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外墻彈性涂料配方設計與新標準的接軌,涂料生產單位也需要對涂料的制備工藝及配方進行相應的調整
2019年06月08日    閱讀量:250    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

自1994 年陶氏化學(原羅門哈斯)公司將其彈性乳液A C-2438 引入中國市場以來,彈性涂裝已成為建筑外墻保護的重要手段,最初的彈性涂料的國家標準均是按AC-2438 所能達到的性能制定。經過20 多年的發展, 彈性乳液制備技術也相應取得了驚人的進步,在高低溫彈性、耐水性和耐沾污性方面均取得了大幅提升,為此2014 年我國建筑工業行業對彈性涂料標準進行了重新修訂,為適應新標準的技術要求,彈性乳液生產單位需要對乳液配方進行全新設計,涂料生產單位也需要對涂料的制備工藝及配方進行相應的調整。

 

1 實驗部分

1.1 彈性涂料的制備基本配方見表1中國建材網cnprofit.com

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彈性涂料基本配方

1.2 彈性涂料的制備

制漿:在適宜的容器內依次加入水、各助劑,攪拌均勻。攪拌下再加入顏填料,攪拌、分散至細度合格,制成色漿備用。

調漆:攪拌下向色漿中加入乳液XG-2135、消泡劑154、增稠劑XG-60,攪勻后補齊配方量的水,攪勻后,制成成品漆。

1.3 樣條的制備

按照JG/T172—2014 7.1 執行。

1.4 涂膜力學性能的測試

常溫斷裂強度與斷裂伸長率按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 結果與討論

2.1.彈性在新舊標準下的差異

(1) 2015 年開始執行的新標準重點對彈性涂料的技術要求及測試條件進行了更改和修正。

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新舊標準的技術要求

從新舊標準對比可知, 新標準采用80 ℃下烘烤96 h 停放3 d 的養護條件,比舊標準先進,可革除涂料中的成膜助劑對漆膜彈性的影響,革除了依賴成膜助劑來保證分析檢測階段的符合技術要求的可能性。新標準的養護條件的改變,還可間接反應漆膜的耐熱老化性能,這對于耐老化性能差的彈性涂料,可提前反映出真正使用條件下的耐老化性能的好壞。新舊標準的另一差別就是新標準中樣片在測試前進行紫外光照,這也是為提前反映出真正使用條件下的耐老化性能的優劣,更好地指導彈性乳液中光敏交聯劑選擇的正確性。

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樣片的養護條件新舊標準

(2) 2015 新標準J/T172—2014 中改變了成膜時的養護條件

膜養護中需要熱烘,這就排除了里面殘留的成膜助劑來影響提高彈性的因素。彈性和強度是矛盾的統一體,優異的乳液的漆膜強度應在不加成膜助劑下強度隨應變的增大而增加,但實際情況是以丙烯酸酯共聚物為成膜物質的涂料很難做到這一點。表4 是以XG-2135 為基礎乳液,按照新標準養護條件測得的成膜助劑teaxnol 的殘留量對漆膜的力學性能的實驗。表4 實驗結果表明:隨著熱烘,彈性會有較大程度下降,強度就會上升。新國標的出臺使得以前很多徘徊在舊國標邊緣的涂料不再符合標準。

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(3) 2015 新標準J/T172—2014 中改變了耐沾污測試的條件

新標準測定耐沾污性前增加了對涂膜進行紫外燈照射的制樣條件。紫外照射與否對涂膜的耐沾污性的影響結果。

涂膜紫外燈光照射前后的耐沾污能力對

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圖1 的結果說明,對含紫外光吸收劑的涂料耐沾污性更容易通過。

2.2 流變助劑的影響及選擇

增稠劑在涂料中不僅起到了增稠的作用,同時也能增加涂膜的物理性能。實驗證明,聚氨酯增稠劑對彈性的正面影響最好,XG-60 等堿增稠劑對提高涂膜強度有很好的作用。兩種增稠劑搭配使用時性能會出現很大的差異。

