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零VOC内墙涂料的制备研究
2020年06月08日    阅读量:1832    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

摘要:采用硬核软壳的核壳型丙烯酸酯乳液制备了零VOC内墙涂料,探讨了制备方式、乳液种类、颜料体积浓度以及助剂等因素对涂料的成膜性及涂膜性能的影响。


前言

建筑内墙乳胶涂料的挥发性有机化合物(VOC)含量已比较小,但仍需加入一定量的有机溶剂来改善涂料的成膜性和低温稳定性,施工时还存在着一定的气味,还不能完全满足室内二次装修对装饰材料更加环保和健康的要求。不断降低涂料的VOC含量是涂料研究工作人员所追求的目标,目前低VOC或零VOC内墙涂料的研究开发已得到广大涂料生产厂家的普遍关注涂料在线coatingol.com

本文采用自制的丙烯酸核壳型乳液,不加任何有机溶剂,制备了VOC含量很低(几乎为零)且低温成膜性和涂膜性能较好的环保型内墙乳胶涂料,考察了制备方法、乳液类型、颜料体积浓度(PVC)成膜环境温度以及各类助剂等因素对涂料成膜性和储存稳定性以及涂膜性能的影响。

本文所谓的零VOC涂料是指在涂料配方中不涉及有机可挥发性物质及所采用的树脂(乳液)不含有机溶剂,是一个概念性用词。


技术性能指标

表1零vOC内墙涂料技术指标

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2结果与讨论

2.1不同种类乳液的影响

本实验分别选用自制的丙烯酸核壳乳液(HE)和国外知名公司生产的推荐用于制备低VOC或零VOC涂料的丙烯酸乳液A、B、C来制备中等PVC(55%)的内墙涂料,不加任何成膜助剂,试验结果见表2。

表2不同丙烯酸乳液制备的零VOC内墙涂料性能比较

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由表2可见,采用自制的核壳结构乳液制备的涂料与国外知名公司的乳液所制备的涂料相比,在整体性能上基本相当,均能满足实际使用要求。对于乳液C制备的涂料,可能因为其玻璃化转变温度(Tg)较高,因而硬度和耐沾污性有明显提高,但MFFT升高。乳液B制备的涂料其冻融稳定性未通过,这主要与乳液本身的低温稳定性差有关。


2.2颜料体积浓度(PVC)的影响

本实验选择自制的HE型核壳乳液,不加任何成膜助剂和助溶剂,改变涂料的PVC,考察涂料PVC对内墙涂料成膜性和涂膜机械性能的影响,试验结果见表3

表3不同PVC对零VOC内墙涂料成膜温度和涂性能的影响

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由表3可知,采用自制的核壳乳液制备不同PVC的零VOC内墙涂料,涂料的最低成膜温度均小于5℃,可满足实际使用要求。

涂料PVC对涂膜硬度和耐污性有很大的影响。在PVC较低的一定范围内,随着PVC的增大,涂膜的硬度逐渐增大,当PVC增大到一定值后(如50%)涂膜硬度的变化已很小,基本保持不变,这是因为本涂料采用的乳液的Tg值相对较低(20℃).涂膜的硬度主要取决于涂料组成中的颜填料含量,因此随着颜填料的增加,涂膜硬度逐渐提高,但是在高PVC范围下,涂料中基料含量比较少,涂膜的硬度主要由颜填料本身的硬度提供,因此即使PVC再增加,涂膜硬度也基本保持不变。

涂膜的耐沾污性主要受涂膜的硬度和表面光洁度双重因素影响,在低PVC范围内,涂膜表面比较平整光滑,此时涂膜的表面硬度对耐沾污性起决定作用,因此随着PVC提高,硬度增加,则耐沾污性提高。但在高PVC范围内,涂膜的表面硬度基本不变而表面粗糙度增加,因此耐沾污性反而降低。

综观PVC对洗性、硬度、耐沾污性(一定程度上代表涂膜的抗热回粘性)的影响,选择PVC在45%~55%范围内可制得满足实际使用要求和性能优异的零VOC内墙涂料。


2.3不同制备方式的影响

本试验选择下列3种不同方案,不加任何成膜助剂和助溶剂,分别制备了低、中、高3种PVC的内墙涂料。其中方案1:采用HE型核壳结构乳液;方案2:采用低Tg的均相乳液(Tg值0-5℃);方案3:采用高Tg和低Tg的均相乳液拼合使用。考察不同制备方案对零VOC内墙涂料的性能影响,结果见表4。

表4不同方案制备的零OC内墙涂料的性能比较

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由表4可知,采用不同方法制备零VOC内墙涂料,在不加任何成膜助剂情况下均可以制得MFFT在5℃以下的内墙涂料,且随着PVC的提高,MFFT降低。由表中数据可以看出,采用高、低Tg乳液混拼制备的零VOC内墙涂料,在不同PVC下,尽管涂膜硬度和耐沾污性均较好,但其耐洗刷性均较差,原因可能是本实验中高Tg乳液的Tg已很高(>60℃)远远高于实际环境成膜温度(25℃),其乳胶粒很硬,在不加成膜助剂的情况下,在涂膜中仅起填充作用,相当于有机填料,提高了涂料的PVC,从而使涂膜的耐洗刷性大大降低,随着时间推移,易发生开裂脱落。而单纯采用低Tg乳液配制零VOC内墙涂料,在低PVC时由于涂膜中基料含量高,表面硬度低,抗污性差,不能满足使用要求。但在高PVC情况下,由于涂料体系中基料含量少,涂膜硬度主要由颜填料决定,因而硬度较高,耐沾污性较好,也可满足一些场合的使用要求。对于HE型核壳乳液制备的涂料,在比较宽的PVC范围均可制得符合实际使用要求的内墙涂料。此外,从表中还可看出:乳液本身的低温稳定性对于涂料的冻融稳定性有很大的影响。


