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三高性能外墙弹性涂料的制备,介绍了制备高弹性、高耐沾污性、高耐候性的“三高”性能外墙弹性涂料的技术要点:首先是选择高性能的弹性乳液,并设计合理的颜基比
2019年06月21日    阅读量:1208     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿


0 引言

去年三月,江苏昆山某涂料厂来电,称其供给建筑工地的外墙弹性涂料涂装干燥后遇雨,涂膜出现了脱落等问题。笔者赶往现场,经了解分析得出以下两个原因:一是使用的弹性乳液性能不佳,且颜基比失当;二是使用了普通封闭底漆,与弹性面漆黏结性差,因此造成了“一张皮”现象。针对以上问题,采取了3 项措施:第一,除去空鼓、松动的涂膜,用弹性腻子批嵌平整;第二,配制并涂刷弹性封闭底漆;第三,换用高性能弹性乳液,并调整了颜基比,重新制备并复涂一道弹性涂料中国建材网cnprofit.com。后虽又遇雨淋,未再出现异常情况。


在多年的弹性涂料研制实践中,笔者深切感到,要制备出高弹性、高耐沾污性,高耐候性的“三高”性能的外墙弹性涂料,首先要选用高性能的弹性乳液,设计合适的颜基比,并搭配好助剂。高弹性,指涂料的常温延伸率在400% 左右,同时抗拉强度超过1.5 MPa ;高耐沾污性,指耐沾污性低于15% ;高耐候性,指耐人工老化时间超过400 h,而涂膜的粉化和变色均在“0”级。涂装此类涂料后,使用寿命在8 a以上。弹性涂料达到现行标准指标要求相对容易,而要具备“三高”性能,仍需精心为之。

 

1 弹性涂料性能比较

表 1 给出了3 种弹性涂料的配方,其中,1# 样品以AP 弹性乳液(以下简称AP)为基料,2# 样品以某国产弹性乳液为基料,3# 样品以某国外品牌两种乳液混合物为基料。3 个弹性涂料样品均已经上海市建筑材料及构件质量监督检验站检测合格,其性能指标列于表2、3 中,供对比分析。

3 种弹性涂料配方

3 种弹性涂料主要检测指标比较

三高性能外墙弹性涂料的制备,介绍了制备高弹性、高耐沾污性、高耐候性的“三高”性能外墙弹性涂料的技术要点:首先是选择高性能的弹性乳液,并设计合理的颜基比 中国建材网,cnprofit.com

三高性能外墙弹性涂料的制备,介绍了制备高弹性、高耐沾污性、高耐候性的“三高”性能外墙弹性涂料的技术要点:首先是选择高性能的弹性乳液,并设计合理的颜基比 中国建材网,cnprofit.com

注:1—流平性:1 级为涂料在试板上流淌快,涂层厚度均匀,膜面平整且直径大;2 级为流淌较快,涂层厚度较均匀,膜面较平整且直径小些;5 级为最差。2—消泡性(涂料制成24 h 后):1 级为膜面和断面无泡孔、针眼等;2 级为膜面和断面有少量泡孔、针眼等;5 级为最差。3—干膜吸水率:即干膜厚度1.0~1.2 mm,浸水24 h 后,取出,吸干表面水渍,称重,增重部分与干膜质量之比,以<8% 为佳。4—贮存稳定性:涂料生产6 个月内,正常者为几乎不分层或稍有浮液;较正常者为有10% 左右的浮液和稍有沉淀。


2 结果与讨论

要制备一款具备“三高”性能的弹性涂料,必须选用高品质的基料等材料,设计配方时应平衡弹性涂料中的基本矛盾,合理运用消泡体系和流变体系,生产涂料时要讲究生产工艺。


2.1 选用优质的弹性乳液及设计合理的颜基比

在弹性涂料中,弹性乳液的品质对涂料的诸多性能起着主导作用;而合理的颜基比则起着决定性的作用,这在上述3 种弹性涂料中,已经得到了充分地证实。


2.1.1 选用优质的弹性乳液

AP 弹性乳液系采用“核壳”技术制备的丙烯酸弹性乳液,其固含量为50%,Tg 为-10 ℃,MFT 为0℃,pH 为8~10,不含烷基酚乳化剂。所谓“核壳”,即指弹性乳液中的聚合物粒子通过架桥技术反应的集聚体,其主体是软性单体,外表面带有多个硬性单体的齐聚物。当乳液干燥成膜时,随着水分的蒸发,聚合物的硬软单体上下排列,通过紫外光的作用,表面齐聚物反应交联,形成一层极薄而致密的硬表层,即软核硬壳的结构。


