耐沾污乳胶漆的研制

1 引言
目前, 国内应用的内墙涂料主要品种中的丙烯酸类乳胶漆, 分为平光、亚光和有光等类别。它具有很好的耐水性和耐洗刷性。但是, 其存在耐沾污性差的缺点。对于平光乳胶漆来说, 沾在涂膜上的污物很难清洗掉, 这使得其耐洗刷性失去实际意义, 更影响其涂装后的有效装饰寿命。人们曾试图通过罩光、使用底涂与面涂等方法来解决。但是, 可能是因为这些方法使涂料的装饰效果不理想; 或因为双组分包装的作法不能满足建筑涂料的涂装施工要求, 因此, 至今这些问题仍然存在。
为此, 笔者曾研制了致力于解决这一问题的新型厚质丙烯酸瓷质涂料- SRC 涂料[1]。此后又将这一技术延伸, 研制了耐沾污乳胶漆。本文介绍该乳胶漆的耐沾污机理、配制技术和技术性能。

2 耐沾污机理
实际上, 造成涂膜耐沾污性能差的根本原因一是涂膜的亲水性; 二是涂料的颜基比太高, 涂膜的结构不密实, 涂膜中存在大量的微细孔隙。这样, 当脏物沾附于涂膜表面后, 会因毛细管力的作用而以空气中水蒸气为介质被吸附进涂膜中。墨水等对涂膜的沾染则使得所述现象更为显而易见。所以,要解决涂膜耐沾污性不良的问题, 必须从解决涂膜憎水性和致密性等方面着手。国外对类似技术的研究是从仿生学开始的[2] 。本涂料采用掺入表面能非常低的耐沾污剂, 以显著降低涂膜的表面张力, 使涂膜更为致密并具有一定的斥水性, 从而大大提高涂膜的耐沾污性。

3 生产技术
3. 1 原材料
( 1) 基料用苯丙乳液作为基料, 能够为耐沾污乳胶漆提供良好的涂装性、成膜性以及涂膜所需要的各种物理力学性能。
( 2) 颜( 填) 料白色颜料使用锐钛型钛白粉和立德粉。除颜料外还使用很高比例的填料, 所用的填料有重质碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉等。这些填料的微粒表面光滑、吸湿( 油) 量小。
( 3) 助剂所用的助剂有成膜助剂、分散剂、增稠剂、消泡剂、防霉剂和耐沾污剂等。
1)成膜助剂, 也称成膜助溶剂、聚结助剂等。其作用是使乳液中的聚合物微细粒子能够产生溶胀作用而在低温时也呈柔软状态, 使乳液能够在较广泛的温度范围内聚结成膜。成膜助剂使用的是美国伊士曼( Eastman) 公司生产的Texanol酯醇, 其化学成分为2, 2, 4- 二甲基-1, 3 – 戊二醇单异丁酸酯。
2)分散剂, 所用的分散剂是六偏磷酸钠和阴离子型分散剂, 将二者复合使用。因为少量的六偏磷酸钠即能对无机颜( 填) 料产生明显的润湿分散作用, 阴离子分散剂则能够进一步在填料的微细颗粒表面形成电性吸附层, 以防止乳液中的表面活性剂分子被填料微细颗粒吸附而破坏, 并使涂料在贮存过程中处于良好的分散稳定状态。
3) 增稠剂, 由于涂料中的液相与填料密度相差甚大, 易产生分层或沉淀, 影响涂料的贮存稳定性及施工性能。因此,选用羟乙基纤维素和碱活化增稠剂对乳胶漆进行增稠。羟乙基纤维素能延缓涂膜的干燥时间, 消除涂刷接头。触变型增稠剂则使得乳胶漆具有良好的触变性能, 能够避免乳胶漆在贮存过程中出现沉淀或分层。
4)耐沾污剂, 它是赋予耐沾污乳胶漆良好耐沾污性能的功能型助剂。其具有非常低的表面能, 掺于乳胶漆中能够显著降低涂膜的表面张力, 赋予涂膜一定的斥水性, 同时使涂膜的表面更为致密。因而, 当污染物沾附到涂膜上时, 因涂膜的斥水性防止了污染物的沾染和随着水分向涂膜中的渗吸。其缺点是用量大时对涂膜的理化性能产生一定的破坏作用,此外, 也会增大涂料成本, 所以必须对其用量进行限制。
5) 其它助剂, 包括防霉剂、消泡剂、pH 值调节剂、缓冲剂等助剂, 这些助剂均根据具体原料来源和配套性酌情选用。

3. 2 配方
耐沾污乳胶漆的配方见表1。

3. 3 生产工艺
耐沾污乳胶漆配制时, 先在搅拌器中加入水, 投入防霉剂搅拌均匀。然后, 加入羟乙基纤维素, 搅拌均匀后加入氨水, 并搅拌使羟乙基纤维素溶解成均匀的胶液。用适量的热水将六偏磷酸钠溶解后投入搅拌器中, 再投入阴离子型分散剂搅拌均匀。接着, 投入部分消泡剂和成膜助剂等, 搅拌均匀后, 加入经过预处理的耐沾污剂并搅拌均匀。在加入全部颜( 填) 料搅拌均匀后得到混合料浆。在砂磨机中将混合料浆研磨至细度约30 um, 得到磨细料浆。将该磨细料浆和苯丙乳液一起混合均匀, 用适量的水将ASE- 60 增稠剂稀释后, 用其调整乳胶漆至适当的黏度。再根据物料中泡沫的多少加入适量的消泡剂慢速搅拌消泡, 得到成品乳胶漆。

4 技术经济性能分析
4. 1 技术性能
该耐沾污乳胶漆的成膜物质是苯乙烯- 丙烯酸酯共聚乳液, 用量在涂料配方中占25%以上, 且涂料的颜基比在合理的范围内, 因而使得涂膜对环境中一些破坏因素具有抵抗能力, 并具有良好的耐水性、耐碱性、耐洗刷性和耐冻融性等。将该涂料涂刷于石棉水泥板上, 在制板过程中发现其刷涂性和遮盖力良好, 流平性一般; 涂膜干燥24 h 后, 将黑、红墨水滴至其上, 在自来水龙头下冲洗即净。此外, 涂膜手感舒适, 涂料贮存1 个月后无分层现象, 涂料触变性大。
工业生产的产品经广东省涂料产品质量监督检验站检测, 各项技术性能指标符合GB/ T 9756- 1995(合成树脂乳液内墙涂料)中的一等品规定要求( 见表2) ; 其耐沾污性按GB9780(建筑涂料涂层耐沾污性测定法)测试, 5 次循环反射率下降值仅为25%。

4. 2 经济性分析
按目前苯丙乳液7000 元/ t、锐钛型钛白粉11 500 元/ t、立德粉3500 元/ t 的价格计算, 耐沾污乳胶漆的原材料成本约为3000 元/ t。若不采用该耐沾污剂技术, 则要制成半光乳胶漆才具有相似的耐沾污性, 这种乳胶漆的原材料成本在6000 元/ t 左右, 相差约50%。
可见, 这种耐沾污乳胶漆技术有着明显的技术经济效益。

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