2.4润湿剂的种类及用量对涂料性能的影响

内墙涂料中通常选择的润湿剂为表面活性剂,不属于VOC范畴,它不仅可以改善颜填料对水的润湿性及涂料的分散稳定性,而且可以改善涂料的冻融稳定性。此外,在零VOC内墙涂料中添加一定量的润湿剂可以延长漆膜开放时间,改善涂料的施工性和涂膜的流平性。

本试验选择冻融稳定性较差的核壳乳液作基料,考察了不同种类的润湿剂及其加量对内墙涂料性能的影响,结果见表5。

表5润湿剂种类及用量对零VOC内墙涂料性能的影响

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由表5可以看出,在乳胶涂料中加入一定量的润湿剂不但可以提高涂料的冻融稳定性,而且能降低涂料的触变指数,增加涂料的流动性,改善涂膜的流平性,使涂膜平整、光滑细腻。但是由于大多数润湿剂为表面活性剂,加入涂料中,会增加涂料的起泡性,而且加量越大起泡性越强。由实验结果可知,润湿剂I和Ⅱ的抗起泡性较好。润湿剂Ⅲ对涂料冻融稳定性的改善有很大提高,但是会降低涂膜的耐水性而使耐洗刷性下降润湿剂的加入会使增稠剂的增稠效果明显降低,这对疏水改性碱溶胀型(HASE)及聚氨酯型(HEUR)增稠剂尤为明显。

2.5成膜温度对涂料成膜性和涂膜性能的影响

涂料的施工环境温度对涂膜的性能有着直接影响,制备内墙涂料通常要求其最低成膜温度低于5℃(最好接近于0℃),为了考察施工温度对涂膜内在性能的影响,本试验选择不同的成膜温度,考察了各类涂料的成膜情况及对涂膜耐洗刷性的影响,结果见表6

表6不同成膜环境温度对零VOC涂料的成膜情况及对涂膜耐洗刷性的影响

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由表6结果可知,涂料在不同成膜温度下,只要能形成均匀连续的膜,其耐洗刷性基本不受成膜温度高低的影响。表中各种涂料在2-3℃温度下干燥7d后,其涂膜耐洗刷性都较差,这可能是因为涂膜还没有完全干透所致。由此也说明,采用核壳乳液制备的零VOC内墙涂料,干燥成膜后,其涂膜的内在性能与普通涂料相近。

2.6其它助剂的选择

2.6.1分散剂的选择

内墙乳胶漆中目前常用的分散剂为聚羧酸盐。这类分散剂以水为分散介质不含任何有机溶剂,通常为铵盐和钠盐两类。为了进一步减少VOC,本实验采用聚丙烯酸钠盐型分散剂,该类分散剂对无机颜填料有很好的分散性且完全不含VOC,特别适用于本涂料,其用量为涂料的0.5%-1.0%。

2.6.2消泡剂的选择

内墙涂料制备过程中必须加入少量的水性消泡剂以确保涂料及其涂膜有良好的外观。常用的消泡剂有矿物油类、有机硅类以及有机极性化合物类。其中前两类消泡剂中挥发性有机化合物含量较少,主要为一些有机硅、无机硅(SiO2)金属皂、矿物油、水及乳化剂的混合物。由于消泡剂用量仅占涂料的0.1%~0.3%,选择该两类消泡剂对VOC的贡献可以忽略不计。本试验选择内墙涂料常用的矿物油类消泡剂,这些消泡剂消泡、抑泡及脱泡效果好,并且不易引起涂膜产生鱼眼、缩孔等弊病。

2.6.3防霉剂的选择

防霉剂的种类很多,有取代芳烷类、杂环化合物(如苯并异噻唑啉酮类)胺类化合物、有机金属化合物(如有机汞、有机锡、有机砷)等。目前乳胶漆主要用的防霉剂为甲醛释放型和异噻唑啉酮类化合物。本项目选择不含甲醛和重金属及有机溶剂的异噻唑啉酮类防霉剂,其添加量为涂料的0.1%~0.2%。

2.6.4流变增稠剂的选择

乳胶漆常用的增稠剂有3大类:纤维素、丙烯酸乳液类、聚氨酯类。其中大多数聚氨酯类增稠剂通常含有一定量的有机溶剂,在选择该类增稠剂时必须考虑其对VOC的影响。丙烯酸乳液型增稠剂分为两种类型:一类是碱溶胀型(ASE),另一类是疏水改性碱溶胀型(HASE).该两类增稠剂基本上不含有机溶剂,其中后者具有较好的流平性和施工性。本实验选择羟乙基纤维素(HEC)和HASE搭配使用,使所制备的涂料既具有良好的储存稳定性、开罐效果、施工性和涂膜外观,又不致于增加涂料的VOC。

2.6.5pH调节剂

乳胶漆中常用的pH调节剂为氨水、高分子胺化合物(如AMP95)以及氢氧化钠水溶液,本实验选择25%的氢氧化钠水溶液调节涂料pH值为7-9,这样既不会增加涂料的VOC,又可避免氨水过量产生的刺激性气味。


标签:家装家具涂料原材料辅料与设备涂装应用技术中心墙面漆涂装涂料助剂
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