高性能纯硅树脂改性建筑涂料的性能研究

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前言
近几年来，外墙乳胶漆己越来越多的使用在新型建筑外墙上。随着外墙涂料的大量使
用，以及人们对建筑涂料认识水平的进一步提高，再加上目前国内环境污染普遍严
重，社会和建筑商迫切需求一种经济型的高性能外墙漆来，以此来抵抗因大气污染和
粉尘，酸雨，紫外线所引起的对建筑墙体外表装饰的破坏作用，随即出现了硅丙涂料
和氟碳涂料。但市场上的硅丙涂料因技术及其它因素使得产品参差不齐，绝大多数达
不到客户的高性能要求。而氟树脂因价格过于昂贵，也难以得到大面积的推广。基于
这些因素，笔者从事多年的建筑涂料配方和漆膜性能等方面的研究及技术推广工作，
对高性能涂料做了一系列的深入探讨，希望对业内人士有新的启迪和有益的借鉴。
　　业内人士都了解，高性能的建筑涂料具备长期的装饰保护效果。这就意味着高
性能涂料不但有较高的耐候性，而且有很好的耐污性和一定的耐化学性。为了漆膜能
达到这些方面的性能，大家一般都会注重乳液的性能、涂料的PVC、 颜填料以及各种
助剂，并重视配方中各种成份的相溶性，而乳液品种的选择是制造高性能涂料的前提
条件，在这里我们主要是讨论乳液对涂料的性能影响，这就决定必须选用一种高性能
的乳液。
理论部分
.一　乳液品种的确定
目前国内使用最多的高档次外墙涂料是纯丙和硅丙。虽说其耐候性有一定的优势，由
于成膜的主要物质是丙烯酸碳链。C  - C 健能 351kJ/mol，C  - O健能
345kJ/mol，即便在碳链上接枝低聚硅氧烷的硅丙，其主链还是碳链。而且由于乳液
厂商较多，生产出的乳液性能各不相同，因此制备出的涂料的物理化学性能就会受到
一定的限制。
在这里我们使用纯硅树脂改性涂料技术来提高涂料的性能。所谓纯硅树脂改性涂料就
是使用纯硅树脂乳液来改性涂料主要的技术指标的涂料。纯硅树脂乳液成膜主链是
Si – O　鍵能 450kJ/mol，鍵能远远强于丙烯酸碳链。硅树脂是由硅和氧为骨架的
体交联聚合物，每个硅原子上都带有一个有机基团R，典型的T官能团容易交联结构。
如图.1  
纯硅树脂的化学结构决定其具备无机物和有机物的双重优点。完全固化的硅树脂犹如
石英分子如图2，水浸不溶胀，受热不塑化，在硅酸盐底材的纯硅树脂改性涂料以及
涂料中的无机颜填料的应用中有相当的亲和力，并以共价键的形式存在，同时也使得
涂料有异常 的耐久性。有机基团R赋于硅树脂优异的耐水防水耐碱性和有机颜料的相
溶保色性，同时也可以完全抵御多种物理、化学和生物的影响，使得硅树脂改性涂料
能维持几十年。
纯硅树脂做为粘接料用于涂料时，一般实验室条件需要28天左右纯硅树脂网络才能完
全形成（在室外紫外线等充足条件下硅树脂网络形成会快些），所以设计硅树脂改性
涂料配方时必需拼用少量的丙烯酸聚合物乳液来提高涂膜初期的物理性能。
纯硅树脂用于涂料中的成膜机理：当乳液成膜时以及成膜后，这些纯硅树脂乳液会与
水反应脱醇，剩余的烷氧基团就脱落成重度交联的聚硅氧基体型分子，同时这些基团
也可以与颜填料及被涂物表面以共价键紧密相联：如图3，这样高分子的分子量将成
倍增加，并产生适度的网状结构，这种交联的结果会使漆膜的致密增加，同时与颜填
料和底材的附着力增大，从而提高耐候性、耐化学性及对紫外光的抵抗性。涂膜如图
5。普通涂料成膜特点和其化学特性决定它易吸水溶胀及受热塑化的缺点，其成膜机
理：只是通过单纯的乳胶粒子的溶胀软化堆积而成的胶膜，一般实验室条件下稳定的
涂膜在七天内就能形成。涂膜如图5。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
实验部分
通过对丙烯酸乳液和纯硅树脂乳液的化学及成膜性能的理论分析，同时也为了展示硅
树脂改性涂料的独特优点，基于成本性能的优化我们设计了一个CPVC配方，并选用了
一个市售代表性较高的高性能硅丙乳液来做对照。(一般的聚合物乳液在CPVC条件下
都有比较好的耐污性，但在CPVC条件下多数配方的耐候性和和耐洗刷性能并不是特别
优秀)
具体配方如下　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　硅树脂改性涂料参考配方　　　　　
　　　　　　　　　　　　
水　　　　　             200　　　　　　　　　　　   
XM20000　　　　　       2.0　　　 　　　　　　      
BS45　　　　             60　　　　　　　　　　     
5040　　　　　            4　　　　　　　　　　     
非硅油消泡剂　　          2　　　　　　　　　　     