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增稠劑種類及用量對涂膜力學性能的影響

表5 的結果說明,聚氨酯增稠劑對涂料斷裂伸長率影響最好, 堿溶漲和締合型增稠劑比例按1∶3 添加時強度最高。

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不同增稠劑對乳液成膜性能的影響

從表6 的結果可以看出,聚氨酯增稠劑對水性涂料的強度低,堿溶漲和締合型增稠劑強度高。

2.3 顏填料的選擇

顏填料種類及配比乃至總量與總聚合物之比(PVC)對涂膜的拉伸斷裂行為均有重要影響。一般顏填料的細度越小,補強能力越高,斷裂伸長越大,斷裂強度越高,PVC 越大,斷裂伸長越低。

2.3.1 顏料體積濃度對涂膜力學性能的影響

圖2 分別是顏料體積濃度(PVC) 在11%(紅)、26%(藍)和32%(綠)時下的拉伸行為。

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不同PVC 對應力和應變曲線的影響

從圖2 可以看出,隨PVC 值升高,涂膜的彈性降低,強度增大,這與預測的結果相符,這也是為什么彈性涂料配方設計時,PVC 一般在較低的范圍內, 以保證其彈性的原因。

2.3.2 顏填料種類細度對涂膜力學性能的影響

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PVC 對力學性能的影響

相同的PVC 下,不同顏填料及細度也會嚴重影響

涂膜的力學性能。表8 是不同顏填料種類及細度對涂膜力學性能的影響結果。

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表8 的結果說明,相同PVC 下,顏填料的種類及細度對涂膜的力學性能有重要影響。顏填料相同時,細度對涂膜的力學性能的影響有一峰值,并不是顏填料細度越細越好,這說明的顏填料細度的變化,比表面積增加,對聚合物補強能力增加,但當顏填料粒子太細后,顏填料體積濃度增加,導致聚合物對顏填料的潤濕、包裹能力下降,結果是斷裂伸長降低。因此,對于彈性涂料配方設計, 不僅要考慮顏填料的性質,還要考慮顏填料顆粒的細度。


2.3.3 顏填料復配對彈性涂膜力學性能的影響

在彈性涂料中,顏填料不僅要提供著色和填充功能,還要兼顧各顏填料對涂膜力學、耐老化性能的影響,因此,在彈性涂料實際配方設計中往往使用多種顏料進行復配才能達到最佳的涂膜性能。


片狀結構的顏填料與丙烯酸酯共聚物相容不好,往往導致涂膜的力學性能下降; 針狀結構的顏填料,可增加涂膜的強度,但往往會引起彈性的降低;球形結構的顏填料,如重鈣與聚合物相容性優于上述2 種結構,是彈性涂料使用最多的一種填料。金紅石型鈦白因分散容易,耐戶外老化性能好,是各種外墻涂料首選的白色顏料,也是彈性涂料配方設計中常用的顏料。沉淀硫酸鋇因耐酸雨效果好,填充性好,為外墻涂料首選的填料。硅灰石粉是外墻涂料常用的填料,對涂膜的補強性好,但耐酸雨能力差,實際使用時用量必須控制在一定范圍內。表9 是不同顏填料復配的涂膜力學性能測試結果。

從表9 可以看出,不同顏料的復配對涂膜的力學性能影響顯著。

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不同顏填料復配的涂膜力學性能測試結果


3 彈性涂料配方設計的其他問題

3.1 彈性涂料的耐水問題

彈性涂料的耐水問題是重中之重。涂料的初期耐水取決于乳液的基本性能,如果Tg 太低,彈性固然會很好,但耐水卻成了致命傷,所以在追求彈性和強度的同時,更應該注重涂料的耐水性問題,否則,施工后遭遇一場大雨就會出現涂膜大面積起泡問題,時間一久, 涂料就會失去附著力而從建筑物墻體上脫落,失去對墻體的保護作用。


3.2 彈性涂料的開裂問題

彈性涂料如果進行厚涂,涂膜表干快、而實干很慢,常常會產生開裂問題。溶劑油在揮發過程中能帶出一部分水來,能有效解決這種問題,這也是很多涂料廠里面添加200# 溶劑油的原因。或許我們可以找一種合適的成膜助劑來解決這種開裂問題。以拉毛涂料涂裝工藝為例,這種涂裝要求施工很厚,除了選用合適的成膜助劑以外,還要選用合適的顏填料。經驗顯示, 中涂的顏填料最好選用粒徑較粗的粉體材料,且其所占的比例要適中。因為拉毛工藝要求的黏度很高,如果顏填料的比例太低,涂料就很難增稠;顏填料比例過高,很難進行分散,基于成本也很難加夠足量的乳液,所以只能選用粒徑粗的顏填料。其次,彈性中涂在防開裂方面起著更大的作用,因為墻上的彈性依靠很厚的涂層比很薄的面涂更有效果。


