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低成本有機-無機復合型內墻涂料的研制 得到水稀釋性能穩定、流平性好和涂膜手感光滑的新型內墻涂料
2019年07月25日    閱讀量:420    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

l 引言

近年來,我國內墻涂料的主導產品為合成樹脂乳液類涂料。整體上說,比之過去使用的聚乙烯醇類涂料,產品檔次得到提高,并改善了環境。但是,在所使用的合成樹脂乳液類內墻涂料中,仍然是低端產品居多中國建材網cnprofit.com。粗略估計,其所占比例不低于60% 。


在這類涂料中,合成樹脂乳液在涂料中的用量一般為13%左右,有的甚至低于10% ;鈦白粉、立德粉等顏料的用量也都很低(前者通常為1% ~4% ,后者通常為3%8%),而代之以使用大量的填料。涂料的顏料體積濃度一般遠遠高于其臨界顏料體積濃度,故通常稱之為高顏料體積濃度乳膠漆。由于這類涂料采用合成樹脂乳液涂料原理設計配方并進行配制,因而合成樹脂乳液涂料所使用的各種助劑必不可少。


這樣一來,助劑在涂料中的成本占據很大比例,因而顯著增加了涂料的成本。且不論配方設計的合理性,僅從消費者來說,使用這樣的涂料是不經濟的。因為較高比例的費用花在助劑上,涂膜的某些物理力學性能并不好,亦即涂料的質量并不高。例如,筆者就曾遇到過消費者投訴某名牌乳膠漆涂膜耐干擦性差,用手干擦掉粉。筆者實際檢測證實了這點。這類情況實際存在。該項性能指標是使用中的重要指標。雖然該涂料達到了國家標準,但涂膜性能并不好。


另一方面,在丙烯酸酯乳液類建筑涂料中,當乳液的用量為9% 一13% ,特別是低于10% ,但涂料配方設計合理時,其性能完全能夠滿足國家標準GB/T9756-2001的要求。


但是,按照我國目前建筑涂料施工的習慣,涂料在施工前需要加入適量的水稀釋后涂裝。在這種情況下,涂料對稀釋時加水的數量已經非常敏感,如果所加的稀釋水稍微過量(這是很可能出現的情況),就有可能導致涂膜干擦脫粉。不管是什么種類的涂料,如果連耐干擦性能都不能滿足使用要求,則不能算是好涂料。因而,筆者認為,無論是從涂料配方設計原理的合理性,還是從實際使用情況來說,目前低成本的乳膠漆都還存在著一些問題。


鑒于這種情況,筆者試圖研制一種技術性能符合國家標準GB/T 9756-2001和GB 1 8582-2001的產品,成本比低檔乳膠漆稍低或相當,但助劑的成本在涂料中的比例能夠顯著降低、涂料具有好的開罐效果、流平性和手感好的新型內墻涂料。經過初步試驗研究,認為采用有機一無機復合型涂料的技術路線較好。同時.有機一無機涂料比有機涂料有更多的技術、資源和環境優勢,也是涂料發展的方向11】。


研究結果證明這種思路雖然可行,但無機基料只能適量使用,否則得不到好的結果。因而,本研究結果仍是一種以合成樹脂乳液為主要基料的內墻涂料。這種新型涂料成本比一般乳膠漆稍低,但性能更為穩定,涂膜手感非常平滑,開罐效果和流平性好。


2 原材料

2.1 成膜物

2.1.1 苯丙乳液

試驗使用的苯丙乳液取自合肥某涂料廠,為其生產內墻乳膠漆通常使用的乳液。經檢測,其固體含量為47.4% ;pH為8,從氣味上感覺其游離單體含量較高。


2.1.2 硅溶膠

硅溶膠是無機建筑涂料常用的基料,使用JNF一25型,二氧化硅含量為24.0% 一25.0% ,pH為9.0-10.0;平均粒徑為10—20 nm。江陰市助劑廠生產。


2.2 顏料和填料

使用銳鈦型鈦白粉、立德粉、輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、水洗高嶺土(細度24 m ,白度85%)和滑石粉等顏填料。這些材料合理配合,能夠使涂料有較好的遮蓋力。


2.3 助劑

2.3.1 聚乙烯醇

使用聚乙烯醇作為增稠劑。比常用的纖維素類增稠劑(羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素)的增稠效果稍差,但流平性好,對顏料、填料和涂裝的底材等有一定的黏結力。


2.3.2 膨潤土

膨潤土是常用的無機增稠劑,但近年來因有機增稠劑的使用,在乳膠漆中使用較少。膨潤土的特性是增稠效果和懸浮性顯著,能夠使涂料產生觸變性,使用量大時影響涂料的流平性,但不會降低涂膜的耐水性,干燥后留在涂膜中能夠起到填料的作用,其用量應適當。


