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建筑防塵涂料的研制 利用國外最新發展起來的自動分層涂料制備技術 研制了具有良好的抗回粘、耐污染性、耐候性及保光保色等性能,成本又較低的建筑裝飾涂料
2019年07月24日    閱讀量:275    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1  概 述

丙烯酸涂料具有良好的抗老化性、保光性和保色性,在建筑物、戶外構造物等方面得到了廣泛的應用。但丙烯酸樹脂的顯著缺點是易回粘,從而導致了該涂料易粘塵、耐污染性差,影響了裝飾效果和使用價值。為提高丙烯酸涂料的耐沾污性,在現有數種方法中,有機硅改性丙烯酸涂料的研究最為活躍中國建材網cnprofit.com


但當有機硅樹脂用量少時,不足以有效的降低回粘性、提高耐沾污性;用量大時,雖能有效的提高涂膜的耐沾污性,但生產成本大大增加。為了克服這一矛盾,我們采用了國外七八十年代以來逐漸發展起來的涂料自動分層原理,成功地研制出了既具有良好耐沾污性和耐候性,又具有較低成本而性能優異的丙烯酸—有機硅涂料,并賦于其獨特的裝飾效果。


自動分層涂料的概念是1976 年由W. Funke(1) 首先提出的,并吸引了眾多專家的興趣。尤其值得注意的是英國Paint Research Association 領導的并由歐盟成員國資助參加的BRITE/ EURAM 計劃(2) 。現在自動分層涂料制造技術已應用于粉末涂料、水性涂料和溶劑型涂料。


它的顯著優點有: (1) 一次操作即可形成滿足實際使用的2 層涂料(3) (如具有防腐功能和裝飾功能) ; (2) 2 層之間有良好的附著力,克服了由于涂料層間附著力不良而引發的問題。充分使丙烯酸涂料和有機硅涂料各自的特性結合起來,從而研制成功具有極低表面能的防塵涂料。該涂料不僅可以用于建筑物外墻的裝修,也可以用于戶外各類建造物的裝飾和維護。


2  實驗部分

2. 1  原材料

有機硅樹脂 可室溫固化的二甲基有機硅樹脂,簡稱RTV ,晨光化工研究院產;

丙烯酸樹脂 溶液聚合制得;

有機硅丙烯酸接枝共聚物(簡稱G- g - B)  自制;

顏填料、溶劑等。


2. 2  涂膜性能測試儀器

彩色色差計CR - 300 (日本minolta 公司) ;人工老化試驗機QUV(美國Q - panel LAB products) 。


2. 3  涂料生產工藝流程(見圖1)

建筑防塵涂料的研制 利用國外最新發展起來的自動分層涂料制備技術 研制了具有良好的抗回粘、耐污染性、耐候性及保光保色等性能,成本又較低的建筑裝飾涂料 中國建材網,cnprofit.com

2. 4  產品的主要技術指標

光澤      > 90

附著力     2 級

耐沾污性(白色)  5 個循環,反射系數下降率小于3 %

耐候性     人工老化500 h 粉化,2 級


3  結果與討論

3. 1  實現涂料分層的原理

2 種互不相溶樹脂所組成(見圖2) 的涂料體系,分層的基本條件如下式:

γs1 - γs2 ≥γ12 (1)  

γ2 - γs2 - γ1 +γs1 > 0 (2)  

γs - γs2 - γ12 - γ1 > 0 (3)  

式中 γ1 、γ2 、γs - 組分1 、組分2 及基底的表面張力;

 γs1 、γs2 - 組分1 、組分2 與基底之間的界面張力;

 γ12 - 組分1 與組分2 之間的界面張力。

建筑防塵涂料的研制 利用國外最新發展起來的自動分層涂料制備技術 研制了具有良好的抗回粘、耐污染性、耐候性及保光保色等性能,成本又較低的建筑裝飾涂料 中國建材網,cnprofit.com

顯而易見,預測涂料的分層,需要知道2 種分層相的表面張力、它們之間的界面張力以及與基材的界面張力。一般而言,丙烯酸樹脂具有較高的表面張力,與混凝土等具有較高的親合力;而有機硅樹脂表面張力小,一般與混凝土的親合力較小[ 含有較高極性基團的- Si (OR) n 結構的除外] 。

我們選擇了表面能低的二甲基有機硅樹脂,因此可以預見,分層后形成的涂膜具有如圖3 所示的結構,從圖3 可以看出,有機硅樹脂遷移到表面以提供低表面能、不粘塵、抗老化性能好的表面涂膜。

