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低VOC納米改性抗菌內墻乳膠漆的研制,選用低溫成膜性好的具有異相構型的丙烯酸酯乳液為基料
2019年07月22日    閱讀量:350    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引 言

隨著生活水平的提高和健康意識的增強, 人們對居住環境的環保安全日益關注和重視, 對室內裝修材料的環保要求越來越嚴格。內墻涂料作為室內裝飾材料的重要組成部分之一, 其裝飾性、環保性及功能性已受到廣大居民的普遍關注。


傳統乳膠漆相對于溶劑型涂料來講, 盡管其VOC 含量較低, 但其畢竟仍含有一定量的有機溶劑, 且揮發慢, 在涂膜中滯留時間長; 此外, 傳統乳膠漆通常需加入一定量的有機殺菌防腐劑以抑制涂料在貯存及使用過程中因各種菌類滋生而發生的腐敗變質現象, 但這些有機殺菌劑毒性大, 對人體有害, 且其廣譜性和持效性并不理想中國建材網cnprofit.com


室內裝修及家具所用的材料如纖維板、夾板中含有的甲醛、以及家具漆中含有的甲苯等苯類有機揮發物,會污染室內空氣, 危害人們身體健康。


納米材料因其具有粒徑小、比表面積大、粒子微孔多以及吸附能力強等特性, 對提高涂料的懸浮穩定性及涂層與基材之間的結合力等方面有明顯作用, 可顯著提高涂膜的致密性、表面平整度和耐洗刷性; 利用納米材料的光催化特性, 可以催化降解一些有害的有機化合物, 抑制各種菌類的繁殖生長, 起到抗菌和殺菌的效果。


本文選用具有低溫成膜性好的核殼構型乳液, 并引入功能性的復合納米材料助劑, 制備了涂膜強度好, VOC 含量低, 防腐防霉抗菌效果好, 且能分解周圍環境中有害有機化合物的內墻乳膠漆, 用于室內墻面裝飾, 具有明顯的環保性。


1 實驗部分

1. 1 原 料

各類丙烯酸酯乳液, 去離子水, 顏填料, 分散劑,消泡劑, 增稠劑, 流平劑和各類納米材料等。


1. 2 基本配方

水: 18~ 24份; 潤濕分散劑: 0.4~ 1.0份; 復合納米材料: 0.1~ 0.3份; 納米硅基氧化物: 1.0~ 3.0份;二氧化鈦: 10~ 20份; 填料: 25~ 35份; 消泡劑: 0.1~0.2份; 丙烯酸酯乳液: 25~ 35份; 增稠劑: 0.3~ 0.4

份; 流平劑: 0.2~ 0.份。


1. 3 制備工藝

將水、分散劑、納米材料、二氧化鈦、填料、消泡劑攪拌均勻后, 經砂磨研磨至細度小于50 um后, 加入乳液, 攪拌均勻后再加入增稠劑和流平劑, 調整黏度后過濾出料。


1. 4 性能測試

1. 4. 1 常規性能測試

按GB /T9756- 2001內墻涂料標準及檢測方法測試, 其中涂膜擺桿硬度按GB /T1730- 93規定的方法進行測試; 最低成膜溫度按GB9267- 88規定的方法進行測試。


1. 4. 2 防霉防腐抗菌性能測試

防霉性能按GB /T1741- 79 ( 89)漆膜耐用霉性能測試方法進行測試; 防腐性能按ISO9252- 1989(合成膠乳微生物的檢驗)和D2574- 00乳膠漆防腐功效測試-微生物挑戰性試驗方法進行測試; 抗菌性

能按GB15979- 2002 <附錄C - 產品抑菌和殺菌性能與穩定性測試方法>, 中華人民共和國衛生部2002年<消毒技術規范- 抑菌試驗>中奎因試驗方法和日本食品分析中心制定的抗菌材料(制品)膜復蓋法進行測試。


1. 4. 3 分解有機物性能測試

分別在60 L的密閉玻璃箱中加入0.54 mg甲醛和甲苯(濃度均為9.0mg /m3 ) , 放入涂有受試涂料樣品的玻璃板(涂布厚度60 m2/kg, 樣板尺寸: 20 cm ?30 cm) , 置于日光燈下照射72 h, 然后測定甲醛和甲苯的濃度變化。


