乳胶漆低温施工的性能研究

 随着现代科学技术的进步和社会的发展,建筑涂料的发展水平已经成为一个国家经济发达的重要标准之一,建筑外墙涂料由于具有质轻、色彩丰富、易于翻新等特点,已经被普遍采用。但是普通外墙乳胶漆具有的成膜特性不足以满足冬季低温施工的条件,为了适应此种情况,在原有成熟乳胶漆技术的基础上做了部分改进,配制出了满足上述施工条件的低温施工外墙乳胶漆。

1 实验部分
1. 1 实验原料及仪器
原料:乳液,钛白粉及填料,助剂,遮盖聚合物。
仪器: Ci4000 氙灯耐气候老化测试仪, 美国ATLAS公司生产; JTX建筑涂料耐擦洗仪,上海现代环境工程技术有限公司; SFJ高速实验分散机,上海现代环境工程技术有限公司; 冰箱, 控温稳定在0℃; PL2002 电子精密天平,梅特勒- 托利多仪器(上海)有限公司。

1. 2 涂料制备
按照实验方案首先进行乳液的选择,然后对遮盖聚合物和成膜助剂以及二醇类物质的用量进行优化,配制出不同配方的乳胶漆。

1. 3 性能测试
试板的选用参照GB /T 9755 – 2001标准要求,放入温度控制在0℃的冰箱内,冰冻12h,使试板的温度调整至0℃状态,制板时的温度即为0℃,模拟冬季低温施工状态, 0℃条件养护7d。按照GB /T9755 – 2001标准要求进行各种性能的测试。

2 结果与讨论
2. 1 乳液的影响
考虑到对乳胶漆低温成膜影响较大的因素为乳液,因此选用优质的能低温成膜的乳液。表征乳液成膜性的指标为最低成膜温度(MFT)和玻璃化温度(Tg) [ 1 ] 。最低成膜温度MFT是乳胶体系形成连续涂膜的最低温度。一般外墙用乳液最低成膜温度为20℃左右,这样的乳液其成膜温度要求较高,所做成的乳胶漆最低只能在5℃以上施工,不能适应低温施工的要求。而过低的最低成膜温度会造成涂膜后期的高温回粘,耐沾污性和耐老化性能迅速下降。在0℃制板,测试最低成膜温度对漆膜性能的影响,见表1。
由表1可见,耐沾污性随着最低成膜温度的降低先减小后增大,这是由于MFT高时在低温成膜不好,造成沾污性不好,数值较高;随着MFT的降低,成膜较好,耐沾污性提高;但是,MFT继续降低,涂膜的高温回粘特性显现出来,耐沾污性则下降。
表1 0℃制板,最低成膜温度对漆膜性能的影响

 耐擦洗和耐老化性能则随着MFT的降低,其性能则先提高后降低,原因与耐沾污性的相同。最终选取最低成膜温度为15℃的乳液作为基础乳液,经过配方内助剂的调整使乳胶漆在0℃施工,以达到低温施工的要求[ 2 ] 。

2. 2 遮盖聚合物
配方中加入了具有特殊功能的遮盖聚合物。遮盖聚合物是一种硬而不成膜的共聚物分散体,平均直径约0. 4μm,壁厚为0. 05μm的中空微球。在原料状态,共聚物球体内充满水,成膜时水从共聚物壳内不可逆的扩散出来,留下一个完全封闭的散光微粒,它的外壳具有较高的玻璃化温度。玻璃化温度Tg值是一个2级转变温度,表明聚合物从玻璃状态的脆性物质转变成能挠曲的可塑性物质的温度。在乳胶漆的干燥过程中,玻璃化温度是乳胶漆聚合物粒子变形并聚结成树脂状结构涂膜能力的最方便的量度。当采用较多的硬单体聚合而成的乳液相应的会有较高的Tg值, Tg值高,涂膜的硬度高,回粘少,耐沾污性会相应的提高。遮盖聚合物干燥时会填充在乳胶漆颜料颗粒所形成的空洞内,提高了涂层的致密性,能够明显提高涂层的耐沾污的性能,刚性外壁填充留下的空隙在阻止灰尘沾附的同时并不阻碍水分子向外扩散,从而适应了低温潮湿墙面的施工情况,较好的解决了耐沾污和透水性的平衡。这样,加入遮盖聚合物可以有效降低由于最低成膜温度降低带来的耐沾污性下降的负面影响 3 ] 。通过不同的添加量,可以达到耐沾污性的适度提高,具体数据见表2。
由表2可见,耐沾污性随着遮盖聚合物的加量增大而提高,但是当加量增大到3%时,继续加入则没有继续提高,可见, 3%是个比较优化的比例,所以下面实验均选用这个比例作为基准。

表2 遮盖聚合物加量对耐沾污性的影响
遮盖聚合物加量/%           耐沾污性/%
0                                             18
1                                             16
2                                             12
3                                             11
4                                             11

2. 3 助剂的影响
通过配方内成膜助剂的调整可以有效地降低乳液的最低成膜温度,同时调整二醇类物质的用量可以延缓漆膜的开放时间,适当增加用量还可以提高涂料的抗冻性。

3 结语
选用最低成膜温度为15℃的乳液,可以获得低温施工和外墙各种性能的平衡,添加3%的遮盖聚合物可以进一步弥补耐沾污性下降的不足,对成膜助剂和二醇类物质的优化可以使外墙乳胶漆低温成膜良好,达到了冬季低温施工的要求。

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