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3. 2  G- g - B 的摻入

一般來說,有機硅樹脂與丙烯酸樹脂互溶性差,即使使用如V. V. Verkholantsev(4) 等提出的強共溶劑,一般也較難以形成穩定的體系;另一方面,有些極性較強的有機硅,可以形成較穩定的體系,但在形成涂膜時不能充分的分層。為解決這一對矛盾,我們合成的有機硅丙烯酸接枝共聚物( G- g- B) ,加入它使有機硅樹脂分散在丙烯酸樹脂溶液中,形成穩定的油/ 油“乳液”,在形成涂膜時,有機硅遷移至表面形成有機硅涂膜。表1 為G- g - B 加入量對涂膜性能的影響。

表1  G- g - B 摻入量對涂膜性能的影響

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 由表1 可見,當G- g - B 用量超過1. 7 % ,涂膜性能嚴重下降,基本無機械性能,涂膜嚴重發霧。所形成的涂膜為多相體系,但與一般高分子多相體系相比性能優于2 種樹脂單獨使用的性能,此現象可歸因于G- g - B 的特殊結構。據我們的合成機理推測,它具有“非”字型結構(見圖4) 。如果用量少,且與有機硅樹脂配合適當,能夠形成建筑防塵的涂膜。對于丙烯酸樹脂涂膜的性能影響很小。


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3. 3  有機硅樹脂的選擇和對性能的影響

有機硅樹脂具有極低的表面能,可有效的提高涂膜的回粘性、抗粘污能力,但其必須充分的遷移至涂膜表層,才能顯示出它應有的特性。


因此,有機硅樹脂必須具備下列條件:

(1) 與丙烯酸樹脂不互溶,即苯基、羥基、氰基等極性基團含量少; (2) 粘度小,這樣在遷移到表面時能隨著溶劑的揮發,有機硅樹脂能夠充分展開,才能形成連續的涂膜。為此,研究常溫硫化硅橡膠RTV 并配合以室溫交聯催干劑形成乳液的情況,其性能見表2 。

表2  RTV 和G- g - B 用量對涂料性能的影響

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 由表2 可見,在G- g - B 用量多而RTV 用量少時,涂料的穩定性好,但在形成涂膜時兩相分層不夠充分,涂膜性能差;反之當RTV 用量多而G- g - B 用量少時,雖然形成良好的涂膜,但貯存穩定性差,實際上不能用于涂料的制備。


所以充分考慮到涂料的成本,RTV 有機硅樹脂用量在4 %~12 %為宜,G- g - B 則在0. 1 %~0. 3 %范圍內最為適宜。使涂料在貯存時具有良好的穩定性,而在涂膜形成時兩相能夠發生充分的分層,達到預期的目的。


3. 4  溶劑的選擇和應用

在分層涂料中,溶劑對油/ 油“乳液”的穩定性起著至關重要的作用,同時在涂膜的形成過程中,使分散相有足夠小的粘度,為油/ 油“乳液”的自動分層提供充足的時間,形成兩層單相涂膜。


溶劑的選擇原則是: (1) 在涂料貯存期間,應能保證足夠的穩定性; (2) 隨著低沸點溶劑的揮發,應使“乳液”體系中2種互不相溶兩相產生足夠的界面張力梯度,促使兩相分層;(3) 在涂膜形成過程中,應有較低的粘度,保證兩相有充分的分層速度。表3 為溶劑對涂膜性能的影響。

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由表3 可見,在本文的研究體系中,200 # 汽油的用量達到30 %左右時,才能形成分層涂膜;二甲苯只有在低溫時能夠形成所要求的涂膜;而在僅有甲苯和丁醇時,難以形成兩相分層的涂膜。究其原因,200 # 汽油具有較高的沸點,隨著丁醇的揮發,丙烯酸樹脂對于有機硅樹脂的斥力增加,而200 # 汽油則保證RTV 具有較低的粘度,保證了它的分層遷移速度。


3. 5  涂料的配制

在涂料配制過程中,應制成丙烯酸和有機硅樹脂的油/油“乳液”和丙烯酸樹脂的顏料漿,待顏填料漿稀釋到合格的粘度后,再加入油/ 油“乳液”,才能制成合適的涂料。如直接用油/ 油“乳液”制顏料漿,必然造成破乳,不能制備所需的涂料。


4  結 論

(1) 利用自動分層涂料技術可以使涂料具有其它方法不能達到的性能,在本涂料中則以低廉的成本制備了性能良好的有機硅—丙烯酸雙膜涂料。

(2) 有機硅丙烯酸接枝共聚物的合成與應用是技術的關鍵,對于涂料的穩定性和涂膜形成時2 種互不相溶樹脂形成理想的分層涂膜起著至關重要的作用。

(3) 自動分層涂料的制備具有較大的技術難度,涉及到大量的基本數據,如界面張力強度梯度,隨溶劑的組成而變化,很難檢測到具體的數據,而根據最終形成的涂膜性能來確定配方,即簡單又有效、可靠。


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