1. 4. 4 涂料VOC含量測試

涂料VOC 含量按照GB18582- 2001 室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量!附錄A 規定的方法進行測試。


2 結果與討論

2. 1 丙烯酸酯乳液品種的選擇試驗

本實驗分別選用中化建常州涂料化工研究院采用兩種工藝制備的丙烯酸酯乳液HE - I和HE - #及國外知名公司生產的用于制備低VOC 或零VOC涂料的丙烯酸酯乳液A、B、C, 在不加任何有機成膜

助劑及納米材料的情況下制備內墻涂料(顏料體積濃度PVC 為55% ) , 試驗結果見表1。

低VOC納米改性抗菌內墻乳膠漆的研制,選用低溫成膜性好的具有異相構型的丙烯酸酯乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com

由表1可知, 丙烯酸酯乳液HE - I和HE - #及乳液A 均具有優異的低溫成膜性, 由其制備的中PVC 的內墻涂料, 其涂膜具有良好的硬度和耐沾污性, 且涂料的凍融穩定性好, 因此可用于制備超低VOC或零VOC的內墻乳膠漆; 乳液B 盡管低溫成膜性好, 但可能是其Tg 稍低的緣故, 其涂膜的硬度稍低些, 且涂料的凍融穩定性差, 不適合用于制備低或零VOC的內墻乳膠漆; 乳液C 可能是其Tg 太高的緣故, 其成膜溫度稍高, 在配制乳膠涂料時還需加入一定量的成膜助劑, 才能使涂料滿足低溫條件下可施工的要求。由表1中各涂料的耐洗刷性試驗結果可以看出, 不同的乳液其對顏填料的承載力不同, 表現在涂膜的耐洗刷性存在較大的差異。


2. 2 納米SiO2用量對乳膠漆性能的影響

納米級材料加入涂料中, 可極大地減少涂料中顏料和成膜基料之間的自由體積, 大大提高填充比, 改進涂層的機械強度, 提高涂膜的耐洗刷性, 增加涂層表面的致密性和平整度, 從而改善涂層的耐污性。此外, 納米材料具有極大的比表面積和表面活性, 其加入涂料中, 與基料和溶劑或水形成強大的相互作用力, 可明顯改善涂料的流變性和懸浮穩定性。本實驗考察了納米S iO2的加量對乳膠漆(選用HE - I乳液)穩定性和涂膜性能的影響, 結果見表2。

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 從表2的試驗數據可以看出, 在涂料中加入適量的納米SiO2, 提高了涂料的貯存穩定性, 從而明顯改善了涂料的開罐效果, 同時, 涂膜的耐污性和耐洗刷性得到顯著的改善。從表中結果還可看出, 加入過量的納米SiO2, 涂層的機械強度將隨之下降, 這是因為納米材料過量后, 一方面提高了涂膜的顏料體積濃度( PVC ), 另一方面由于納米材料具有極大的比表面積和表面活性, 其過量后, 會使涂膜中的成膜基料富集于其表面而降低了成膜基料與顏填料間的粘結力, 從而降低涂膜的機械強度。


2. 3 納米抗菌材料的選擇試驗

近年來諸多研究表明, 一些納米材料如納米二氧化鈦和氧化鋅具有光催化特性, 利用其光催化特性,可將一些有害的有機物在紫外光照射下氧化降解為水、二氧化碳及相應的酸, 從而達到凈化空氣、減少對環境污染的效果。


銳鈦型納米T iO2具有非常高的氧化能力, 其禁帶寬度為3.2 eV, 相當于波長為387 nm 的紫外線的能量, 在光照尤其是紫外光照射下, 會產生電子- 空穴對, 自由電子- 空穴對可使氧活化, 易產生活性氧自由基, 活性氧具有極強的氧化能力, 可分解許多有機物, 并對細菌有毒化作用。納米ZnO光催化殺菌機理與T iO2相似, 但其鋅離子本身具有較好的殺菌作用, 由于細菌都是帶負電荷的, 而鋅離子是正電荷, 當細菌一旦接觸到ZnO 所形成的網絡的任一部位, 就會有正電荷進入細菌內部, 破壞細菌體內蛋白質的合成。因此即使在無光照射的環境中, 也能抑制細菌的生長和殺死細菌。


