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        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料
        2019年07月13日    閱讀量:42551    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        1 引言

        隨著我國建築業的發展和人們環保意識的提高,環境友好型塗料的使用越來越廣泛,尤其是高性能環保節能塗料,將是我國建築塗料的發展方向。硅溶膠的化學式為mSiO2·H2O,是一種微帶藍色乳光的膠體溶液,具有較大的比表面積,較強的吸附性,帶負電荷的羥基,以硅氧烷的方式聚集,可形成透明薄層而不再溶於水。


        由於硅溶膠的滲透、硬化黏結的綜合效應,產生機械咬合與化學鍵合的綜合結果,因而具有優於一般成膜物質的表面附著黏結力,但該塗膜易出現龜裂現象[1-2]中國建材網cnprofit.com。苯丙乳液憑藉其良好的性能,已廣泛應用於塗料等領域,但其也存在有機乳液共同的缺點:塗膜硬度低、耐水性和耐沾污性差、耐候性不良、與水泥基體結合力較差、易粉化脫落、耐鹼性差,且價格較高。


        採用一種偶聯劑,將硅溶膠與苯丙乳液通過冷拼復配[3],製得硅溶膠-苯丙無機/有機複合乳液,該複合乳液可在各種新型材料中得到更廣泛的應用,特別是外牆塗料中。本研究以硅溶膠通過冷拼法與苯丙乳液復配得到的複合乳液為基料,結合顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙無機/有機複合外牆隔熱塗料。


        2 試驗部分[4-8]

        2.1 試劑

        主要試劑:硅溶膠、苯丙乳液(自製)、成膜助劑(Texanol 酯醇)、偶聯劑、鈦白粉、硅灰石、滑石粉、空心玻璃微珠、堇青石、增稠劑(HEC)、分散劑F-5(自製)、消泡劑、流平劑等。


        2.2 試驗過程

        2.2.1 硅溶膠-苯丙無機/有機核殼乳液的製備

        將試驗量的硅溶膠和偶聯劑投入三口反應瓶中,常溫下先攪拌4.5 h 改性;再加入苯丙乳液和成膜助劑,同時用氨水調其pH 至規定值;繼續攪拌2.0 h,出料,即得硅溶膠-苯丙無機/有機複合乳液。


        2.2.2 硅溶膠-苯丙複合塗料的製備

        將顏填料(空心玻璃微珠除外)加入水、增稠劑和潤濕分散劑研磨分散至合適的細度;再加入空心玻璃微珠用高速攪拌機分散得到顏填料漿;按合適的顏基比將顏填料漿與硅溶膠-苯丙無機/有機複合乳液混合,再加入其它助劑攪拌均勻即可。


        3 結果與討論

        3.1 硅溶膠-苯丙無機/有機複合乳液

        選用正交表L16(45)來安排試驗,各因素的水平選取如下:A 為硅溶膠與苯丙乳液的質量比;B 為複合乳液體系的pH;C 為硅烷偶聯劑與硅溶膠的加入量之比;D 為成膜助劑與苯丙乳液的加入量之比。複合乳液配製因素水平見表1。

        表1 複合乳液配製因素水平表

        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料 中國建材網,cnprofit.com

        以吸水率作為確定優方案的指標,將製得的複合乳液噴塗在玻璃試板上,根據HG2-1612 規定對其進行吸水率檢測,最後確定A2B2C4D3 為最優方案。試驗研究發現,當硅溶膠與苯丙乳液的質量比小於3 ∶ 7 時,複合乳液噴塗在玻璃試板上成膜后的耐水性差,在水中浸泡8 h 塗膜有起泡現象;當硅溶膠與苯丙乳液的質量比大於3 ∶ 2 時,複合乳液噴塗在玻璃試板上成膜后塗膜有不同程度的裂痕。


        pH 是影響硅溶膠-苯丙複合乳液成膜性能的最主要因素,當pH為9時,硅溶膠-苯丙複合乳液的吸水率為3.21%,塗膜無開裂。當硅溶膠和苯丙乳液的pH 相差很大時複合乳液穩定性變差。因此,配製塗料應選擇pH比較接近的硅溶膠和苯丙乳液。


        對於鹼性的水泥牆面,應選擇pH為8.5 ~10.0的硅溶膠與苯丙乳液。通過性能對比發現,硅溶膠-苯丙複合乳液的性能綜合了苯丙乳液和硅溶膠兩者的優點。其吸水率與苯丙乳液相比從後者的15.0%降低到了3.34%,即耐水性能得到提高;其附著力(1 級)比硅溶膠單獨成膜時要好,詳見表2