当墙体开裂而受到拉伸的外力时,核壳结构中的软单体产生拉伸变形而使涂膜不被破坏。当温度或者湿度等发生变化而使裂缝愈合时,拉伸变形消失,涂膜恢复原状。AP 乳液在聚合时,加入了少量苯乙烯,由于苯环结构较松散,自由体积多,为弹性乳液聚合物分子链段提供了更多的运动空间。此外,引入了特殊的功能性单体,增强了黏结性;采用无皂复合技术,提高了耐水性。


AP 乳液与其他市售弹性乳液相比较,具有以下优点:其玻璃化温度Tg(-10℃)比普通弹性乳液高出10℃以上,具有合适的低温延伸率、优异的耐沾污性和抗拉强度,可单独使用,避免与那些Tg 更低的乳液混拼带来的麻烦;涂膜表面疏水性强,故配方中可省去耐沾污剂、纳米材料等辅助材料。用AP 乳液制备的涂料,还具有出色的耐人工老化性,经400 h 的人工老化测试,其“粉化”和“变色”均为“0”级。


2.1.2 设计合理的颜基比

合理的颜基比,是制备“三高”性能弹性涂料的技术关键。由表1、2 可见,AP 乳液体系的颜基比在0.77 时,弹性涂料的延伸率、抗拉强度和耐沾污性均较好;如拼用其他弹性乳液,这些性能可能会不同。如颜基比超过0.83,特别是-10℃下的延伸率、抗拉强度和黏结强度等可能会更差,且由于膜面在微观上显得粗糙,污物容易填嵌,不易被雨水冲淋洗净,故耐沾污性也较差。所以,拼用一定量其他弹性乳液,颜基比还须经试验而定。另外,在用量不多的颜料中,钛白粉的用量一定要保证,否则,会影响涂料的对比率。在AP 乳液配方中,钛白粉用量在15% 以上时,即可达标。填料中的绢云母具有良好的柔韧性、悬浮性和屏蔽性;硅灰石粉具有明亮度和屏蔽性;重钙具有附着性和填充性。同时,还可通过颜填料粒径的合理搭配,起到既可减少乳液量,又能保证涂膜弹性的作用。


2.2 平衡弹性涂料中的基本矛盾

就弹性涂料而言,既要求有一定的延伸率(包括常温、-10℃和80℃等条件下的延伸率),又要求有一定的抗拉强度(俗称回弹力),以及一定的耐沾污性,其中充满了各种矛盾。在设计配方时,必须要考虑并平衡这些矛盾。


2.2.1 延伸率与抗拉强度的矛盾

涂膜的延伸率来自于基料的柔软性,而涂膜的抗拉强度来自于基料的弹韧性,以及基料与颜填料的合理配比(颜基比或PVC)。在一定的用量下,基料的Tg越低,干膜的延伸率越高,抗拉强度则越低;基料的Tg 越高,干膜的延伸率就越低,抗拉强度则越高。同一基料,配以不同品质和不同比例的颜填料,或同一品质和比例的颜填料,配以不同的基料,则涂膜的延伸率和抗拉强度都不同。所以,要获得一个比较理想的延伸率和抗拉强度,必须选用适当Tg 的采用特殊工艺合成的乳液,与适当比例的颜填料搭配。有一个简单的测试方法,在标准温度下,将涂膜拉伸到一定长度后,停止拉伸,涂膜就会回缩,如涂膜在20 s 内回缩的比率>70%,该涂膜的抗拉强度一般会超过1.0 MPa。


2.2.2 延伸率与耐沾污性的矛盾

在建筑涂料中,一般涂膜越硬越光滑,灰尘就不易黏附,即使被沾污,也较易被雨水冲刷干净。而弹性涂料先天性软,较易被沾污,可以采取一些方法来解决这一矛盾。比如,选用适当Tg 的品质优良的弹性乳液;两种乳液拼用,要讲究匹配性;选用吸油量不高的颜填料;控制适当的颜基比,不使涂膜的延伸率过高;也可考虑添加纳米材料或遮盖性乳液,或耐沾污剂等,以提高涂膜的致密度和光滑度,进而提高耐沾污性。2# 配方采用两种国产乳液混拼,未加耐沾污剂,耐沾污性为26%,加入0.75% 的耐沾污剂后,耐沾污性提高至18%。1# 配方由于采用了AP 乳液和专用的流平增稠剂及消泡剂,且颜基比较合理,未用耐沾污剂,耐沾污性也很优异,涂膜表面呈荷叶效果。一般来说,涂膜不黏手而光滑,无瑕疵而亮泽,耐沾污性会较好。