本實驗選用HE- I乳液, 比較了常用的異噻唑啉酮類有機殺菌劑和幾種不同的無機納米抗菌劑的抗菌效果, 其中2#采用國外A 公司生產的納米T iO2 (銳鈦礦/金紅石= 80/20), 3#為國內B 公司生產的銳鈦型納米TiO2, 4#采用江蘇常泰納米材料有限公司生產的復合納米抗菌劑-"常泰"四合一寶, 試驗結果見表3。

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從表3可知, 4種涂料制成的樣板于室外放置半年后, 其抗菌防霉效果暫時無明顯差別, 但涂料貯存3個月后, 1#和4#正常, 2#和3# 已霉變發臭。這是因為納米T iO2 (銳鈦型)在無光照條件下, 產生活性氧的能力顯著降低, 達不到良好的抗菌功效, 而"常泰"復合納米抗菌劑系主要由無機納米T iO2和納米ZnO組成, 即使在無光照的條件下, 由于納米ZnO 的作用, 也具有良好的防腐抗菌效果, 因此可替代有機抗菌防腐劑, 用于乳膠漆中。



2. 4 復合納米抗菌材料用量對乳膠漆抗菌性能的影響

 本試驗考察了"常泰"復合納米材料抗菌劑用量對內墻乳膠漆防霉防腐抗菌性能的影響, 結果如表4所示。從表4中數據可以看出, 在涂料中加入0.3% ~0.5% (質量分數)復合納米抗菌材料, 涂料的防霉防腐抗菌功效等相當于有機殺菌防霉劑, 涂料的成本卻增加不多, 不但能取代對人體有害的有機防腐抗菌劑, 而且還具有長效性。

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2. 5 復合納米抗菌材料用量對分解室內空氣中有機物的影響

 本實驗還考察了?常泰(復合納米抗菌劑用量對催化分解空氣中的有機物效果的影響, 結果見表5。

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從表5可知, 在內墻乳膠涂料中添加0.5% 的" 常泰"復合納米抗菌材料, 可有效分解周圍存在甲醛、甲苯等有機化合物, 起到凈化空氣的效果。由于納米光催化材料具有較高的光化學活性, 使用不當, 會破壞涂膜, 使涂膜過早地氧化降解和粉化,本試驗中采用的常泰公司的復合納米抗菌劑系采用特殊方式將特定的納米材料有效分散并復合而成, 不但使用方便, 且高效, 用量小, 其對涂膜的破壞性很小, 加入0.5%的"常泰"復合納米抗菌劑的涂膜放置于戶外, 在自然光條件下, 6個月后仍完好無損, 沒有出現粉化現象。


2. 6 納米改性內墻涂料與常規內墻乳膠漆的性能比較

 將納米改性抗菌內墻乳膠漆與市售的常規內墻乳膠漆進行了性能比較, 結果見表6。

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從表6數據可以看出, 與常規內墻乳膠漆相比,本實驗制備的納米改性內墻乳膠漆, 具有更好的開罐效果, 優異的耐沾污性和耐洗刷性和抗菌性, 能有效催化分解周圍空氣中的有害有機化合物。


由于本實驗制備的納米改性乳膠漆的成膜基料選用核殼異相構型的丙烯酸酯乳液, 其具有較低的成膜溫度( 0~5 oc )和較高的玻璃化轉變溫度( 14 ~ 15oc )因此涂料具有良好的成膜性能, 不用或極大地降低了成膜助劑的用量, 因而涂料的VOC含量顯著減少, 適應了日益嚴格的環保法規的要求, 是一種健康型功能性的內墻乳膠漆。


3 結 論

在普通內墻乳膠漆中加入1% ~ 2% 的納米S iO2和0.3% ~ 0.5% 復合納米抗菌材料, 可有效改善涂料的貯存穩定性和開罐效果, 大幅度提高涂膜的耐沾污性和耐洗刷性; 不用添加任何有機抗菌劑, 而具有極佳的防霉、防腐和抗菌性能, 且能催化分解空氣中諸如醛和甲苯等有害化合物; 使用異相構型的核殼結構丙烯酸乳液作為成膜物質, 極大地降低了VOC含量, 是真正有益于人們身心健康的環保型高級內墻乳膠漆, 具有廣闊的市場前景。


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