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一種高性能水性環氧丙烯酸外墻涂料的研究,水性涂料以水為溶劑,因其無毒無味的特性而越來越受到人們的喜愛
2019年06月08日    閱讀量:220    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

前言

水性涂料以水為溶劑,因其無毒、無味的特性而越來越受到人們的喜愛。采用水性乳液制備的涂料近年來成為研究熱點,純環氧乳液制備的環氧系列涂料由于其優異的附著力和耐化學藥品性能,有著廣泛的應用前景和市場價值。但環氧系列的涂料一直存在耐候性差的問題,限制了其在外墻涂料中的應用中國建材網cnprofit.com。為解決這一問題,本研究用核殼乳液聚合法制備的環氧丙烯酸乳液制備了一種外墻涂料,環氧丙烯酸系列涂料通過環氧樹脂與丙烯酸酯化學鍵的結合,既增加了兩者的相容性,又把丙烯酸酯耐候性好,光澤度高,玻璃化溫度可調的優點與環氧樹脂的優點相結合,充分發揮了二者的優勢,具有重要的現實意義和研究價值。

 

1 實驗部分

1.1 原料

主要原料見表1,主要設備儀器見表2。

環氧丙烯酸外墻涂料主要實驗原材料

1.2 涂料配方

環氧丙烯酸外墻涂料配方

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注:該配方為生產1t A 組分所需各個物料的用量。

1.3 涂料制備

將不同功能的助劑依次加入塑料燒杯中,以200~300r/min 的轉速攪拌5~10min,使其分布均勻;向體系中加入粉料,并在1500~2000r/min 的轉速下分散20~30min,此時制得分散體系。調節轉速為800~1000/min,向上述制得的分散體系中加入自制的環氧丙烯酸乳液,攪拌時間為15~20min,即得環氧丙烯酸外墻涂料。

1.4 性能檢測

1.4.1 漆膜的制備

按照GB/T 1727-92《漆膜一般制備法》制備漆膜。

1.4.2 漆膜光澤度的測定

采用型號為KGZ-60 的光澤度儀測量漆膜光澤度。

1.4.3 漆膜色差值的測定

采用型號為CM-2300d 的分光測色計測量漆膜色差值。

1.4.4 漆膜綜合性能評價

參照GB/T 9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》對漆膜綜合性能進行評價。

 

2 結果與討論

2.1 不同體系純乳液加鈦白粉制備漆膜的定量紫外光耐候性測試

一直以來,純環氧體系涂料的耐候性較差,一般不能用作外墻漆,為解決純環氧體系涂料的這一使用缺陷,本研究以環氧丙烯酸體系為主要研究對象,開發了一種適用于室外的墻面乳膠漆。本試驗對純丙烯酸體系、苯丙體系、環氧丙烯酸體系、純環氧體系四個不同體系的純乳液加鈦白粉制備的漆膜進行了紫外光耐候性實驗,漆膜在常溫下干燥24h 后置于紫外光照箱中,每隔24h 觀察漆膜顏色變化,并用光澤度儀和色差儀測量漆膜光澤度和色差值。具體測量結果見表4。

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不同時間下漆膜的光澤度和色差值

從表4 中數據可以看出,隨著紫外光照時間的延長,涂膜光澤度下降,涂膜相對于標準板的色差值越來越大,純丙烯酸體系、苯丙體系和環氧丙烯酸體系的涂膜色差值雖然有所變化,但變化不大,涂膜沒有呈現出較為明顯的顏色變化。而純環氧體系由于環氧樹脂的耐候性差,在長時間紫外光照下,涂膜發黃,不適宜用作外墻涂料的制備。因此,可選用環氧丙烯酸體系開發外墻涂料,不僅耐候性好,還能提供優異于純丙烯酸體系與苯丙體系的硬度與附著力,達到外墻涂料的使用要求。


2.2 不同方式得到的環丙乳液制備清漆性能比較

一般來說,環氧丙烯酸乳液有2 種制備方法,本文選用的環氧丙烯酸乳液由水性化后的環氧樹脂與丙烯酸酯接枝共聚制得,是一種核為丙烯酸酯,殼為環氧樹脂的核殼乳液,也有人提出,是否可簡化實驗方法,直接將市場上現有的純環氧乳液與純丙烯酸乳液進行物理共混,這樣也能制得一種環氧丙烯酸乳液。為了驗證此種方法是否可行,進行了以下試驗。表5 為不同丙烯酸乳液與同一純環氧乳液(本實驗室自制)按質量比1∶1 物理共混后加固化劑制備清漆配方及漆膜性能。

不同種類乳液清漆涂膜性能

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從表5 中數據可以看出將兩種乳液物理共混后得到的環氧丙烯酸乳液制備的清漆表干時間較長,而且清漆膜發白,硬度及附著力尚可,耐水性能不佳。造成清漆表干時間過長的原因可能是共混后的環氧乳液與丙烯酸乳液并不能很好地相容,這就導致乳膠粒子容易發生聚集,環氧乳液的乳膠粒子與丙烯酸乳液的乳膠粒子不能均勻分散在環氧乳液與丙烯酸乳液共混后形成的連續相中,因此會出現涂膜不干的現象。而采用核殼乳液聚合法制得的環丙乳液適用期及表干時間適中,硬度能夠達到4H,附著力為1 級,最重要的是通過化學接枝共聚制得的環丙乳液耐水7d 沒有問題,這主要是因為化學接枝共聚制得的環丙乳液在成膜過程中,隨著水分的揮發,乳膠粒子緊密堆擠,殼層乳膠粒子受擠壓變形,與核層乳膠粒子相互融合形成連續相,從而清漆膜透明,漆膜性能佳。

