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水性氟碳建筑涂料的配方設計及制備,介紹了水性氟碳建筑涂料的原材料選擇及配方設計
2019年09月18日    閱讀量:747    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言
目前,樹脂和涂料的配方設計大多是以降低VOC為中心,綜合性能優異的環保型水性涂料已獲得市場的認可。20 世紀90 年代以來,我國水性建筑涂料蓬勃發展。然而許多水性涂料只是簡單工藝上的低檔次重復,既增加了環境保護的壓力,又造成資源的浪費中國建材網cnprofit.com。氟樹脂是迄今為止發現的耐候性、耐久性最為優異的成膜聚合物,用其配制的涂料,機械性能、耐候性、耐久性、耐化學品性等十分優異。1982 年,日本旭硝子推出常溫固化氟樹脂使氟碳涂料迅速發展,其應用領域不斷拓寬。隨著人們對環境的重視和環保法規強化,溶劑型氟碳涂料的應用受到了一定的限制。因此,研發高性能的水性氟碳涂料具有十分重要的實際意義。

1 配方設計
水性氟碳涂料與一般水性涂料的配方及制備工藝基本一致,但是氟樹脂的低表面張力等特性,使得其對顏填料的潤濕性較差,與分散劑、增稠劑及成膜助劑的相容性也有一定的限制,助劑選擇不當,會嚴重影響涂膜的耐候性、耐化學品性、光澤等性能。要研制出各項性能優良的水性氟碳涂料,需要進行大量的實驗工作。

1.1 顏料體積濃度對耐候性的影響
對于同一種基料(合成樹脂乳液)來說,顏料體積濃度(PVC)越高,越容易變色、粉化;PVC 越低,保色性越好,涂膜的耐候性、耐水性也就越好。PVC對涂料耐候性的影響見表1。
水性氟碳建筑涂料的配方設計及制備,介紹了水性氟碳建筑涂料的原材料選擇及配方設計 中國建材網,cnprofit.com
通過計算得出:臨界顏料體積濃度(CPVC)為58%,一般高光外墻涂料PVC 設計為10%~20%。

1.2 顏填料的選擇
耐候性優異的水性氟碳涂料對顏填料的要求很高,要求其具有很好的耐候性和穩定性,以使涂膜的性能得到充分體現。一定要選用保光保色性好、不溶解、耐堿的優質顏料。白色顏料包括鈦白粉、立德粉和氧化鋅等,其中金紅石型鈦白粉具有優異的遮蓋力和耐候性,可以在外墻乳膠漆中大量使用;銳鈦型鈦白、立德粉、氧化鋅易粉化、變色、耐候性及耐化學介質性差,故都不能在戶外使用。著色顏料盡量選用無機系列產品。填料(體質顏料)則用來增加涂膜的厚度、改善涂膜的性能和降低成本。填料也要保光保色性好、耐堿性好等。填料品種較多,有白炭黑、高嶺土(煅燒與水洗)、碳酸鈣(重質與輕質)、硅灰石粉、滑石粉、石英粉、云母粉、硅酸鋁、沉淀硫酸鋇及膨潤土等。其中白炭黑、硅灰石粉、滑石粉、石英粉、云母粉、硅酸鋁、沉淀硫酸鋇、膨潤土等屬于惰性填料,例如云母粉具有優良的耐熱性、耐酸性、耐堿性、耐候性,其片狀結構能阻止紫外線和水分穿透,有防止龜裂、延緩粉化等功能,在外墻乳膠漆和其它戶外涂料中應用較為廣泛。而其它填料(如灰鈣粉、輕鈣、重鈣等)有的易粉化,有的易起霜,有的耐化學介質性差,一般不在戶外使用或用量較小。 
 
1.3 助劑的選擇
助劑在涂料中的用量雖不大,但其作用明顯,必不可少。因為水性氟碳涂料的表面張力較小,要選擇適宜的潤濕、分散劑,以避免調色時出現浮色、發花以及貯存過程中的沉淀、分水等現象的發生。水性氟碳涂料的耐候性優于一般的墻面涂料,因此要添加足夠的防腐防藻劑。

1.3.1 潤濕劑和分散劑
潤濕劑所含有的活性基團定向吸附在顏料粒子表面,可以增加漆基和顏料的親合性;同時降低漆料的表面張力,加速漆基滲透進入顏料聚集體粒子間的孔隙之中,取代顏料粒子表面所吸附的水和空氣,從而幫助研磨分散設備將顏料團粒打開,減少研磨時間,提高效率,降低研磨能耗。相對于普通水性涂料,潤濕劑對水性氟碳涂料的重要性不言而喻。目前市場上潤濕劑大體可分為兩種:一種為非離子型高分子烷基醚、烷基醇或烷基酯,這類產品價格比較便宜,但添加量比較大,且對其他組分的性能有所影響,并且影響人體健康,所以僅在一些低端產品中有所應用。另一種為聚醚改性的甲基聚硅氧烷,對底材的潤濕非常有效。分散劑除具有潤濕劑同樣的濕潤作用外,其活性基團一端能吸附在粉碎成細小微粒的顏料表面,另一端溶劑化進入漆基,形成吸附層(吸附基越多,鏈節越長,吸附層越厚),產生電荷斥力(水性涂料)或熵斥力(溶劑型涂料),使顏料粒子長期分散懸浮于漆基中,避免再次絮凝。在純乳液體系中,建議選用增強電荷相斥的分散劑,如電中性胺鹽、聚羧酸鹽類的分散劑。

