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浅谈内墙厚涂开裂的解决方法,各种高PVC(颜料体积浓度)乳胶涂料不断涌现,从乳液本身来分析,检测内容(方案实施)
2019年06月08日    阅读量:298    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

针对内墙乳胶漆在厚涂开裂上的缺陷,通过在无石棉纤维腻子板上调整乳胶漆成膜助剂、涂膜厚度和兑水比例,观察乳胶漆的厚涂开裂情况并进行对比,得出厚涂开裂与成膜助剂、涂膜的厚度、刷涂质量以及刷痕有关,其都会影响涂膜在低温下的成膜速率,并浅谈了厚涂开

0 前 言

随着涂料原料价格的上涨,各种高PVC(颜料体积浓度)乳胶涂料不断涌现。在高PVC乳胶漆的设计中,内墙乳胶漆因具备环境友好、易施工、价廉、装饰性强等优点,一直以来都是室内墙面装饰的主流。由于市场需求量大,国内内墙乳胶漆的生产企业繁多,其中以中低价位的中高PVC内墙乳胶漆市场占有率最大,但同时要保证有足够的性能涂料在线coatingol.com。但与此同时也产生了一个新的问题:粉料的增多,导致粉料间隙没有足够的乳胶粒子去相互结合,堆积密度减少,成膜过程中乳胶粒子不够紧密,导致有开裂的现象产生,尤其在低温下更严重,实际情况下由于填充墙自身墙体与不同结构层结合处开裂。特别是近来反映较多的内墙涂料开裂和脱皮现象直接影响到住户使用功能和建筑物视觉效果,给人们生活带来极大不良影响。

 

1 厚涂开裂原因分析

1.1 从乳液本身来分析

水性乳液成膜要经过3个过程:水分挥发、乳液粒子聚集、粒子压缩融合聚结,最终形成涂膜,乳液粒子在成膜过程中经过压缩、融合阶段[1]。粒子形成蜂窝状六边形结构的事实已被扫描电子显微镜所证实,可知成膜过程中阶段多,并且微观上是非分子级的。任何阶段都有可能产生不完全性,特别是最后阶段,乳液粒子是借助于成膜助剂形成均匀连续相,是水性涂料的最终性能的根本保证。成膜时,成膜助剂在融合乳液粒子的过程中起到了十分重要的作用。在成膜助剂的作用下,乳液粒子被软化和溶胀,粒子之间的界面张力消失,此时颗粒间的毛细管力比颗粒间的斥力大,使颗粒间相互流动、作用、聚结,从而形成连续均匀的涂膜。

水性涂料的完全聚结是一个很慢的过程。聚结速度受环境温度和玻璃化温度(Tg)的影响。特别是在施工温度低于乳液的Tg时,没有成膜助剂的存在不能成膜。而且成膜助剂的种类也很多,但是并非所有的成膜助剂都有作用,有作用的其作用大小也不一样。对一个体系效果很好的成膜助剂在另一个体系中可能完全无效。成膜助剂的用量直接影响到涂料的MFFT。但并非正比关系,开始时影响较大,再多加影响越来越小,到一定用量以后MFFT几乎不再降低。因此首先要选最优的成膜助剂的种类,然后要控制好成膜助剂的用量,在满足成膜效果的前提下,成膜助剂的用量越少越好。

1.2 从Tg来分析

涂膜的硬度与成膜物质的玻璃化温度(Tg)密切相关,用硬单体或刚性链段合成乳液可以制成高玻璃化温度的产品,Tg高的乳液涂膜硬度高,然而低温成膜性可能不好。选用合适的成膜助剂虽然能在一定程度上解决Tg(高硬度)和低温成膜性的矛盾,但是更好的方法是改变乳液粒子的结构。普通的丙烯酸乳液技术不能兼顾低温成膜性和高玻璃化温度(高硬度)这对矛盾的性能要求,二者折中的产品通常性能一般,但是核壳技术可以解决二者的兼顾问题[2]。核壳结构乳液将两种不同性能的聚合物很好地统一在一个体系中。最常用的是硬核软壳型乳液,软壳有较低的玻璃化温度,能保证水性涂料在较低的温度下成膜,由于壳层软更有利于乳胶粒子的融合,形成的涂膜均匀致密,耐水性极大提高,硬核的Tg高,能给涂膜足够的硬度,耐沾污和抗粘连性也有很大的改善。但低温施工往往会出现成膜不良的现象,通常表现为开裂(微小细裂纹),严重的甚至会形成一层毫无附着力的粉状物,出现涂膜边缘卷起等现象。

