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外墙弹性涂料配方设计与新标准的接轨,涂料生产单位也需要对涂料的制备工艺及配方进行相应的调整,中国建材网,cnprofit.com
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外墙弹性涂料配方设计与新标准的接轨,涂料生产单位也需要对涂料的制备工艺及配方进行相应的调整
2019年06月08日    阅读量:296    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

自1994 年陶氏化学(原罗门哈斯)公司将其弹性乳液A C-2438 引入中国市场以来,弹性涂装已成为建筑外墙保护的重要手段,最初的弹性涂料的国家标准均是按AC-2438 所能达到的性能制定。经过20 多年的发展, 弹性乳液制备技术也相应取得了惊人的进步,在高低温弹性、耐水性和耐沾污性方面均取得了大幅提升,为此2014 年我国建筑工业行业对弹性涂料标准进行了重新修订,为适应新标准的技术要求,弹性乳液生产单位需要对乳液配方进行全新设计,涂料生产单位也需要对涂料的制备工艺及配方进行相应的调整。

 

1 实验部分

1.1 弹性涂料的制备基本配方见表1中国建材网cnprofit.com

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弹性涂料基本配方

1.2 弹性涂料的制备

制浆:在适宜的容器内依次加入水、各助剂,搅拌均匀。搅拌下再加入颜填料,搅拌、分散至细度合格,制成色浆备用。

调漆:搅拌下向色浆中加入乳液XG-2135、消泡剂154、增稠剂XG-60,搅匀后补齐配方量的水,搅匀后,制成成品漆。

1.3 样条的制备

按照JG/T172—2014 7.1 执行。

1.4 涂膜力学性能的测试

常温断裂强度与断裂伸长率按JG/T 172—2014中7.13 方法;

涂膜耐水性按JG/T172—2014 中7.9 方法;

涂膜耐沾污性按JG/T172—2014 中7.12 方法。

 

2 结果与讨论

2.1.弹性在新旧标准下的差异

(1) 2015 年开始执行的新标准重点对弹性涂料的技术要求及测试条件进行了更改和修正。

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新旧标准的技术要求

从新旧标准对比可知, 新标准采用80 ℃下烘烤96 h 停放3 d 的养护条件,比旧标准先进,可革除涂料中的成膜助剂对漆膜弹性的影响,革除了依赖成膜助剂来保证分析检测阶段的符合技术要求的可能性。新标准的养护条件的改变,还可间接反应漆膜的耐热老化性能,这对于耐老化性能差的弹性涂料,可提前反映出真正使用条件下的耐老化性能的好坏。新旧标准的另一差别就是新标准中样片在测试前进行紫外光照,这也是为提前反映出真正使用条件下的耐老化性能的优劣,更好地指导弹性乳液中光敏交联剂选择的正确性。

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样片的养护条件新旧标准

(2) 2015 新标准J/T172—2014 中改变了成膜时的养护条件

膜养护中需要热烘,这就排除了里面残留的成膜助剂来影响提高弹性的因素。弹性和强度是矛盾的统一体,优异的乳液的漆膜强度应在不加成膜助剂下强度随应变的增大而增加,但实际情况是以丙烯酸酯共聚物为成膜物质的涂料很难做到这一点。表4 是以XG-2135 为基础乳液,按照新标准养护条件测得的成膜助剂teaxnol 的残留量对漆膜的力学性能的实验。表4 实验结果表明:随着热烘,弹性会有较大程度下降,强度就会上升。新国标的出台使得以前很多徘徊在旧国标边缘的涂料不再符合标准。

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(3) 2015 新标准J/T172—2014 中改变了耐沾污测试的条件

新标准测定耐沾污性前增加了对涂膜进行紫外灯照射的制样条件。紫外照射与否对涂膜的耐沾污性的影响结果。

涂膜紫外灯光照射前后的耐沾污能力对

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图1 的结果说明,对含紫外光吸收剂的涂料耐沾污性更容易通过。

2.2 流变助剂的影响及选择

增稠剂在涂料中不仅起到了增稠的作用,同时也能增加涂膜的物理性能。实验证明,聚氨酯增稠剂对弹性的正面影响最好,XG-60 等碱增稠剂对提高涂膜强度有很好的作用。两种增稠剂搭配使用时性能会出现很大的差异。

