环保型内墙乳胶漆的合成研究

环保型内墙乳胶漆的合成研究

孙红刚 刘恒 尹光福 姚亚东 周大利 张云
(四川大学材料科学与工程学院,成都,610065)

 乳胶漆是以合成树脂借助乳化剂的作用,以0.1 —0.5μm 的极细微粒分散于水中构成乳液,并以乳液为主要成膜物质,加入适量的颜料、填料、辅助材料,经研磨而成的涂料。它以水为稀释剂,价格较便宜,具有无毒、不燃、施工方便、维修容易、色彩丰富及使用期长等优点,是一种性能十分优异的涂料[1 – 4 ] 。目前,我国内墙乳胶漆的品种繁多,但其中一些乳胶漆在生产、施工和应用过程中会散发出大量有害物质,对人体健康产生不利影响[5 、6 ] 。在市场方面,中高档内墙乳胶漆产品几乎都被Nippon 、ICI 等国外商家所占领。因此,研究开发环保、低价、优质的内墙乳胶漆,对振兴民族产业,实现建筑内墙涂料的可持续发展具有重要的现实意义。本研究旨在讨论合成乳胶漆所用的各种原辅料的种类和含量与涂料性能之间的关系。在性能一定的条件下如何降低乳胶漆的成本及有害物质含量,设计出中档、环保优质的内墙乳胶漆的较佳配方。

1  实验
111 试剂
苯丙乳液:成都蓉丰化工生产;
钛白粉:金红石型,重庆产;
滑石粉:325 目,广西产;
膨润土:325 目,成都产;
高岭土:1250 目,成都产;
重钙:1250 目,江苏产;
双飞粉:400 目,成都产
杀菌剂、羟乙基纤维素、增塑剂、润湿剂、分散剂、防冻剂、消泡剂、成膜助剂、多功能助剂及增稠剂等:均为化学纯;水:普通去离子水。

112 乳胶漆的配方及合成
以高速搅拌器(最高速度达20000rpm) 为主要设备,按图1 的操作流程进行乳胶漆的合成。每次制备试样总质量为300g ,所用试剂量如表1 所示。


图1  乳胶漆合成工艺流程图
113 乳胶漆的性能检测
涂料的性能检测指标较多,选择一些较直观、能较全面地反映涂料综合性能的部分指标进行测定,同时与市售同类优质产品进行各方面性能的比较。

2  结果与讨论
211 乳液对涂料性能的影响
合成树脂乳液是涂料的基料,它是涂料的最主要的成膜物质。乳液的种类和用量对乳胶漆的性能有决定性的影响,它不仅影响涂料的耐擦洗性能、耐玷污性能、涂膜硬度、光泽、手感等性能,而且直接影响和决定着涂料的成本。
目前,国内外所用的合成树脂乳液主要有:聚酯酸乙烯乳液、醋酸乙烯2丙烯酸酯共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液(苯丙乳液) 、纯丙烯酸酯共聚乳液等[7 、8 ] 。由于苯丙乳液具有十分优异的涂膜物理性质,耐水性、耐酸碱等化学物质的腐蚀性和耐紫外线的降解性等性能也十分优良,已成为内墙涂料中所用的主流乳液[ 9 ] 。其合成工艺已相当成熟,市场较为完善,性价比高,故被选为本研究所用乳液。表3 为仅改变苯丙乳液的含量所合成的乳胶漆的一些性能参数的对比。结果表明:乳液用量在小于15 %的情况下,漆膜会有刷痕,有流坠和疙瘩,而且出现漏刷透底现象,手感较差,表面粗糙,满足不了乳胶漆的美观装饰效果。乳液用量大于25 % ,涂料的各种施工性能没有太大变化,而涂料的成本却由于乳液用量的增大而提高了许多。因此,乳液在涂料配方中的较佳含量应控制在15 —25 %

212 钛白粉对涂料性能的影响
钛白粉是一种性能十分优异的颜料,它白度特别高,遮盖力、消色力高,耐候性比较好,成为涂料生产中必不可少的白色颜料品种[10 ] 。但是,钛白粉是一种价格相对较高的无机颜料,它的相对含量将直接影响到涂料的成本及产品的经济效益。因此,适当地减少钛白粉的含量而又不使涂料性能指标降低,这一问题就显得相当关键。表4 为仅改变钛白粉含量所制备乳胶漆试样的性能指标。结果表明:钛白粉的用量越低,涂料的白度越差,涂膜的遮盖力越差;反之,钛白粉用量越高,则涂膜白度、遮盖力、手感都会相应提高。但钛白粉用量提高,则会使涂料的成本大幅提高,实验结果表明钛白粉含量控制在15 %左右,涂料的性价比最高。

