耐候自清洁外墙涂料的制备

大师

1  前言
    经过多年的努 力，丙烯酸酯类乳胶涂料的生产技术已经成熟，在中低建筑上得到广泛应用，使用寿命基本上达到5年～10年的要求。随着经济建设的发展，许多大中型城市的建筑在向大型化、高层化发展，对涂料的性能要求逐步提高。而现有的丙烯酸涂料由于存在高温易返粘，低温易脆裂的缺陷难以满足发展的要求。
    针对现有技术存在的缺点，开发了一种耐候、耐沾污性、高保色性及低污染的高性能、低成本适用于大型化、高层化建筑外墙的新型水性硅丙耐候自清洁的乳胶涂料。以下介绍该涂料的生产过程，并讨论影响涂料性能的因素。


2  实验部分 2.1  涂料配方
    耐候自清洁外墙涂料的配方如表1所示.

表1  耐候自清洁外墙涂料配方
原材料         质量分数%         供应商
自来水            200
AMP-95             2             Anguds
润湿分散剂         7            Rohm&Hass
成膜助剂          30             伊士曼
消泡剂             3             Henkel
钛白粉            220            Dupont
填  料            90              国产
羟乙基纤维素      3.2             美国
硅丙乳液          400             进口
杀菌剂’           2              德国
防霉剂             6              德国
遮盖性乳液        30            Rohm&Hass
聚氨酯增稠剂      6.8           Rohm&Hass


2.2  生产工艺
    (1)预混合：按配方标准称取各种物料，在低速搅拌(300～400)r/min下按顺序加入分散介质水、润湿分散剂、部分消泡剂、颜料、填料以及增稠剂A；   
    (2)高速分散：将其在高速搅拌下进行(1200-1500)r/min的分散。颜填料粒子在高速搅拌机高剪切速率作用下，被分散成原级粒子，并且在分散助剂的作用下得到分散稳定状态，高速分散时间在(20～30)min，然后加入增稠剂B，中速进行(900～1100)r/rain的分散，分散(5～8)min；
    (3)调漆：当颜、填料达到所要求的细度时，加入基料、剩余消泡剂、pH调节剂、适量增稠剂C及其他助剂，此过程在调漆缸中低速搅拌(300～400)r/min，以得到具有合适粘度和良好稳定性的涂料。
   
2.3  涂料和涂膜的常规性能
    涂料和涂膜的常规性能检测结果见表2所示

表2  耐候自清洁外墙涂料和涂膜的常规性能
检测项目         技术指标          检测结果
容器中状态    无硬块,搅拌后呈       合  格
                 均匀状态
施工性        刷涂二道无障碍   多道喷(抹)涂障碍
涂膜外观       涂膜外观正常         合  格
干燥时间/h          ≤2                2
对比率(白色)       ≥0.93             0.98
耐碱性(168h)       无异常            无异常
耐洗刷性/次        ≥5000            超5000
耐人工老化性                      1000h无粉化
耐沾污性(白色)/％   ≤10               5
耐温变性(5次循环)  无异常             符合

3  结果与讨论
3.1  主要原材料的选择
3.1.1  颜料
    颜料是金红石型钛白粉和锐钛型纳米TiO2搭配使用，金红石型钛白粉具有良好的耐候性能，其最佳用量为15％～20％o锐钛型纳米TiO2为白色粉体，该粉体的特殊复合结构有利于光致载流子的分离和运输，因而具有很高的光催化活性，使用寿命长。纳米粒子的用量很关键，若加量不足，则起不到预期的效应；加量过多，不仅是一种浪费，反而会起副作用，使涂料质量下降，所以其最佳用量为5％～8％。
    3.1.2  填料
    填料有高岭土、绢云母、硅灰石等。填料的使用不仅会降低成本，而且会赋予涂料一些特殊的性能。如高岭土的片状结构使涂料具有一定的触变性，提高涂料的储存稳定性；绢云母的片状结构对紫外线、微波、红外线具有良好的屏蔽效应，增强涂料的抗老化性、抗紫外线等耐候性指标。但填料的用量不宜过多，以保证体系的颜料体积浓度(PVC)在25％～35％为佳。
3.1.3  增稠剂
    增稠剂主要是羟乙基纤维素，其作用是增加水相的粘度以提高颜填料的分散效率、增加涂料的最终粘度，最佳用量为0.3％～0.4％；聚氨酯增稠剂是胶态无机矿物型增稠剂，其作用是为体系带来抗流挂性，控制粘度，分散性能好，改善涂料的流平性，最佳用量0.1％～0.2％.这两种增稠剂配合使用，可有效的调整涂料在低、中、高剪切速率下的流变行为，获得流平性好、不流挂、稳定性好、易施工的涂料。  
3.1.4  乳液
    配方中所用聚合物乳液不同于现在市面上常用于外墙涂料的纯丙、苯丙乳液，而是一种利用化学共聚法将有不饱和键的有机硅氧烷单体和丙烯酸酯类单体共聚，在聚合物主链上引入硅氧烷的改性硅丙乳液，最佳用量是漆总量的30％～40％.
3.2  耐候自清洁性能的影响因素
    漆的基料是高耐候性硅丙乳液。它在干燥成膜时，硅氧烷水解、缩聚，可在聚合物分子之间以及聚合物与基材之间形成牢固交联的立体网络 (-Si-O-Si-)结构，使漆膜具有很强的耐水性和附着力，而且，聚硅氧烷分子呈螺旋结构，甲基向外排列并绕Si-O链旋转，分子体积大，内聚能密度低，从而使乳液有很强的增水性和防尘性。
    另外，硅丙乳液中Si-O的键能远大于C-C键和C-O键，这使得硅丙乳液的耐热性、耐候性、抗氧能力增强。因此，该涂料的耐水性、抗污性、拨水性性能明显优于纯丙烯酸涂料，同时具有良好的稳定性，储存期可达一年以上。
3.3  颜料及其特殊功能
    配方中除了添加传统的金红石型钛白粉外，还添加了具有特殊结构的锐钛型纳米Ti02.它是由超微细无机功能材料经特殊工艺复合而成，粒径小、比表面积大，具有很高的化学稳定性和热稳定性。将其添加到涂料中，可通过光催化反应，分解附着在涂料表面的污染物，从而起到自清洁的作用。同时，利用锐钛型钛白粉容易粉化这一现象，加入少量的锐钛型纳米TiO2，在紫外光照射下，一年左右发生微粉化，大约消耗(6～8)μm的漆膜厚度，使沾在墙体上的灰尘随之脱落，墙体也能长期保持清洁。其漆膜本身具有自洁功能，这一独特性能对空气粉尘污染日益严重的城市环境来说是十分重要的。
4  结语
    以有机硅氧烷改性的丙烯酸乳液制备的耐候自清洁高级外墙涂料：(1)涂层不易粉化及褪色，具有很好的耐候性、遮盖力及触变性，漆膜耐水、耐碱性以及耐擦洗性远远超过乳液型外墙涂料的国家标准；(2)与普通乳胶漆外墙涂料相比，由于硅丙乳液的粒径远小于普通乳液，使其涂料具有极佳的附着力，漆膜不易脱落，同时还可阻隔雨水和空气中二氧化碳侵入墙体，可对水泥砂浆墙壁进行长期保护；  (3)具有很好的耐冻融稳定性和贮存稳定性，且漆膜本身具有自洁功能及很好的耐温变性；(4)从长远角度分析，由于硅丙外墙涂料不易脱落、褪色及粉化，其使用寿命长，可节省翻修所用的材料费和工时费；(5)涂料不仅常温贮存稳定性好、时间长，而且耐冻融和热贮存稳定性均很好，可避免涂料过期所造成的不必要的浪费。
   硅丙外墙涂料质轻、高质、价格适中，为性能优异的高档水性无光外墙涂料。主要用于水泥砂浆、石棉板、灰膏墙等基材的外涂装，涂刷各种建筑物的外墙壁及经常处于湿热的墙壁，如浴室和厨房的内装修，是一种具有发展前途的外墙涂料的新品种