LXE　　　　　　          1.0                        
R960　　　　　　         150                       
苯丙　　　　　            200                          
硅灰粉　　　　　          75                        
滑石粉　　　　　          75                        
高岭土　　　　　          25                           
TT935　　　　　         　2                              
2020　　　　　　　        1.5                             
十二醇脂　　　　　        10                             
AMP95　　　　　　        1.0                           
丙二醇                    20                             
水　　　　　　　          100                           
补水到1000kg

高品质的普通硅丙涂料配方
水　　　　　             200　　　　　　　　　　　   
XM20000　　　　　       2.0　　　 　　　　　　      
BS45　　　　             60　　　　　　　　　　     
5040　　　　　            4　　　　　　　　　　     
非硅油消泡剂　　          2　　　　　　　　　　     
LXE　　　　　　          1.0                        
R960　　　　　　         150                     
硅丙　　　　　        　 300                        
硅灰粉　　　　　          75                        
滑石粉　　　　　          75                        
高岭土　　　　　          25                           
TT935　　　　　         　2                              
2020　　　　　　　        1.5                             
十二醇脂　　　　　        15                           
AMP95　　　　　　        1.0                           
丙二醇                    25                             
水　　　　　　　          100                           
补水到1000kg
在这里我们主要对涂料的耐污性、吸水率、耐老性及耐洗刷性进行测试
数据如下：
吸水率和耐洗刷
性能对比 7天的养护吸水率测试标准EN1026-3 250小时老化喷淋的吸水率EN1026-3
7天的养护耐擦洗
ASTMD2486 250小时老化的耐擦洗
硅树脂改性涂料 0．11Kg/m2.h0.5
0.08 Kg/m2.h0.5 6000 20000
硅丙涂料 0.12Kg/m2.h0.5 1．2Kg/m2.h0.5 大于10000 2200
耐污性
性能对比 7天后耐污性
250小时的耐污性 六个月自然暴晒（角度30），对涂膜　进行评估
纯硅树脂改性涂料 6 5 积尘很少，很快能冲洗掉，无雨痕
硅丙涂料 5 22 雨痕较明显，积尘明显。很难冲洗
实验表明，与硅丙涂料相比，纯硅树脂改性涂料在初期硅树脂网络没完全形成前，其
耐洗刷性远远差于硅丙涂料，吸水率要略低于硅丙，耐污性几乎相近，而在经过
QUV250小时的喷淋老化后，硅树脂改性涂料的耐洗刷性、吸水率以及耐玷污性就会远
远高于硅丙涂料。同时硅树脂改性涂料和硅丙经过6　个月的户外自然暴晒后，漆膜
硅树脂改性涂料状态也明显优于硅丙涂料。　　　　
结语
理论分析和实验表明，与普通高品质外墙涂料相比，纯硅树脂改性外墙涂料所经历的
时间越长，条件越恶劣，其性能表现也就越优异。目前纯硅树脂改性涂料已运用到国
内外的一些工程中，其性能通过时间也得到强有力的证实，主要表现在：长期的低吸
水率、高耐污性、保色性、耐酸雨性、耐高温、透气性和抗霉菌性，是一种经济型高
档次外墙涂料。