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增稠剂种类及用量对涂膜力学性能的影响

表5 的结果说明,聚氨酯增稠剂对涂料断裂伸长率影响最好, 碱溶涨和缔合型增稠剂比例按1∶3 添加时强度最高。

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不同增稠剂对乳液成膜性能的影响

从表6 的结果可以看出,聚氨酯增稠剂对水性涂料的强度低,碱溶涨和缔合型增稠剂强度高。

2.3 颜填料的选择

颜填料种类及配比乃至总量与总聚合物之比(PVC)对涂膜的拉伸断裂行为均有重要影响。一般颜填料的细度越小,补强能力越高,断裂伸长越大,断裂强度越高,PVC 越大,断裂伸长越低。

2.3.1 颜料体积浓度对涂膜力学性能的影响

图2 分别是颜料体积浓度(PVC) 在11%(红)、26%(蓝)和32%(绿)时下的拉伸行为。

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不同PVC 对应力和应变曲线的影响

从图2 可以看出,随PVC 值升高,涂膜的弹性降低,强度增大,这与预测的结果相符,这也是为什么弹性涂料配方设计时,PVC 一般在较低的范围内, 以保证其弹性的原因。

2.3.2 颜填料种类细度对涂膜力学性能的影响

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PVC 对力学性能的影响

相同的PVC 下,不同颜填料及细度也会严重影响

涂膜的力学性能。表8 是不同颜填料种类及细度对涂膜力学性能的影响结果。

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表8 的结果说明,相同PVC 下,颜填料的种类及细度对涂膜的力学性能有重要影响。颜填料相同时,细度对涂膜的力学性能的影响有一峰值,并不是颜填料细度越细越好,这说明的颜填料细度的变化,比表面积增加,对聚合物补强能力增加,但当颜填料粒子太细后,颜填料体积浓度增加,导致聚合物对颜填料的润湿、包裹能力下降,结果是断裂伸长降低。因此,对于弹性涂料配方设计, 不仅要考虑颜填料的性质,还要考虑颜填料颗粒的细度。


2.3.3 颜填料复配对弹性涂膜力学性能的影响

在弹性涂料中,颜填料不仅要提供着色和填充功能,还要兼顾各颜填料对涂膜力学、耐老化性能的影响,因此,在弹性涂料实际配方设计中往往使用多种颜料进行复配才能达到最佳的涂膜性能。


片状结构的颜填料与丙烯酸酯共聚物相容不好,往往导致涂膜的力学性能下降; 针状结构的颜填料,可增加涂膜的强度,但往往会引起弹性的降低;球形结构的颜填料,如重钙与聚合物相容性优于上述2 种结构,是弹性涂料使用最多的一种填料。金红石型钛白因分散容易,耐户外老化性能好,是各种外墙涂料首选的白色颜料,也是弹性涂料配方设计中常用的颜料。沉淀硫酸钡因耐酸雨效果好,填充性好,为外墙涂料首选的填料。硅灰石粉是外墙涂料常用的填料,对涂膜的补强性好,但耐酸雨能力差,实际使用时用量必须控制在一定范围内。表9 是不同颜填料复配的涂膜力学性能测试结果。

从表9 可以看出,不同颜料的复配对涂膜的力学性能影响显著。

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不同颜填料复配的涂膜力学性能测试结果


3 弹性涂料配方设计的其他问题

3.1 弹性涂料的耐水问题

弹性涂料的耐水问题是重中之重。涂料的初期耐水取决于乳液的基本性能,如果Tg 太低,弹性固然会很好,但耐水却成了致命伤,所以在追求弹性和强度的同时,更应该注重涂料的耐水性问题,否则,施工后遭遇一场大雨就会出现涂膜大面积起泡问题,时间一久, 涂料就会失去附着力而从建筑物墙体上脱落,失去对墙体的保护作用。