ucoat

耐候自清洁性能是外墙涂料的重要卖点

guangxingu

有人能告诉我如何判定该涂料有自洁功能，怎样检测能说明问题

weiyong

但是在现有国内的实际使用条件下，憎水带来的不是自洁相反有可能是更不耐污，有时实际使用环境中，高PVC的低档涂料更耐污

guangxingu

现在称自洁的涂料很多,我也认为Weiyong的观点是正确的,但如何评价涂料的自洁性能,以及涂料配方的设计思路,请问大家对此的看法和意见, 这可是一个高深的问题.呵呵!

admin

有一种思路是：用纳米技术，做到亲水和憎水的侧链频繁交替，这样的话水性和油性的污渍都不容易很好附着，就可以做到自清洁了。

大家说这样的思路可行吗？

guangxingu

从上面的配方来讲,利用锐钛型钛白粉容易粉化这一现象，加入少量的锐钛型纳米TiO2，在紫外光照射下，一年左右发生微粉化，大约消耗(6～8)μm的漆膜厚度.有几个问题需要解释的.1.粉化控制在这样的速率能否达到自洁效果,2.我国的建筑外墙实际施工过程中漆膜很难达到规定的漆膜厚度,5年达到40微米,涂层会不会出问题.第三,从作者介绍的耐人工老化性 1000h无粉化,这好像有点矛盾.第四,外墙有四面,所接受的太阳光照不一样,应该微粉化速率不一样,会不会时间长了,墙的每一面颜色存在色差.
当然这是我的猜测,想和众位探讨一下..

石头

原帖由 guangxingu 于 2008-1-17 02:52 发表
有人能告诉我如何判定该涂料有自洁功能，怎样检测能说明问题

这个要进行对比实验,自洁的意思就是他不用借助外力自已就可以清除杂质,污物.现在有些涂料确实有这项功能.但也不是很理想.要通过长期的户外曝晒才能真正确认它有没有这项功能.

guangxingu

能否提供对方的生产厂家,最近要参加一些标准的制定

开林（江西）制漆

使用锐钛型钛白粉还不如加入滑石粉呢,粉化自洁功能更强
三年前做的高pvc外墙，现在还是崭新如初
当然乳液要好

zhongxiaoqiu79

我听说过，好象纳米钛白好象其亲疏水性能是随环境变化而变化的，如果真能做到这效果，按理自洁性是比较好的，对油污和水性的污染都有效果。

weiyong

光催化效果比较明显的话，粉化怎么控制？为避免粉化势必要采用有机硅乳液，价格能不能接受？另外光催化钛白加量太少基本不起作用，除了破坏你的树脂及有机颜料。

weiyong

还有有机硅成膜后质感不好，在中国市场也是一个很大的问题。颜色的多样性也很难解决。就现阶段而言光催化还是比较难在涂料中实际采用达到自洁，实际应用中有时还是高PVC的效果比较好

ucoat

同意14楼的观点。自洁涂料如果用机硅乳液加上纳米钛白粉，成本必然很高，且不说自洁的效果如何，价格就是一道坎。

w308688268

文章内容较好,耐沾污5%虽较好但是否等同于有自洁效果还有待进一步考证!