1.3 从涂膜的致密性来分析

乳胶粒子的粒径越小,堆积密度越高,涂膜会越致密。当乳胶粒子相互之间聚结融合的速率大于粒子之间的静电斥力,能够更好地融合成均匀致密的涂膜。但乳胶粒子融合扩散需满足一个条件:要求乳胶聚合物体系中有25%的自由体积,因此乳胶的成膜温度必须高于乳胶聚合物体系的Tg。而由于颜填料的影响,乳胶漆的最低成膜温度还是会比乳胶聚合物的成膜温度高。成膜助剂多为树脂乳液的高沸点良溶剂,使其变软,使乳液粒子流动性(或者说分子链段的蠕动性)加强,为乳胶粒变形融合成连续均匀的膜提供了足够的自由体积,加强了颗粒间的聚结作用,使涂膜致密,因此要选择合适的成膜助剂种类和用量。

1.4 从刷涂的质量和厚度来分析

刷涂不均匀和厚涂的涂膜相比于刷涂均匀和较薄的涂膜更容易出现开裂的情况,在低温高湿等苛刻环境下会更加严重。刷涂不均匀的涂膜在干燥过程中容易产生应力集中点,导致开裂产生。厚涂的涂膜,在干燥过程中,由于水分挥发的速率不一样,导致边缘和表层的涂膜先干燥成膜,表面张力变大,中间内部的组分随着水分的挥发,黏度会明显升高,一旦产生不均质的现象(如体积限制性絮凝等)就会很容易导致涂膜表面开裂的现象发生。

 

2 检测内容(方案实施)

2.1 检测方法

在A4的高密度无石棉纤维板上批刮腻子,底材符合JC/T 412.1—2006中NAF(无石棉)待干燥后用砂纸打磨平整,在A4大小的腻子板上用600 μm、 800μm、1 000 μm和2 000 μm制膜器刮膜后,立即放入5 ℃低温箱中,将毛刷用水润湿后刷涂,要求涂膜尽量均匀,待涂膜实干后观察涂膜表面开裂情况进行对比。同时也对比加水10%和25%的情况下的低温厚涂开裂情况。

2.2 实验仪器及材料

2.2.1 实验仪器

实验用仪器见表1。

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3 实验部分

3.1 内墙检测配方

内墙用检测配方见表3,分别为腻子材料和样漆材料。

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内墙检测配方

样漆检测配方(13%)

3.2 乳胶漆的配制

3.2.1 乳胶漆的生产工艺流程

乳胶漆的生产工艺流程可用图1。


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乳胶漆的生产工艺流程

3.2.2 浆料及乳胶漆的配制

(1)将水及羟乙基纤维素(HEC)加入高速分散剂,搅拌溶解后再加入润湿剂、分散剂、pH值调节剂、部分消泡剂,分散均匀。

(2)加入颜填料(R-996、CC-1250、CC-800、DB-80)调至转速2 000~2 500 r/min高速分散30 min。

(3)调低转速约1 000~1 500 r/min加入防腐剂、防冻剂、成膜助剂、水,调低转速500 r/min以下加入部分消泡剂消泡,继续分散5~10 min,用150#滤布过滤即可制得乳胶漆浆料。

