建筑用乳胶漆基料的研究开发

1   乳胶漆市场发展趋势
近年来建筑涂料业发展很快, 现在国外一些国家的建筑涂料产量大多已占了本国涂料生产总量的50% 以上, 而且外墙涂料的消费仍在不断上升, 在建筑涂料的使用总量中占了相当高的比例。例如, 美国、日本和欧洲等国家和地区的一些发达工业, 已将外墙涂料视为建筑外墙装饰中的主导产品。20 世纪90 年代以后, 美国的建筑外墙涂料使用量已占其外墙装饰用材料的45% , 日本在高层和高级建筑的外墙装饰中采用建筑涂料的约占80%, 而意大利为60% , 德国和瑞士分别为80%。

在我国, 建筑涂料的产量占全国涂料生产总量的35% 左右, 在这些建筑涂料中, 内墙涂料占了70% ~ 75%, 外墙涂料却仅占5% ~ 10% , 至于高性能的外墙建筑涂料则更少, 因此, 无论产量还是应用均远远低于国外许多工业发达国家的水平。  九五 期间, 我国城乡住宅竣工达6 亿m2/a,而需要装饰、装修的建筑物面积在36 亿m2/a 以上。随着人类对环保要求的提高, 建筑物的内、外装饰将逐步以环保型涂料为主, 预计到2010 年, 我国在建筑物上使用环保型涂料的比例将要求达到80% 以上, 而目前, 由于传统观念上的认识问题, 在建筑物的外装饰上使用涂料的还不足10%。

建筑业和住宅业是我国今后国民经济的新增长点, 也是上海地方经济的新增长点。上海市计划在2020 年前要新建1. 72 亿m2 住宅, 开辟居住区1. 5亿m2 , 上海市建委科学技术委员会对1999-2010年新型建材高科技发展已作了调研, 提出了一系列新型建材产业化的规划。作为传统的PVC 行业应该在我国新的经济建设领域发挥作用, 积极拓宽自身的研究和应用领域, 在其他相关领域发挥自己的优势。建材领域量大面广, 开发应用潜力很大, 特别是建筑涂料, 近年来随着科学技术的进步和人们生活水平的不断提高, 获得了较为迅速的发展, 其品种不断增多, 消耗量逐年增大, 在工业与民用建筑的装饰装修工程中占有很重要的位置。以发达国家发展的情况来看, 西方工业发达国家的三大涂料( 工业涂料、专用涂料和建筑涂料) 中, 建筑涂料的销售量占30%~ 50% , 其中乳胶漆最为重要, 并且始终是建筑涂料发展的主流, 而乳胶漆基料大致占乳胶漆总量的30%~ 40% 。

2   新型氯乙烯/丙烯酸酯共聚乳胶漆基料的研究意义
国内众多PVC 生产厂家, 除了要研发一些聚氯乙烯通用树脂外, 氯乙烯共聚树脂乳液的研发也是一个重要的方面。( 甲基) 丙烯酸酯的结构特征决定了此类聚合物具有极其优良的耐老化性、装饰性和保护性。如果将( 甲基) 丙烯酸酯嵌段接枝到聚氯乙烯的主链上, 则此共聚物不仅具有氯醋共聚物的耐化学药品性、耐燃性及价格低廉的优点, 还具备丙烯酸酯所具有的特点, 然后再利用核壳乳液聚合技术,就可以研发出一种全新的乳胶漆涂料基料, 用这种基料生产的涂料可以减少成膜助剂用量, 具有良好的成膜性能和抗回黏性, 这样可以大大减少成膜助剂对环境的污染, 达到建筑涂料中无污染、多样化、功能化、质高价廉的发展要求。

高分子聚合物由高弹性转变为玻璃态的温度叫玻璃化温度( T g ) 。在此温度以上的聚合物为弹性,在此温度以下的聚合物表现为膜性, T g 是高分子聚合物一项重要的工艺指标。合成聚合物能形成连续透明膜的最低温度称为最低成膜温度, 通常用MFT( mininum filmforming temperature) 来表示, 最低成膜温度是合成聚合物乳液和乳胶漆的性能及施工质量的一项重要的指标。
通常用合成聚合物乳液制成的乳胶涂料其涂膜性能要求和施工要求往往是矛盾的, 硬度高的涂膜抗污性能好, 但涂膜所用的聚合物乳液T g 较高, 乳液的MFT 也相应比较高。气温稍低就不能进行施工, 而当MFT 低时, 虽然施工温度可以降低, 但仍然可以施工, 因为聚合物的T g 也较低, 但成膜后漆膜变软, 容易沾污。