        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料 中國建材網,cnprofit.com

        3.2 硅溶膠-苯丙複合塗料

        3.2.1 複合塗料性能檢測

        按GB/T 9756—2001 標準對複合塗料的各項指標進行檢測,結果見表3。

        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料 中國建材網,cnprofit.com

        3.2.2 苯丙乳液和複合乳液所配塗料的性能對比

        通過性能對比發現,硅溶膠-苯丙複合塗料的性能優於僅以苯丙乳液作基料的乳膠塗料。檢測結果顯示,該塗料兼具無機塗料和有機塗料的特性,塗膜的力學性能及耐水性都得到了提高,詳見表4。

        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料 中國建材網,cnprofit.com

        3.3 塗層耐沾污性分析

        塗層耐沾污性能有2 種截然相反的理論支持,一種為高疏水性塗層,即「荷葉」效應;一種為高親水性的塗層。通過試驗發現,具有低表面能、高疏水性的外牆乳膠塗料,其耐沾污性能不及親水性外牆塗料,究其原因為

        ①疏水性牆面乾燥,容易靜電吸附帶電的污染物顆粒;

        ②由於疏水性牆面的親油性,導致城市中工廠和汽車排放出的親油性灰塵更容易吸附在疏水性牆面上;

        ③疏水性牆面的「荷葉」效果使雨水不能在牆面上鋪展開,從而不能將牆面上的污染物沖洗掉,長時間會形成雨痕,影響裝飾效果。親水性牆面則可以克服以上不足,本研究基於親水性理論,在配方設計上採用有機/無機冷拼復配的方法製得以高玻璃化的硅溶膠為核、苯丙乳液為殼的無機/有機複合乳液,並以此為基料製得親水性外牆塗料,其耐沾污性能優異。


        3.4 塗料隔熱性能分析

        隔熱塗料具有降低物體表面溫度,阻止熱傳遞,改善工作環境等特點,因而得到廣泛應用。隔熱塗料按照不同的隔熱機理,一般可以分為阻熱型隔熱塗料、輻射型隔熱塗料和反射型隔熱塗料三類。


        本研究基於不同的隔熱機理選用空心玻璃微珠作為阻熱填料、堇青石作為熱輻射填料,兩者配合使用,配製塗料后測其隔熱效果,發現比普通外牆塗料能有效降低溫度6 ~ 8 ℃。


        3.5 塗料其它性能分析

        硅溶膠成膜後幾乎不吸水,另外硅溶膠與有機高分子聚合物混溶,使有機高分子均勻地分佈在Si—O—Si 無機塗層的間隙中,屏蔽無機塗層中殘存的親水基團,因而塗膜耐水性能比普通外牆塗料有明顯改善,而且當塗膜經受冷熱交替時使塗膜的收縮得到緩衝,塗膜具有一定的彈性,並且使形成的塗膜兼具有無機和有機塗料的特性,彌補了兩者的不足。


        硅溶膠中的SiO2 結構表面帶有大量活性基團,如—OH 等,能通過毛細作用滲透到基材的內部,產生機械咬合與化學鍵合的綜合結果,硅溶膠成膜后形成的體形網狀結構不怕酸鹼,提高了塗膜的性能。這種成膜材料施工方便,底材無須經過特殊處理即可獲得極好的附著力,具有防污自清潔功能,耐水、耐酸鹼、耐高溫、抗凍融及彈性好等特點。


        3.6 硅溶膠-苯丙複合塗料工藝配方

        硅溶膠-苯丙複合塗料工藝配方見表5。

        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製,採用正交試驗法將硅溶膠與苯丙乳液冷拼復配,配以顏填料和助劑經研磨分散製得硅溶膠-苯丙乳液無機/有機複合外牆塗料 中國建材網,cnprofit.com

        4 結語

        ⑴pH 是影響硅溶膠-苯丙複合乳液成膜性能的最主要因素,當pH 為9 時硅溶膠-苯丙複合乳液的吸水率為3.34%,塗膜無開裂。

        ⑵當硅溶膠和苯丙乳液的pH 相差很大時複合乳液的穩定性變差。因此,配製塗料時應選擇pH 比較接近的硅溶膠和苯丙乳液。對於鹼性的水泥牆面,應選擇pH 為8.5 ~ 10.0 的硅溶膠與苯丙乳液。

        ⑶溶膠/苯丙複合乳液性能綜合了苯丙乳液和硅溶膠兩者的優點。其吸水率與苯丙乳液相比從後者的15.0%降低到了3.34%,即耐水性能得到提高;其附著力(1 級)比硅溶膠單獨成膜時要好;製得的塗料兼具無機和有機塗料的特性,且彌補了兩者的不足。




        硅溶膠-苯丙乳液複合外牆塗料的研製


        馬永強1,馬宏2,楊保平1,崔錦峰1

        (1.蘭州理工大學,蘭州730050;2. 北方塗料工業研究設計院,蘭州730020)


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