低表面能助剂对外墙乳胶漆耐沾污性的影响及其改性机理

低表面能助剂对外墙乳胶漆耐沾污性的影响及其改性机理

夏娟, 彭家惠, 瞿金东, 陈明凤, 黄新丽, 彭红
(重庆大学建筑材料工程系,重庆400045)

根据我国多年外墙涂料推广应用经验,外墙涂膜短期内性能劣化的突出表现之一是沾污。抗沾污能力不足是我国外墙涂料推广应用中存在的突出问题,如何提高外墙涂料尤其是乳胶涂料自身的耐沾污性以适应我国的气候环境已成为亟待解决的技术难题。
外墙乳胶涂料的沾污途径主要来源于2 个方面———粘附和吸入。在涂料配方设计中选择适量的低表面能助剂降低涂膜的表面能和吸水率,从而降低其对灰尘的粘附,并防止灰尘以雨水为介质进入涂膜内部,是改善外墙涂料耐沾污性比较有效的措施之一[1- 2]。

本文选择目前已商品化的几类低表面能助剂,研究其对外墙涂料耐沾污性的影响。
1 试验
1.1 主要原材料
涂料配方主要原材料:纯丙乳液、钛白粉、云母粉、高岭土、增稠剂羟乙基纤维素、消泡剂SP- 2、pH 调节剂AMP- 95、分散剂DP- 270 等,均为市售工业品。
低表面能助剂:LD 超疏水性纳米界面剂(以下简称LD),浙江建科新材料开发有限公司;Zonyl 8952 含氟化学添加剂,美国DuPont 公司;SILRES BS1306 外墙漆憎水添加剂,德国Wacker 公司;BYK- Silclean 3700 荷叶效应助剂,德国BYKChemie 公司。

1.2 测试方法
(1)涂膜表面接触角:采用JC2000A静滴接触角/界面张力仪(上海中晨数字设备有限公司)测试涂膜表面静水接触角。
(2)涂膜吸水率:把胶膜裁剪成10 mm×10 mm 的试样各3 块,烘干称量得W1,在去离子水中浸泡24 h 后擦去表面吸附水称重得W2,按W=(W2-W1)/W1×100%计算涂膜吸水率W。
(3)涂膜耐沾污性:以涂膜反射率下降率表征,参照GB/T9755—2001 进行测试。用标准冲洗装置,粉煤灰为标准粉煤灰。

2 结果与讨论
2.1 LD 超疏水性纳米界面剂对外墙涂料
耐沾污性的影响
LD 超疏水性纳米界面剂设计思想是[3- 4]:通过处理剂对纳米粒子的表面化学修饰,将具有独特界面效应的纳米粒子制备成水分散液,以助剂形式添加到传统水性涂料中,涂饰于基材后自动分层,在涂膜表面形成完全由纳米粒子组成的纳米涂层,从而赋予传统水性涂料以纳米材料独具的界面效应。在配漆阶段向基础配方中加入不同掺量的LD,充分分散,研究LD 对乳胶涂膜耐沾污性的影响,结果见表1。

由表1 可见,LD 对外墙涂料的耐沾污性有显著的影响。
表面接触角是表征固体表面亲疏水性的重要参数, 添加LD后,涂膜表面静水接触角超过90°,涂膜表面呈强烈的憎水性,涂膜吸水率大幅度降低。涂膜对污染源的粘附和吸入大大减弱,极易用水清洗,涂膜耐沾污能力得到大幅度改善。试验也表明,LD 的加入对涂膜的重涂性有一定影响。

2.2 SILRES BS 1306 对外墙涂料耐沾污性的影响
SILRES BS 1306 是一种功能有机硅改性聚硅氧烷乳液,通常作外墙漆憎水添加剂,可以增强涂料的防水性和耐水性,改善外墙涂料的抗粘连性和耐沾污能力,并保持良好的水蒸气透气性[5]。在调漆阶段,按涂料配方总量的1%~4%加入SILRES BS 1306,并充分搅拌均匀,研究BS 1306 对涂膜耐沾污性能的影响,结果见表2。
表2 BS 1306 对外墙涂料耐沾污性能的影响

从表2 可以看出,添加SILRES BS 1306 显著降低了涂膜的吸水率,并提高了外墙涂料的耐沾污性。SILRES BS 1306 的改性原理与其低表面张力有关。BS 1306 加入涂料后,能降低涂膜的表面张力,提高其与水的接触角,使涂膜具有良好的疏水性,防止污染物以水为介质通过毛细管渗入涂膜内部,从而增强乳胶漆的耐沾污性。

2.3 BYK- Silclean 3700 对外墙涂料耐沾污性的影响
BYK- Silclean 3700 是毕克化学公司开发的荷叶效应助剂(Lotus- effect),基本组分为含羟基有机硅改性聚丙烯酸酯。在生产过程的最后阶段在较高剪切力下按配方总量的3%~6%添加,其对外墙涂料耐沾污性能的影响见表3。
表3 BYK- Silclean 3700 对外墙涂料耐沾污性能的影响

从表3 可以看出,对于普通丙烯酸乳液为基料的乳胶涂料,BYK- Silclean 3700 的改性效果并不显著。BYK- Silclean3700 的改性原理是反应性有机硅功能组份在成膜过程中排列在涂料表面,通过其—OH 与基料反应从而固着在涂料表面,赋予涂膜表面憎水性。与常规非反应性有机硅相比较,它提供了更持久的防粘连性和较少积尘性。但它更适宜用于双组份聚氨酯、醇酸/三聚氰胺、聚酯/三聚氰胺、丙烯酸酯/三聚氰胺、紫外光固化体系、自交联丙烯酸酯和环氧类等基料交联系统[6]。

2.4 Zonyl 含氟化学添加剂对外墙涂料耐沾污性的影响
选择Dupont 公司的Zonyl 含氟化学添加剂Zonyl 8952,研究其对外墙涂料耐沾污性的影响(见表4)。Zonyl 8952 是氟化学添加剂,主要适用于乳胶漆和乳液系统[7]。

含氟类表面活性剂一个显著的特点就是高效能、低用量。由表4 可以看出,Zonyl 8952 在低掺量下就可以获得显著的耐沾污性改善效果。氟化学添加剂的改性原理主要源于氟碳链RF 和CF3 基团的低极性和超低表面张力。由于表面张力的差异,氟化学添加剂在涂料干燥成膜过程中取向于涂料表面,在涂膜表面富集一层疏水层,使得污染源在雨水的冲刷下容易脱离涂层表面,从而达到自清洁目的。

3 结语
选择合适的低表面能助剂是改善外墙乳胶涂料耐沾污性较有效的手段之一。选择低表面能助剂应注意与涂料体系的相容性。此外,低表面能助剂在涂膜中的长期有效性仍值得关注.

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