3.2 弹性涂料的开裂问题

弹性涂料如果进行厚涂,涂膜表干快、而实干很慢,常常会产生开裂问题。溶剂油在挥发过程中能带出一部分水来,能有效解决这种问题,这也是很多涂料厂里面添加200# 溶剂油的原因。或许我们可以找一种合适的成膜助剂来解决这种开裂问题。以拉毛涂料涂装工艺为例,这种涂装要求施工很厚,除了选用合适的成膜助剂以外,还要选用合适的颜填料。经验显示, 中涂的颜填料最好选用粒径较粗的粉体材料,且其所占的比例要适中。因为拉毛工艺要求的黏度很高,如果颜填料的比例太低,涂料就很难增稠;颜填料比例过高,很难进行分散,基于成本也很难加够足量的乳液,所以只能选用粒径粗的颜填料。其次,弹性中涂在防开裂方面起着更大的作用,因为墙上的弹性依靠很厚的涂层比很薄的面涂更有效果。


3.3 弹性涂料的调色问题

涂料调色后, 有的会出现浮色发花和雨痕的现象,在调色中常用的色浆有4 种:炭黑、钛菁蓝、铁红和铁黄。炭黑浆里面有大量的润湿剂,而且分散时添加的润湿剂的类型多种多样。铁红和铁黄密度太大,后期需要添加增稠剂用量来提高稳定性。如果不知道色浆中的主要成分, 在使用色浆进行涂料调配色时, 就容易因涂料浆料与色浆的亲水亲油平衡值(HLB) 相差太大, 而出现涂料和色浆不相容的问题。涂料的浮色发花很大一部分是由于施工所选用的腻子成分以及施工时涂刷的厚薄不均引起的。为了避免浮色发花,施工时往往是先刷一道封闭底漆,先把底材泛碱的问题解决掉,再去调整分散剂和润湿剂的种类和用量。相比之下,还是选一种优秀的乳液和一种稳定的色浆更经济简单。


3.4 弹性的耐沾污问题

因为弹性涂料乳液的Tg 很低,要想提高耐沾污性最有效的办法就是提高涂膜的致密性。很多涂料厂家往里面混拼Tg 很高的苯丙乳液,就是为了提高它的耐沾污性能。


3.5 乳液的选择

乳液含量一般在50%~60%左右, 一般很少有超过70%的乳液,乳液的固含量越高,就越不容易稳定。原因可以从堆积密度考虑,堆积的太密,则需要更多的电荷来稳定。乳液含量太低、成膜物质太少就会影响涂膜的质量。乳液的黏度和成膜物质没有关系,但和乳胶粒子的平均粒径和粒径分布有很大的关系,相同固含量下乳液平均粒径越大, 乳液的黏度越低;相同平均粒径的条件下,粒径分布越宽,黏度也越低。


3.6 弹性涂料制备工艺的影响

颜填料在涂料中的分散度是影响涂膜平整度和性能的关键因素。其一,C-12 应该加到乳液前面。因为C-12 亲油,打完浆料后慢慢的加入,不但可以消泡,还能对浆料起到更好的分散的作用。其二,颜填料的添加顺序应该是先加重钙, 因为重钙具有一定的分散作用,更容易分散。其三,浆料中的气泡会导致涂膜的性能降低。即使持久消泡和破泡能力很好的消泡剂,也不能够在黏度很高的涂料中消泡,尤其在醋丙酸性体系中体现的更加明显。因为外墙弹性涂料不需要很高的细度,通常市售的颜填料都能满足分散度要求,涂料制备中只需对浆料进行高速分散即可达到技术要求。如果对浆料进行砂磨分散,涂料反而更容易分水。高速分散打浆达到细度要求后,慢慢的降低转速,减缓分散速度,可以起到减少浆料中的气泡的效果。

 

4 结语

针对新修订的建筑工业行业标准JG/T 172—2014《弹性建筑涂料》的技术要求,对影响弹性涂料涂膜力学性能的因素进行了实验测试,结果表明:(1)JG/T 172—2014 中养护条件要求能够避免成膜助剂对涂膜性能测试结果的影响;(2)对含紫外光吸收剂的涂料耐沾污性更容易通过;(3)聚氨酯增稠剂对涂料断裂伸长率的正面影响最好, 碱溶涨和缔合型增稠剂比例按1:3 添加时强度最高;(4)PVC 值升高, 涂膜的弹性降低,强度增大;(5)不同颜料的复配对涂膜的力学性能影响显著。弹性涂料配方设计需要考虑和解决的问题包括耐水、开裂、调色、耐沾污及生产工艺优化问题。


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