1.3.2 消泡劑
乳膠涂料適用的消泡劑有:低級醇類、有機極性化合物、礦物油類和有機硅樹脂類4 種。對于水性氟碳涂料用的消泡劑,應結合實際的樹脂體系、配方設計、其他添加劑的品種及用量、施工方法及條件等各方面綜合去考慮。總體原則是使用消泡能力強、相容性好、不影響分散性、保持持久消泡能力的消泡劑產品。水性消泡劑正朝著性能復合化的方向發展。在提供消泡性的同時,還能改善其他性能,從而降低配方的綜合成本。

1.3.3 成膜助劑
成膜助劑能夠對乳液中的聚合物粒子產生溶解或溶脹作用,使粒子在較低溫度時也能夠隨著水分的揮發產生塑性流動和彈性變形而聚結成膜,但在成膜后的較短時間內成膜助劑又能揮發從而不影響涂膜的玻璃化轉變溫度,并且高溫下涂膜不會回黏。乳液的最低成膜溫度對涂膜的硬度、玻璃化轉變溫度和低溫涂裝性能有重要影響。最低成膜溫度高,涂膜的硬度和光澤高,但在稍低溫度時不能涂裝;最低成膜溫度太低,低溫涂裝性能雖好,但涂膜玻璃化溫度低,高溫發軟回黏,耐污性差。成膜助劑的基本功能就是降低乳液以及乳膠漆的最低成膜溫度,使乳膠漆能在低溫下進行涂裝。 乳膠漆用的成膜助劑以高沸點的有機溶劑為主,有醇類、醇醚及其酯類等,許多涂料廠商生產乳膠漆時常選用醇酯-12。

1.3.4 防霉劑(殺菌劑、防腐劑)
防腐、防霉殺菌劑是防止建筑涂料微生物污染的有效方法。在水性體系中,殺菌劑是必不可少的助劑,微小的添加量就能確保水性涂料在生產過程、成品包裝貯存、涂料成膜中不受細菌侵蝕。選擇防霉劑考慮的因素:防霉劑本身的穩定性、低毒性、殺菌抑菌效果、低揮發性等性能;防霉劑與添加體系的配伍性,如對基料性能無不良影響、兩者的相容性好等;防霉劑的易分散性,一般防霉劑的粒度為 5~6 μm 時會具有最高的防霉效果;兩種防霉劑配用的增效性,如內吸型殺菌劑與非內吸型殺菌劑配用具有互補增效效果。

1.3.5 增稠劑
增稠劑對水性氟碳涂料的增稠、穩定及流變等性能均有調節作用及改善功能。在水性氟碳涂料的生產階段,增稠劑能提高乳液的穩定性,以及有助于顏填料的分散研磨。在貯存階段,增稠劑將涂料中的顏填料粒子包覆于增稠劑的單分子層中,并由于黏度的增加而減緩顏填料粒子的沉降,改善了涂料的穩定性,并提高其抗凍融性和機械性能。在施工階段,由于提高了涂料的黏度并使之具有觸變性,使水性氟碳涂料在輥涂及刷涂施工的高剪切速率下黏度下降而不費力。涂施后剪切力消除,涂料黏度恢復,從而防止涂裝時的流掛。同時,增稠劑還能延遲涂膜的干燥時間,改善水性氟碳涂料的涂裝性能。水性氟碳涂料用增稠劑主要有無機增稠劑、有機纖維素增稠劑、水溶性聚合物和合成高分子增稠劑幾大類



2 涂料配制
2.1 原材料和配方
水性氟碳涂料的配方見表2,所用的原料中,助劑全部使用進口產品,鈦白粉為國外生產的易分散、高耐候性金紅石型鈦白粉。
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2.2 制漆工藝
準確稱量1~5# 原料加入容器中,攪拌10 min,然后用砂磨機分散2~3 h,細度合格后,低速攪拌下加入6~12# 原料的混合液,再用分散機分散約1 h即可。

3 試板的制備
3.1 底材處理
采用石棉纖維水泥平板為底材。石棉纖維水泥平板的處理方法:清除表面浮灰,經浸水使底板pH 值小于10,并用200# 水砂紙將其表面打磨平整,清洗干凈后,存放在溫度為(23±2)℃及相對濕度為(50±5)% 的空氣流通環境下,至少存放1 周。

3.2 制板要求
試板要求見表3。
表3 試板要求
Table 3 Requirements of the test board
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注:1. 特殊要求養護期可以商定;2. 底漆應采用涂料供應商提供的水性涂料;3. 對于含有鋁粉、珠光顏料的樣品可用噴涂法制板,用同時噴涂的鋼板來控制膜厚,其配套品種、涂裝道數、涂裝間隔時間、厚度等施工條件由涂料供應商提供。

4 性能測試
研制的水性氟碳涂料的性能測試結果見表4。由表4 可見:研制的水性氟碳涂料具有優異的性能,應用在墻面上比一般乳膠漆有更好的耐候性和耐化學品性,符合現代墻面裝飾裝修的要求,具有應用價值和良好的推廣前景。
表4 水性氟碳涂料的性能
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5 結語
隨著科技的進步和人們生活水平的提高,涂料水性化將是涂料科學和技術發展的必然歸宿,應大力開展氟聚合物的合成和涂料研究工作。目前我國生產氟聚合物及其涂料的基本原材料,如氟碳表面活性劑、乙烯基醚單體、含氟烯烴單體等,還十分缺少而且異常昂貴,這在一定程度上制約了人們的研究和開發工作。但是,只要我們廣大的科技人員共同努力,為水性氟碳涂料的生產、應用打下堅實基礎,那么水性氟碳涂料將迎來輝煌、燦爛的明天

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