反,提高了涂膜的水敏感性。

2.3 顏料種類的影響

采用2種不同牌號的進口鈦白粉進行顏料種類對乳膠漆抗水性影響的對比實驗。2種鈦白粉的表面物理性能為:R-706 的表面采用AL2O3/SiO2/ 有機物處理,吸油量為13g/100g;RCL-575 的表面采用AL2O3/SiO2/ 有機物處理,吸油量為17g/100g。圖2 為2種不同鈦白粉分散漿的黏度曲線。

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2種不同鈦白粉分散漿的黏度曲線

由圖2 可以看出,由于鈦白粉R-706 的表面有機物包覆處理量較大,吸油量低,在水中的潤濕好、分散快,需分散劑的量少,親水性比R-575 要大。以乳液A 為基料,分別采用這2 種鈦白粉按表1 配方制備乳膠漆樣品,其性能對比見表7。從表7 中可以看出,2 種鈦白粉配制的乳膠漆其涂膜的耐水性差別不大。

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用不同鈦白粉制備的乳膠漆的性能對比

3結語

外墻乳膠漆施工早期突遇雨水時,極易出現涂膜起泡、附著力下降的情況,嚴重時涂膜會脫落。因此在外墻乳膠漆配方設計時,就要優選原材料,提高乳膠漆的抗水性,降低涂膜起泡的傾向,可從以下方面考慮:由于單體種類、配比,所用乳化劑的種類及用量的差異,聚合物乳液的抗水性差異較大,采用抗水性好的乳液,如無皂乳液可以顯著提高乳膠漆涂膜的抗水性及抗起泡性。選擇疏水型顏料分散劑,通過分散劑的疏水作用,加強涂膜的早期抗水性,提高涂膜的濕附著力;分散劑最佳用量應針對不同配方通過實驗確定,分散劑用量不當會影響乳膠漆的各項性能。為了最大限度地反映乳膠漆涂膜抗水性對涂膜抗起泡性的影響,可采用本研究中的實驗方法在實驗室進行抗水型乳膠漆配方優化設計。


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