2.3.3 羥乙基纖維素

實踐證實,使用適量的羥乙基纖維素,能夠得到顯著的增稠效果,并使涂料在涂裝時手感滑爽,即能夠賦予涂料好的施工性能。


2.3.4 其他助劑

進行配方設計時,常用的有濕潤分散劑、消泡劑、成膜助劑、防霉、殺菌劑等。本文涉及的配方使用羅門哈斯公司(ROHM &HRRS)等進口的涂料助劑。


3 涂料制備

3.1 涂料配方

低成本有機一無機復合型內墻涂料的配方見表1。

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3.2 涂料制備程序

3.2.1 準備工作

(1)j安常規方法溶解聚乙烯醇,制得聚乙烯醇增稠溶液;

(2)按常規方法溶解羥乙基纖維素,制得羥乙基纖維素增稠溶液;

(3 I安常規方法對膨潤土進行鈉化處理,制得呈凝膠狀的膨潤土漿。


3.2.2 涂料制備

(1)料漿制備

按配方量在小砂磨機的分散筒中投入水、防霉劑、殺菌劑、濕潤分散劑、成膜助劑、凍融穩定劑、聚乙烯醇溶液、膨潤土漿和部分消泡劑等攪拌均勻。然后,再投入鈦白粉、立德粉、輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、水洗高嶺土和滑石粉等預分散均勻,得到混合料漿。再研磨至細度小于50 m。

(2 基料與料漿的混合

將磨細料漿的pH調整至約9,加入硅溶膠攪拌均勻,得到料漿混合料,再加入苯丙乳液攪拌均勻。

(3)涂料黏度調配

用2.5% 羥乙基纖維素溶液調整涂料的黏度至規定范圍,再加入適量的消泡劑慢速攪拌消泡,最后制得成品涂料。


3.3 涂料技術性能

按國家標準GB/T 9756-2001對涂料進行性能檢測,結果見表2。

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注:①涂料容器中狀態觀感好,放置28 d后無分層現象,雖有明顯的觸變性,當稍加攪拌或振晃觸變性即消失;②涂膜平整、光滑,手感非常好:③ 指用30%水稀釋后的涂膜。


4 試驗結果與討論

4.1 無苯丙乳液時涂料的耐洗刷性

為了考察以聚乙烯醇水溶液作為增稠劑時,無苯丙乳液而僅使用硅溶膠情況下涂料的耐洗刷性,配制了一組涂料,并按照GB/T 9266和GB/T 9756規定的方法對涂膜進行了洗刷試驗,結果見表3所列。

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從表3可知,不加苯丙乳液而僅使用硅溶膠作為成膜物質配制無機涂料時,涂料的耐洗刷性很差。當硅溶膠的用量為15%時,涂膜的耐洗刷性僅達到42次。這時,硅溶膠的成本在涂料中已經占較大比例,再繼續增大硅溶膠的用量進行試驗的意義已經不大。


上述情況下的涂料實際上就是聚乙烯醇一硅溶膠復合涂料。筆者以前曾對這類涂料進行過研究 ,所得到的結果和本研究的結果完全不同,以前研究時所得到涂料的耐洗刷性很好,而本次的結果恰恰相反。


經分析認為,可能是兩次研究中聚乙烯醇使用的形式和數量的不同:前者是以聚乙烯醇縮甲醛的形式使用的,且用量較高;而本研究聚乙烯醇是以水溶液的形式使用的,且鑒于成本考慮數量受到限制。為此,將涂料中聚乙烯醇的用量增大,但仍以聚乙烯醇水溶液的形式使用,涂料的耐洗刷性結果見表4。

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從表4可知,當將聚乙烯醇的用量提高時,隨著硅溶膠用量的增大,涂料的耐洗刷性有所提高,但提高幅度有限,仍然滿足不了涂料200次耐洗刷的要求。這說明涂料中僅以聚乙烯醇作為增稠劑而不使用苯丙乳液,所制得的涂料并沒有很好的技術經濟性。即這一技術路線是不可行的。


4.2 苯丙乳液用量對涂料耐洗刷性的影響

將固定量的硅溶膠(4% )和不同量的苯丙乳液加入料漿中制得的一組涂料樣品,其耐洗刷性見表5。同時,作為對比,試驗了2個不加硅溶膠涂料樣品的耐洗刷性。

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表5的結果說明,在硅溶膠存在的情況下,相同用量的苯丙乳液能夠使涂膜的耐洗刷性顯著提高,并在達到9% ~1 l% 的情況下涂料能夠滿足GB/T 9756—2001標準中合格品的要求。而在同樣的顏料、填料組成的情況下,加入適量的硅溶膠能夠提高涂料的耐洗刷性。根據筆者的經驗,除了苯丙乳液(或其他成膜物質)影響涂料的耐洗刷性外,涂料中填料的組成與比例對耐洗刷性的影響也很大,其中尤以輕質碳酸鈣為甚。