(4)待浆料恢复至常温称取一定量的乳液和浆料混合,在转速约为500~1 000 r/min的高速分散机上分散大概15 min即可。

3.2.3 厚涂开裂现象及结果分析

(1)对比600 μm和800 μm在5 ℃低温养护24 h,并观察涂膜厚涂开裂情况,如图2所示。

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600 μm和800 μm厚涂开裂情况

实验结果:涂料1在不同厚度下测试厚涂开裂性,5 ℃低温箱成膜,600 μm无开裂,800 μm有一条轻微裂痕。

(2)对比1 000 μm和2 000 μm在5 ℃低温养护24 h,并观察涂膜厚涂开裂情况,如图3所示。

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1 000 μm和2 000 μm厚涂开裂情况

实验结果:涂料1在不同厚度下测试开裂性能, 5℃低温箱成膜,1 000 μm边沿明显开裂,2 000 μm出现严重的开裂。

(3)在A4大小的腻子板上刷涂2 000 μm并在5 ℃低温养护24 h,通过添加不同成膜助剂来对比涂膜厚涂开裂情况,如图4所示。

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添加m(Texnoal)∶m(DPM)=1∶1和OE-400厚涂开裂 情况

实验结果:5 ℃低温箱成膜,对不同的成膜助剂进行测试,涂料2为m(Texnoal)∶m(DPM)=1∶1,出现了非常严重的开裂现象;涂料3为OE-400的高沸点成膜助剂,较涂料2比,开裂现象得到了明显的改善。

(4)在A4大小的腻子板上刷涂2 000 μm并在5 ℃低温养护24 h,漆样兑水10%和25%对比涂膜厚涂开裂情况,如图5所示。

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兑水10%和25%厚涂开裂情况

实验结果:5 ℃低温箱成膜,涂料3(加入OE-400),在兑水10%后,2 000 μm有边缘明显的开裂;在兑水25%后,2 000 μm涂膜中间有严重的开裂现象。

(5)在A4大小的腻子板上的膜刷涂2 000 μm并在 5℃低温养护24 h,通过添加不同的增稠剂来对比涂膜的厚涂开裂情况。

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添加HEC和RM-2020厚涂开裂情况

实验结果:5 ℃低温箱成膜,涂料4(加入HEC)2 000 μm涂膜开裂非常严重;在加入疏水改性非离子聚氨酯(RM-2020)后,2 000 μm涂膜无开裂现象。

 

4 解决方案

(1)乳液合成技术可以选择核壳或者其他能够解决低温成膜性和高玻璃化温度(高硬度)这对矛盾的性能要求,或者引入含氟、硅单体作偶联剂,提高成膜的致密性。

(2)选用成膜效率高,并且是树脂乳液的良溶剂,实验发现,含有羟基的成膜助剂水溶性好,且能包裹乳液粒子,软化粒子,能与涂料更好地融合,其中OE-400软化乳胶粒子的能力更为突出。

(3)施工上尽量涂刷均匀,辊筒尽量使用干净的或新辊筒,兑水尽量控制在10%~20%,不要超过20%。

(4)乳胶漆配方中加入疏水改性非离子型聚氨酯增稠剂,涂膜在成膜过程中随着自由体积的减少,黏度上升,防止流挂,能与乳胶粒子缔合,不容易因黏度上升而产生体积限制性絮凝。另外涂膜还能保持一定的流平性,涂膜成膜后表面比较均匀,不容易导致开裂。

(5)刷涂不均匀的涂膜在干燥过程中容易产生应力集中点,导致开裂现象。厚涂的涂膜,在干燥过程中,由于水分的挥发速率不一样,导致边缘和表层的涂膜先干燥成膜,中间内部的组分随着水分的挥发,黏度会明显升高,一旦产生不均质的现象(如体积限制性絮凝等)就会很容易导致涂膜表面开裂的现象发生。尽量保证刷涂的均匀性及表干和实干速率的接近。


5 结 语

厚涂开裂现象是内墙乳胶漆在实际施工应用中的一项严重缺陷,本文通过一系列实验来研究造成厚涂开裂情况的原因。实验表明,成膜助剂的种类及用量、施工时兑水比例、高剪切应力下涂膜的均匀性、配方中增稠剂的合理搭配等是切影响内墙乳胶漆厚涂开裂的主要影响因素,通过对配方体系的调整与合理施工是能够对厚涂开裂情况进行改善的。


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