总而言之, 作为涂料用的聚合物乳液, 要求T g高而MFT 低, 这是因为前者有利于提高漆膜的硬度和回黏性, 后者有利于较长的施工期限, 两者之间的矛盾是明显的。为了克服这一矛盾, 在合成聚合物乳液配方设计时, 应考虑选择T g 较高而又有足够的极性的共聚物组成。一般来说, 极性大的聚合物其MFT 往往比T g 低, 同时涂料界还配以其他措施, 如加入成膜助剂等有可能用较高T g 的聚合物乳液制成适宜的MFT 乳胶涂料, 但这就不可避免地对环境造成严重的污染, 因为作为成膜助剂一般都是中至高沸点的有机溶剂( 如乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚与苯甲醇等) , 这些成膜助剂在成膜时起到增塑剂的作用, 帮助成膜, 但成膜后即迅速蒸发或挥发, 虽然在5~ 10 ºc 环境下能成膜, 同时也对环境造成了污染。

根据上述情况研究开发独具特色的建筑涂料用氯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液( 用于建筑涂料) , 以部分取代目前涂料市场上通用的苯丙、全丙、醋丙乳液,减少对环境的污染, 增强涂料的抗污性, 实现真正意义上的健康型、环保型的绿色涂料, 具有重要的现实意义。

3   技术特点
建筑涂料用氯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液具有明显的核- 壳结构的特征, 是采用丙烯酸酯单体对纳米氯乙烯种子乳液进行溶胀接枝。由于聚氯乙烯的溶解度参数ó= 9. 7, 通过引入第二单体EA( 丙烯酸乙酯, 溶解度参数ó= 9. 2) 作为过渡层, 可以起到桥梁的作用, 使核壳实现界面结合紧密, 同时采用接枝剂甲基丙烯酸烯丙酯( ALMA) 进一步实现核壳之间的接枝。ALMA 具有二个双键, 一个活性高, 一个活性低, 高活性的双键首先参与了核的溶胀接枝反应, 而另一部分未参与聚合反应的双键留待形成壳层时作为活性点与壳层的丙烯酸软单体起接枝反应而把核与壳更紧密地结合起来。通过这些措施, 使制备的氯乙烯/丙烯酸酯乳液具有硬核软壳, 从而具有较高的T g 和较低的MFT, 施工温度范围广, 抗污染性强, 成膜性能优良, 而又大大减少成膜助剂用量的新型、独具特色的涂料用聚合物乳液。纳米氯乙烯种子乳液可以通过采用一些专用的乳化剂通过乳液聚合制得, 选择一些和VCM 在反应时比较匹配而又不影响钙离子稳定性的乳化剂,使整个反应过程平稳, 聚合后的种子乳液粒径要求0. 06 um, 含固量30% 左右, pH 值7~ 9, 最终达到涂料共聚反应的要求。

4   经济效益和社会效益
目前, 我国涂料已发展到近200 万t , 其中建筑涂料约70 万t , 如果涂料基料占建筑涂料总量的30%~ 40% , 则需涂料基料为21 万~ 30 万t , 到2010 年左右需求量将达到40 万~ 50 万t , 如果据保守估计本产品占10% 的市场, 则需乳液4 万~ 5 万t , 每吨降低成本500 ~ 1 000 元, 则可多产生2 000 万~ 2 500 万元利润, 经济效益是可观的。本产品作为一个全新的涂料用的基料产品, 必将在我国乃至世界涂料界引起关注, 由于可以减少成膜助剂用量, 这将大大减少对周围环境和大气的污染, 是为子孙后代造福的一项社会工程。目前, 在我国已加入了WT O、PVC 产品竞争日趋激烈的情况下, 不仅为企业寻找新的经济增长点, 增强企业的竞争实力, 还将会推动国内氯乙烯行业在合成树脂乳液行业的发展, 对发展民族化工业也将起到很大的推动作用。

5  结  语
涂料用氯乙烯- 丙烯酸酯多元共聚乳液组分中由于存在氯乙烯组分, 不仅使其成本下降, 而且赋予其一定的阻燃、抗紫外性能, 更重要的是在配制乳胶漆时可以大大减少成膜助剂的用量, 且具有良好的成膜性, 即高T g 低MFT, 从而减少对环境的污染, 增强涂料的抗污性, 实现真正意义上的健康型、环保型的绿色涂料。

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