213 颜基比对涂料性能的影响
颜基比为颜料、填料与基料(乳液) 的质量比值。颜料给涂料着色,使涂层能够遮盖底材,使颜色符合要求,赏心悦目;同时,颜料给涂膜光泽以影响,使其有所增加,或使其减少甚至消除。乳胶漆中使用填料要达到的目的有:降低成本;增加乳胶漆的稠度;防止颜填料沉淀;影响乳胶漆的流动性、流平性;影响漆膜的光泽;有助于漆膜污染的清除;影响漆膜的耐久性、粉化性和抗擦伤性;影响漆膜的遮盖力;增加漆膜的整体性和屏蔽性等等。涂料的颜基比主要影响涂料的成本和涂刷性能。颜基比越低,涂料成本越高,涂料的涂刷性能相对较好;反之,颜基比越高,涂料的成本越低,涂刷性能也就相对较差。综合考虑这两方面的因素,本研究确定较佳的颜基比为4.5 —5.5 。
214 其它因素对涂料性能的影响
影响涂料的因素相当繁多,除了上述因素的影响,颜料和填料的粒度以及助剂对涂料性能产生的影响也不容忽视。颜填料的粒度不仅影响涂膜的光洁度,而且在很大程度上影响颜填料在体系中的分散性。实验发现,颜填料的粒度越小,由于颗粒的团聚性而难于分散,所需的有机分散剂越多,越难于合成高固含量、低VOC 的产品,而且相应的粉体价格也会越高,使得涂料成本增大。但颜填料的粒径太大对涂膜的流平性、光洁度等涂膜性能产生不良影响,综合上述原因,选用粉料的粒径分布为1 —5μm。

215 涂料的环保性
涂料的毒性危害主要来自三个方面: VOC(Volatile Organic Compounds , 挥发性有机化合物) 、游离甲醛、重金属[11 ] 。VOC 会影响人的中枢神经系统和免疫功能,引起头痛、疲劳、注意力不集中等症状[12 ] 。有机溶剂会挥发至空中而引起污染,以水为溶剂的乳胶漆基本上不存在这一问题。对于乳胶漆来说, VOC 主要来自于乳液[ 11 ] 、成膜助剂[13 ] 、p H 值调节剂[14 ] 等。为了降低乳胶漆中的VOC ,本研究选用不需要成膜助剂就能够成膜的苯丙乳液,且乳液中的残存单体浓度极低[8 ] ;助剂选用非矿物油类消泡剂;选取不含有有机溶剂的增稠剂和p H 值调节剂;选用不含甲醛的防腐杀菌剂;选用高纯度的无机颜、填料,从而减少了涂料中游离甲醛和重金属的含量。国家强制标准“室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量”中规定,VOC 的最高限量是200g/ L ,游离甲醛是0.1g/ kg。表5 为本研究合成的乳胶漆有害物质含量的检测结果。从表5中可看出,制品完全符合国家的强制标准,且VOC含量仅为28g/ L 。

216 与市售同类产品的对比
综合以上各因素的影响,设计出最佳配方,并对该配方所制得的乳胶漆产品进行检测,与市售优质产品进行对比。


从表6 可看出,自行研制的产品其固含量高达60 %以上,并且在涂刷性能、遮盖力、条件粘度以及贮存稳定性、VOC 含量等方面已达到同行业的较高水平,而且成本低廉,是一种性价比较高的内墙乳胶漆。

3  结论
311  乳液对涂膜质量影响很大,钛白粉主要影响涂料的白度,将苯丙乳液的含量控制在20 %左右,钛白粉含量控制在15 %左右,可制得性价比高的涂料。
312  选用残余单体和游离甲醛含量较低的苯丙乳液、重金属含量低的金红石型TiO2 颜料和无机矿物填料以及无机助剂,有利于降低涂料中VOC、重金属等有毒有害物质的含量,制得环保型涂料。
313 成功合成了高固含量、高粘度、良好的涂刷性能和贮存稳定性、低VOC、低成本的中档内墙乳胶漆,该产品在许多方面都已达到市售优质高端产品的水平。

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