弹性外墙乳胶漆耐沾污性的研究进展

乳胶漆由于色彩丰富,施工简便,维护更新容易,自重轻,无毒无味,质量能满足保护和装饰要求,正在逐渐成为建筑物装饰材料的主导。尤其是弹性乳胶漆由于能遮盖墙体的毛细裂缝和防止混凝土炭化,因此越来越受到广大用户的青睐,市场占有率不断扩大。但是弹性乳胶漆耐沾污性差的缺点,很大程度上降低了乳胶漆的装饰性,制约了弹性乳胶进一步推广使用,因此研究弹性外墙乳胶漆耐沾污性具有重大意义。

1 弹性外墙乳胶漆涂膜污染机理
1.1 黏附
弹性涂料涂膜可以随应力变化而延伸或回缩,并在拉伸时有合适的模量和拉伸强度。弹性涂料的涂膜具有弹性是由弹性乳液聚合物的组成与结构决定的,由于高聚物中微观运动的多重性,可出现3 种不同的力学状态:玻璃态、高弹态、黏流态。相应有两个转变温度:Tg 是聚合物的玻璃化温度,它是聚合物呈玻璃态的最高温度,也是从玻璃态转化为弹性态的温度;Tf 是聚合物从弹性态转化为黏流态的温度。当聚合物在其玻璃化温度Tg 以下时,处于玻璃态,玻璃态相当于小分子物质的固态,没有弹性。一般涂膜在使用范围内就是处于玻璃态。当高聚物在其玻璃化温度Tg以上,Tf 以下时,处于橡胶态,此时所呈现的力学性能是高弹性,弹性乳胶漆就是基于高聚物的这一力学性能而制成的。这类聚合物的分子呈现高度卷曲,而分子间的力又较弱,在外力作用下易变形,除去外力后,形变消失,具有高弹性。弹性涂料的主要组成是弹性乳液,它不同于普通乳液,其玻璃化温度低,低于其所使用的环境温度,在使用的环境温度下为弹性体。弹性涂料涂膜因其弹性,涂膜柔软,尤其是在夏季炎热的天气条件下,涂膜表面甚至发黏,极易沾灰,使其耐沾污性大大下降。

1.2 吸入
灰尘溶解在雨水中成为溶液或分散在雨水中形成胶体,通过涂膜的吸水性,进入涂膜毛细孔,从而对涂膜造成永久性的污染。窗台下的“拖鼻涕状”污染就是最明显的吸入污染例子。

1.3 吸附
涂膜会吸附灰尘而被污染。固体临界表面张力是固体吸附能力的重要参数,涂膜临界表面张力属低能表面,所以通常吸附作用虽存在,但不严重。另外,就静电吸附而言,在春夏季节,因空气比较潮湿,不存在静电吸附;秋冬季节,当空气十分干燥时,就有可能存在静电吸附现象。但墙体是接地的,即使有静电吸附,也不会严重。所以,吸附不是造成涂膜污染的主要原因。

1.4 积灰
涂膜面层从微观上看是凹凸不平的,高低相差可达几十微米,甚至更大,有时还形成洞状结构,从而产生积灰。涂膜表面的洞状结构的产生,是由于弹性涂膜厚度较普通涂料涂膜厚,通常弹性干涂膜厚度在250-450 μm,而传统的涂料干涂膜厚度为50-70。要获得厚膜,要求有很高的不挥发分(即高的固体含量),高固体分涂料的特点是分散用水量少,分散所得的浆料黏度大,涂料中气泡难以聚集并上升脱出。又因涂料配方乳液用量大,涂料生产和使用过程中易起泡,更加深了消泡的困难程度。涂料中气泡不能脱出的直接后果是涂膜针孔、空鼓多,大量的针孔和空鼓的存在破坏了涂膜的完整性,降低了涂膜的致密性、防渗漏性、涂膜强度,从而造成涂膜表面易污染。

2 提高乳胶漆涂膜耐沾污性的措施
2.1 乳液的聚合
采用核壳技术合成的乳液,核是软单体,壳是硬单体。如乳液聚合采用丙烯酸系单体的自由基聚合,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为主单体,丙烯酸和甲基丙烯酸为功能性单体,采用多段聚合工艺得到壳核结构乳液。第一阶段先采用单体聚合成较软的核;在第二阶段加入硬单体继续合成较硬的壳。乳液在成膜过程中软核在涂膜内形成弹性较好的柔性膜;刚性壳则在表面形成耐沾污性较好的硬膜,合成的乳液成膜后既具备良好的弹性,又具有一定的耐沾污性。采用乳液聚合方法合成了互穿网络聚合物(LIPN),即两种共混的乳液聚合物分子链相互贯穿并以化学键的方式各自交联而形成的网络结构。合成LIPN 时,几乎总是采用分布乳液聚合。通常先合成作为种子的交联聚合物乳液,然后用另一种单体或混合单体、交联剂、引发剂对种子溶液进行溶胀,在未补加新乳化剂的情况下引发反应,使另一种单体或混合单体在种子乳胶粒的表面进行聚合或交联,从而生成LIPN。LIPN 是一种半相容性的非均匀相共混高聚物,用它配制的涂料,耐沾污性优于用核壳乳液配制的乳胶漆。

2.2 颜料体积浓度
涂膜是一个由有机聚合物和无机颜料、填料组成的复合材料体系,颜料体积浓度(PVC)是支配该体系性能的重要参数。在相同玻璃化温度Tg 的条件下,提高PVC,就是减少热塑性聚合物的相对含量,达到增加涂膜综合硬度,同时孔隙率增加不大,其结果是涂膜的耐沾污性得到提高。

2.3 表面张力
乳胶漆涂膜吸水性是造成涂膜被污染的主要原因之一,所以降低涂膜表面张力,就能降低涂膜的吸水性。例如,不管是聚合引入有机硅还是混合引入有机硅,都能降低涂膜吸水性,从而在一定情况下提高其耐沾污性。另外降低涂膜表面张力,还能降低涂膜对污染物的吸附性,从而进一步改善其耐沾污性。

2.4 表面平整性
增加涂膜表面平整性而不降低其硬度的所有措施,都能减少积灰,改善涂膜耐沾污性。乳胶漆由于乳液用量大,涂料生产消泡脱气困难,要获得良好外观的涂料与涂膜,配方设计时原材料的选择以获得较低黏度的浆料为关键,低黏度的浆料有利于气泡的聚集和上升,制备低黏度浆料的原材料选用对粉料润湿能力强、不易稳泡的低黏度乳液;选用吸水量低、易分散的颜填料;选用分散能力强、低稳泡的分散剂;选用强润湿能力、低泡润湿剂。在乳胶漆的制备过程中,消泡剂的用量要适当。最好分两次添加,即分别在研磨浆料最前和加入乳液调漆后加入。在研磨浆料阶段可选用抑泡效果好的消泡剂,在调漆阶段可选用破泡效果好的消泡剂。在乳剂漆配方设计时,体质颜料可采用不透明聚合物和超细填料。由于粒径细,使乳胶漆膜表面平整,减少积灰,提高了耐沾污性。

3 结语
本文通过从黏附、吸入、吸附、积灰几方面对外墙弹性乳胶漆涂膜污染问题的分析,并通过乳液聚合、提高颜料体积浓度、降低表面张力、增加表面平整度的方法来改善涂膜耐沾污性,从而进一步提高了弹性乳胶漆的装饰性,有利于它的推广和使用。

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