4.3 顏料和填料的配合對涂料對比率的影響

顏料(鈦白粉和立德粉)的用量增大,涂料的對比率提高,但由于涂料成本的約束這種方法是不可行的。通過適當調整填料的比例能夠使涂料的對比率提高,而涂料的成本不會有明顯變化,是比較可行的方法。試驗證明,當適當提高涂料中輕質碳酸鈣的用量時,涂料的對比率會明顯提高。


例如,研制的涂料當僅以重質碳酸鈣和滑石粉作為填料時,涂料的對比率僅能夠達到0.856;而當用輕質碳酸鈣取代一半的重質碳酸鈣時,對比率能夠提高到0.902;取代量為2/3時,對比率能夠提高到0.915(均未考慮涂料黏度提高的因素)。從原理上說,重質碳酸鈣的顆粒為圓球形,用量大時因在涂料成膜過程中產生緊密堆積而形成“致密”的涂膜13 ,涂膜中的孔隙減小對光產生折射的界面減少,因而涂膜的對比率低。


而輕質碳酸鈣的顆粒為“紡錘形結晶”、“針狀結晶”或“鏈狀結晶”等H ,在涂料成膜過程 p只能“松散堆積”,涂膜中的孔隙增多,對光產生折射的界面顯著增多.因而涂膜的對比率提高 可見,通過試驗調整涂料中不同填料間的比例,能夠在較低成本下使涂料的對比率滿足要求


4.4 涂膜手感的影響因素

涂膜手感作為涂料商品來說是重要的指標 近年來已經引起涂籽生產廠家的注意和重視在涂料配制過程中發現,由于組成中使用了案乙烯醇水溶液,涂料的流動性、流平性有所改善,并使沫膜的手感隨之改善.但僅此還不能夠滿足研制本涂料的預定要求。


為此,通過選用填料和將不同填料互相調配合來實現這一目的。例如,試驗發現,增大輕質碳酸鈣的用量或不使用輕質碳酸鈣都能夠改善涂膜的手感,而當輕質碳酸鈣的用量在一定的范圍內時涂膜的手感不好。此外,使用適量的水洗高嶺土也能夠改善涂膜的手感:


5 涂料特性分析

5.1 成本特性

按照目前苯丙乳液的售價接近】0元/kg的情況,本涂料的原材料成本約為2 000元/t。僅從成本來說,類似乳膠壕或成本再稍高些的乳膠漆都不少見+也都達到能夠滿足國家標準的涂料成本的下限 也可以說.從最低成本意義上來說,本研究得到的結果并無特色,或者說并無突破


5.2 性能特性

本研究所得到的乳膠漆的技術性能見表2,該涂料屬于高顏料體積濃度涂料,基料以苯丙乳液為主,復合以少量硅溶膠一主要技術性能指標.例如耐洗刷性、對比率都高于GB/T 9756-2001標準規定的值:由于國家標準只是產品必須達到的最低標準,因而車乳膠漆在國家標準沒有列人的項目,例如涂料的“開罐效果 、涂料流平性搿 膜手感和加水稀釋特性等方面、自有其特色。


特別是加水稀釋性.本乳膠漆可以加30%的水稀釋而涂膜不脫粉 這里提到這一問題正是本研究的出發點。技術來源是 過去的聚乙烯醇類涂料,當聚乙烯醇用量僅達2.5%,填料在35%左右時.涂料在內墻面使用近10年可 干擦不脫粉。而本研究將其作為增稠劑,使之起到增稠、增加涂料流動性和對顏料、填辯的黏結作用等,使涂料具有預期的性能。


5.3 配方特色

由于使用聚乙烯醇增稠劑,使涂料中存在大量膠體,從而減少分散劑的用量;通過向涂料中引入適量的硅溶膠,可以使涂料具有更好的附著力,并平衡因使用聚乙烯醇增稠劑所帶來的耐水性的損失;所使用的膨潤土增稠劑,不會影響涂膜的耐水性,并可相應提高涂料的對比率,且成本很低;


通過使用純堿對膨潤土的預處理,可以節省pH調節劑(氨水或AMP一95)的使用:通過優選填料品種與合理配合用量,使涂料具有好的流平性和手感


6 結論

本研究使用合成樹脂乳液涂料配方理論,向高顏料體積濃度的低成本乳膠漆中引入少量硅溶膠,并使用聚乙烯醇和膨潤土作為增稠劑,以及優選填料并通過試驗合理配臺,可使涂料中的某些助劑的使用量減少.從而使涂料巾助劑的成本降低,而降低的成本用于使用聚乙烯醇以提高涂料的-肚能,得到水稀釋性能穩定、流平性能好和涂膜手感光滑的新型內墻涂料,涂料所具有的這些特勝,正好解決了目前低成本乳膠漆常見的問題。本研究所得到的涂料配制技術具有很強的實用性.


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