2.2.3 抗拉强度与黏结强度的矛盾

抗拉强度来自于涂料本身,而黏结强度来自于涂料与基层的结合力。这两种强度相互区别,又相互作用,共同承担着弹性涂层的防裂防水功能。这两种强度之间,需要求得平衡,任何偏差,都会产生涂膜弊病。如涂膜太过柔软,抗拉强度差,水较易渗入涂层并起增塑作用,引起涂膜肿胀,进而影响涂层的黏结强度;如抗拉强度太强,而界面未处理好,也会影响涂层的黏结强度,当涂层连续经雨淋后,容易发生如上述昆山工地弹性涂膜“一张皮”现象,涂膜脱离基层而剥落。要解决这一矛盾也不难,一是控制常温延伸率为400% 左右,抗拉强度为1.5 MPa 左右,提高黏结强度的余量;二是采用既抗碱又有弹性的底漆,其性能指标可参照JC 158—2004 标准中“弹性底漆”的要求,其中断裂伸长率需达100%。在底漆中采用弹性乳液,适当掺入硅溶胶,使底漆具有渗透性,涂膜表面又有软黏性,有利于弹性面漆附着,从而提高涂层的黏结强度。


2.2.4 常温延伸率与-10℃下延伸率的矛盾

弹性涂料在常温下有了较高的延伸率,并不等于在-10℃条件下的延伸率也能达标。如3# 配方中,乳液用量为46%,颜填料用量为37%,常温延伸率为770%,抗拉强度仅1.0 MPa,而-10℃下的延伸率仅40%,均勉强达标。其中,隐含着两对矛盾:常温延伸率与抗拉强度的矛盾,常温延伸率与低温延伸率的矛盾。究其原因,还是在于乳液配比失当的问题。遂改为:原36% 的弹性乳液不动,原混拼乳液用量由10% 减至6%,总乳液量由46% 降至42%。这样一来,常温延伸率随着总乳液量的减少而有所下降,而抗拉强度由于颜基比的提高而有所提高,同时,-10℃下,由于软性物质增加,硬性物质减少,低温延伸率也随之提高。因此,只有通过平衡矛盾,精心设计,反复试验,才能使各项指标比较合理。


2.2.5 涂膜吸水率与基料品质的矛盾

弹性涂料由于使用了性软而量大的弹性乳液,使得涂膜的吸水率比普通外墙涂料要高。也就是说,弹性涂膜的吸水率与所用基料的耐水性有直接关系。另外,为了提高涂膜的耐水性,应尽可能地少用亲水和吸水的材料。弹性涂料吸水率的高低,直接影响涂膜的诸多性能。涂膜吸水率高,涂层容易进水膨胀,进而变得更加松软,不仅不利于防水,而且会影响黏结强度,造成脱落;且表面粗糙,层间不致密,微小灰尘容易渗入嵌附,不利于耐沾污。如使用了类似AP 乳液品质的基料,弹性涂料容易出现的耐水性、耐沾污性差等诸多弊病就可得到有效地避免。


2.3 弹性涂料中的消泡体系和流变体系

在弹性涂料中,消泡彻底与否,会间接影响涂膜的弹性和耐沾污性;流平性和黏度等控制得好坏与否,会影响到涂料的开罐效果、施工性和贮存稳定性。


2.3.1 弹性涂料的消泡体系

弹性涂料的消泡体系,是在选好消泡剂,并与其他助剂配套,与相关工艺配合的基础上确定的。由于弹性涂料比普通建筑涂料的黏度大,使用一般消泡剂(如NXZ 等),即使加大用量,也难以消净泡沫。而使用专用消泡剂,消泡就变得容易些。弹性涂料中的泡消得彻底,涂层中的泡孔、针眼等缺陷少,涂膜就致密。这一方面有利于阻止水的侵入,提高涂层的耐水性;另一方面,改善了涂膜的抗拉强度和耐沾污性。

弹性涂料中的泡沫,来自于乳液和助剂中的表面活性物质、颜填料夹带的潮气和分散搅拌中卷入的空气,形成机理繁杂,要消除干净实属不易。为此,笔者建议,要消除弹性涂料中的泡沫,可以从多方面入手:

第一,设法在打浆阶段使泡沫尽量破灭,且不使其扩散。这就需要选用既有良好降黏性,又有低泡性的润湿分散剂,如H-140 润湿剂。由于其分子结构的特性,虽有表面活性物质但不稳泡,能与颜填料稳定地结合在一起,使其发生选择性吸附,而不致在空气和底材界面上游离聚集,也不会给消泡带来负面影响。H-3204 是一款分散能力较强的分散剂,其与H-140 配用,能减少泡沫的产生,有利于低黏度浆料的形成。在低黏度浆料达到一定细度后,加入补充消泡剂,10 min 后,再加入配方余量的水,此时,泡沫会随着浆料黏度的降低而上浮渐消。浆料的低黏度化是弹性涂料消泡体系中的一个有效措施。


第二,选用吸油量较低的颜填料。颜填料在生产、贮存、运输、使用过程中,会吸附一部分潮气。些吸油量高和表面积大的颜填料,包裹的空气更多,就需要较多的表面活性剂将其置换下来。而表面活性剂越多,消泡越困难。故宜尽量采用低吸油量、粒径中等(800-1 250 目)的颜填料,有利于减少浆料的泡沫,也有利于调色。

第三,采用低泡的弹性乳液。这种乳液在合成过程中,较少地使用了乳化剂等表面活性剂,或用其他特殊助剂代替了乳化剂。在弹性涂料中,乳液用量一般为35%~50%,如使用表面活性剂用量较多的乳液,则在调漆阶段会增加消泡的难度。AP 乳液采用了特殊的表面活性剂,故不易生泡,且消泡剂用量也少。

第四,选择高效消泡剂。在较高黏度的弹性涂料中,采用普通的消泡剂,即使用量较大,也难以奏效,而必须采用专用消泡剂,如D-1334 和D-1155 两款消泡剂搭配使用,消泡和增光效果均很好。D-1334 是一种含硅类物质的消泡剂,抑泡破泡能力强,在打浆研磨阶段加入,使颜填料充分脱气。D-1155 是一种非离子含有聚硅氧烷物质的消泡剂,对助剂和乳液中的表面活性剂带来的细泡,破灭速度较快,贮存稳定性好,且在施工过程中,也有较好的动态破泡性,适用于较高乳液含量等高黏度涂料中。


2.3.2 弹性涂料的流变体系

弹性涂料的流变体系,即指在弹性涂料中,为了赋予涂料优异的开罐效果、良好的施工性和长效的贮存稳定性,而运用多种手段,满足在高、中、低剪切速率下的黏度,达到尽可能理想的流平和增稠效果。在弹性涂料中,笔者常采用T-3311 流平增稠剂、L-3200 流平剂和1130H 增稠剂配用。T-3311是一种非离子缔合型增稠剂,固含量43%,黏度为20 000 MPa·s,具有如下特性:优异的流平性,高倍率的体系膨胀性和高效的中高剪切黏度,较高的一道遮盖力和光泽度,舒适的涂膜手感,良好的施工抗飞溅性和贮存稳定性,较高的性价比。再配合非离子牛顿型聚醚类强疏水性流平剂L-3200 和抗水型增稠剂1130H,流变效果更佳。乳胶漆有两种境界是配方师孜孜以求的:低黏度下不分层,高黏度下流平好。弹性涂料一般黏度较高,这就需要合理运用流变手段。笔者曾作过比较,3# 配方使用了国外品牌流平剂、增稠剂、纤维素、遮盖性乳液,流平性和光滑度稍逊。1# 配方使用了两种高效流变剂,不仅用量少,成本低,而且流平性、光滑度、耐沾污性和施工性均上了一个等级。

 

3 结语

要制备高弹性、高耐沾污性和高耐候性的外墙弹性涂料,首要任务是选好弹性乳液,它对涂料的诸多性能,如在各种状态下的延伸率、抗拉强度、耐沾污性、耐候性、使用寿命等起着主要作用,AP 弹性乳液是一种性价比较高的乳液;其次,要设计合理的颜基比(或PVC),注意颜填料搭配;再者,在整个配方设计中,要平衡好延伸率与抗拉强度、延伸率与耐沾污性、抗拉强度与黏结强度等矛盾关系,还需合理运用分散体系、成膜体系、消泡体系和流变体系;另外,要保证施工质量,使弹性涂料的优异性能在墙面上得以最终实现。


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