2.3 顏基比對外墻涂料耐沾污性能的影響

本文主要解決的是傳統純環氧涂料耐候性差的問題,通過以上實驗已證實可采用核殼乳液聚合制得的環氧丙烯酸乳液制備外墻涂料。同時,外墻涂料的PVC 也是影響漆膜耐沾污性的重要因素。

顏基比即顏料體積濃度(Pigment VolumeConcentration,簡稱PVC),是指顏料在干膜中所占的體積百分數,而臨界顏料體積濃度(CPVC)則是指基料剛好完全包覆住顏填料顆粒表面時的PVC。對于涂料來說,PVC 是一個重要的指標。當PVC 小于CPVC 時,涂膜中空隙率低,涂膜致密,空氣中的灰層等難以吸附在涂料表面,漆膜耐沾污性較好;而當PVC 大于CPVC 時,此時體系中的樹脂不能完全包裹顏料粒子,從而導致涂膜的致密性下降,漆膜耐沾污性也隨之下降。一般來說,選擇涂料的PVC接近其CPVC,PVC 不宜太高也不宜太低。為了確定合適的PVC,做了以下實驗。

2.3.1 PVC 對漆膜致密性的影響

采用ASTM-D6583-2010 (用礦物油吸收法測定漆膜孔隙度的試驗方法)測試了不同PVC 含量的9 組環丙外墻涂料的孔隙率值,如圖1 所示。

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PVC 對漆膜孔隙率的影響

從圖1 中可以看出,隨著PVC 的不斷增大,漆膜的孔隙率逐漸增大,在PVC 達到45%時,漆膜的孔隙率發生突變,之后繼續增加PVC,漆膜孔隙率急劇增加。這是因為在PVC 達到CPVC 之前,涂料體系中的顏填料粒子均有足夠的乳膠粒子包裹,在理想的均勻分散狀態和均勻成膜狀態,漆膜基本是沒有孔隙率的,一旦PVC 超過CPVC,越來越多的顏填料粒子無乳膠粒子包裹,導致大量空氣和不夠用的乳膠粒子共同占據了顏填料之間的空隙。從以上分析可以初步判定,本實驗環丙外墻涂料的CPVC 大約為45%。

2.3.2 PVC 對漆膜耐沾污性的影響

測試不同PVC 樣品漆膜的反射率下降值來表征漆膜的耐沾污性能[ 6 ],漆膜的反射率下降值越大,耐沾污性越差,反之,耐沾污性則越好[ 7 ]。PVC 對漆膜耐沾污性能

的影響見圖2

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PVC 對漆膜耐沾污性的影響

從圖2 中可以看出,漆膜的反射率下降值隨著PVC 的增大先逐漸減小,當PVC 增加至45%時,漆膜反射率下降值達到最小值,繼續增加PVC,漆膜反射率下降值急劇增加。這一過程說明耐沾污性隨著PVC 的增加逐漸得到提高,提高到一定程度后,耐沾污性急劇下降。這就充分說明了PVC 是影響環丙外墻涂料耐沾污性的重要因素。

綜上所述,選擇該外墻涂料的PVC 為45%是合適的。

 

3 性能表征

3.1 物理共混環丙乳液與化學接枝共聚環丙乳液紅外譜圖比較

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物理共混環丙乳液紅外光譜圖

化學接枝環丙乳液紅外光譜圖

從圖3 與圖4 中可以看出與物理共混的環丙乳液的紅外光譜圖相比,化學接枝的環丙乳液在1729.79cm-1 處的C=O 吸收峰增強,這是由于乳液聚合過程中環氧單體與丙烯酸類單體發生自由基聚合反應導致的。2 種不同制備方法的乳液在1243.39cm-1,916.11cm-1,767.48cm-1 處的環氧基團特征吸收峰都存在,而物理共混的環丙乳液在1636.07cm-1 處存在C=C 的吸收峰,化學接枝的環丙乳液在1636.07cm-1 處的C=C 的吸收峰消失,進一步說明了物理共混的環丙乳液環氧基團與丙烯酸單體的雙鍵未發生自由基聚合反應,只是單純的物理共混。

3.2 環丙外墻涂料的TG 分析

圖5 是在優化配方及優化工藝條件下制備的外墻涂料成膜后的TG 曲線圖。由此曲線圖可知在200℃時,涂料質量開始發生損失,失重率為3.29%,之后隨著溫度的增加,涂料質量還在不斷發生損失,當溫度達到365.14℃時,涂料失重率達到最大值,此時的失重率為25.65%,繼續增加溫度,涂料失重率變化不明顯,因此該外墻涂料熱穩定性好。

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外墻涂料的TG 曲線圖

4 小結

本文研究開發了一種由環氧丙烯酸酯復合乳液制備的外墻涂料,該外墻涂料結合了環氧樹脂與丙烯酸酯的優點,又著重解決了純環氧外墻涂料耐候性差的問題。其中四個不同體系乳液加鈦白制備的漆膜的定量紫外光試驗證實了環丙體系確實具有較好的耐候性,適合用于制備外墻涂料,而通過物理共混乳液制得的環丙乳液表干時間長,涂膜發白,不具有實用性。2 種不同方式制備的環丙乳液的紅外光譜圖的比較也證實了通過化學接枝共聚制得的環丙乳液環氧基團與丙烯酸單體的雙鍵確實發生了自由基聚合,涂膜致密,漆膜性能佳。當該外墻涂料的PVC 為45%時,其耐沾污性能最好。該外墻涂料的TG 曲線圖證實了其具有較好的熱穩定性。


一種高性能水性環氧丙烯酸外墻涂料的研究

沈志明1,2,楊亞萍1,李晴1,2,李安寧1(1.江蘇豐彩新型建材有限公司,江蘇南京210046;2.江蘇省既有建筑綠色化改造工程技術研究中心,江蘇南京210046)


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