3.3 彈性涂料的調色問題

涂料調色后, 有的會出現浮色發花和雨痕的現象,在調色中常用的色漿有4 種:炭黑、鈦菁藍、鐵紅和鐵黃。炭黑漿里面有大量的潤濕劑,而且分散時添加的潤濕劑的類型多種多樣。鐵紅和鐵黃密度太大,后期需要添加增稠劑用量來提高穩定性。如果不知道色漿中的主要成分, 在使用色漿進行涂料調配色時, 就容易因涂料漿料與色漿的親水親油平衡值(HLB) 相差太大, 而出現涂料和色漿不相容的問題。涂料的浮色發花很大一部分是由于施工所選用的膩子成分以及施工時涂刷的厚薄不均引起的。為了避免浮色發花,施工時往往是先刷一道封閉底漆,先把底材泛堿的問題解決掉,再去調整分散劑和潤濕劑的種類和用量。相比之下,還是選一種優秀的乳液和一種穩定的色漿更經濟簡單。


3.4 彈性的耐沾污問題

因為彈性涂料乳液的Tg 很低,要想提高耐沾污性最有效的辦法就是提高涂膜的致密性。很多涂料廠家往里面混拼Tg 很高的苯丙乳液,就是為了提高它的耐沾污性能。


3.5 乳液的選擇

乳液含量一般在50%~60%左右, 一般很少有超過70%的乳液,乳液的固含量越高,就越不容易穩定。原因可以從堆積密度考慮,堆積的太密,則需要更多的電荷來穩定。乳液含量太低、成膜物質太少就會影響涂膜的質量。乳液的黏度和成膜物質沒有關系,但和乳膠粒子的平均粒徑和粒徑分布有很大的關系,相同固含量下乳液平均粒徑越大, 乳液的黏度越低;相同平均粒徑的條件下,粒徑分布越寬,黏度也越低。


3.6 彈性涂料制備工藝的影響

顏填料在涂料中的分散度是影響涂膜平整度和性能的關鍵因素。其一,C-12 應該加到乳液前面。因為C-12 親油,打完漿料后慢慢的加入,不但可以消泡,還能對漿料起到更好的分散的作用。其二,顏填料的添加順序應該是先加重鈣, 因為重鈣具有一定的分散作用,更容易分散。其三,漿料中的氣泡會導致涂膜的性能降低。即使持久消泡和破泡能力很好的消泡劑,也不能夠在黏度很高的涂料中消泡,尤其在醋丙酸性體系中體現的更加明顯。因為外墻彈性涂料不需要很高的細度,通常市售的顏填料都能滿足分散度要求,涂料制備中只需對漿料進行高速分散即可達到技術要求。如果對漿料進行砂磨分散,涂料反而更容易分水。高速分散打漿達到細度要求后,慢慢的降低轉速,減緩分散速度,可以起到減少漿料中的氣泡的效果。

 

4 結語

針對新修訂的建筑工業行業標準JG/T 172—2014《彈性建筑涂料》的技術要求,對影響彈性涂料涂膜力學性能的因素進行了實驗測試,結果表明:(1)JG/T 172—2014 中養護條件要求能夠避免成膜助劑對涂膜性能測試結果的影響;(2)對含紫外光吸收劑的涂料耐沾污性更容易通過;(3)聚氨酯增稠劑對涂料斷裂伸長率的正面影響最好, 堿溶漲和締合型增稠劑比例按1:3 添加時強度最高;(4)PVC 值升高, 涂膜的彈性降低,強度增大;(5)不同顏料的復配對涂膜的力學性能影響顯著。彈性涂料配方設計需要考慮和解決的問題包括耐水、開裂、調色、耐沾污及生產工藝優化問題。


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