灰钙粉在内墙乳胶漆中的应用

0  引 言
过去我国曾将灰钙粉用于建筑内墙涂料的生产,并取得很好的效果, 但该类涂料以聚乙烯醇缩醛胶为基料[ 1- 4] , 涂料的耐洗刷性不能达到GB/T9756-2001 标准的要求; 有害物质限量不能达到GB18582 -2001 标准的要求, 因而遭到淘汰。此外, 日本有关吸收二氧化碳的内墙涂料的发明专利, 其原理是利用熟石灰和空气中的二氧化碳反应而吸收之, 这正与我国过去使用灰钙粉提高涂料性能的原理一致, 但其所用的基料是合成树脂乳液。因此, 研究灰钙粉在建筑涂料中的应用, 以得到性能符合国家标准要求的涂料仍有一定的意义。

1  原  料
1. 1   灰钙粉
灰钙粉的主要成分是氢氧化钙, 属于气干性材料, 气干后有很好的耐水性和粘结性, 用于涂料中能够将这些特性赋于涂料。
1. 2  灰钙粉处理剂
过去常用的灰钙粉处理剂有明矾、食盐、硫酸铝或其他电解质类材料, 如果将未处理的灰钙粉用于涂料中, 会使涂料在贮存过程中增稠[ 5] 。经过筛选, 选择能够对灰钙粉起作用的表面活性剂类材料对灰钙粉进行预处理。
1. 3   基料
作为涂料基料的常用乳液有聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸类乳液和乙烯- 乙酸乙烯共聚物( VAE) 乳液等。聚醋酸乙烯酯乳液耐碱性差[ 6]; 丙烯酸类乳液与灰钙粉混合使用也有一定问题。初步试验发现,VAE乳液应用于含灰钙粉的涂料具有较好的效果。
1. 4   增稠剂
以前应用灰钙粉比较成功的涂料是以聚乙烯醇缩甲醛胶为基料的产品体系。但由于游离甲醛的限制, 聚乙烯醇缩甲醛胶目前已不允许在涂料中应用。笔者选择了新的改性材料, 对聚乙烯醇进行改性, 并在一定的工艺配合条件下, 得到以聚乙烯醇为主的复合增稠剂。
1. 5  其它助剂
所需的其它助剂有分散剂、消泡剂和冻融稳定剂等。
2   内墙乳胶漆的配制
2. 1   配方
内墙乳胶漆的配方如表1 所示。

2. 2   涂料的配制
( 1) 在带搅拌的分散容器中加入水和灰钙粉处理剂, 搅拌均匀; 再投入灰钙粉搅拌均匀, 并持续搅拌30 min, 使灰钙粉得到充分分散, 得到处理好的灰钙粉浆。
( 2) 将增稠剂溶液、湿润分散剂、乙二醇和约一半配方量的消泡剂加入灰钙粉浆中, 混合均匀, 制成浆料。
(3) 将浆料通过小砂磨机研磨30 min, 过滤去除玻璃球, 得到磨细浆料。
(4) 将VAE 乳液加入磨细浆料中混合均匀。视物料中气泡的多少酌量加入预留的消泡剂, 慢速搅拌消泡, 得到配制好的灰钙粉内墙乳胶漆。
2. 4   内墙乳胶漆的技术性能
经安徽省产品质量监督检验所检测, 灰钙粉内墙乳胶漆的物理性能和有害物质限量如表2 所示。
表2  灰钙粉内墙乳胶漆的性能和有害物质限量性能的检测结果

由表2 可知, 样品按国家标准GB/ T 9756 – 2001和GB 18582 – 2001 检验合格。
3  试验结果及讨论
3. 1   VAE 乳液用量对涂料耐洗刷性的影响
保持涂料配方中各组分的用量( 质量分数) 不变,而改变VAE 乳液的用量, 得到的涂膜耐洗刷性试验结果如表3 所示
表3  不同VAE 乳液用量时涂膜的耐洗刷性

表3 中列出2 个配方体系, 其中配方体系1 的灰钙粉用量小于配方体系2 的。一般来说, 涂料中不加入VAE 乳液, 涂膜也具有一定的耐洗刷性。从表3中的配方体系2 可以看出, 当加入3. 5% 的VAE 乳液后, 涂膜的耐洗刷性为215 次, 说明VAE 乳液能够明显提高耐洗刷性。此后, 随着VAE 乳液量的加大, 涂膜耐洗刷性逐渐升高。根据表3 中的试验结果可知,要满足国家标准GB/T 9756- 2001 对不同品级乳胶漆耐洗刷性的要求, 可以加入不同量的VAE 乳液。例如, 加入4. 5% 时, 可以满足一等品的> 500 次的要求; 加入5. 5% 时可以满足优等品的> 1 000 次的要求。
3. 2   灰钙粉用量对涂料对比率的影响
灰钙粉作为活性填料, 除了能够赋予涂料耐水性和耐洗刷性外, 与重质碳酸钙这类惰性填料相比, 还能够显著增大干涂膜的对比率( 遮盖力) 。当保持涂料其他组分不变时, 灰钙粉用量不同时涂料的对比率如表4 所示。表中所设计的灰钙粉用量试验范围是考虑到灰钙粉可能在涂料中的用量范围这一实际情况出发而得。试验时, 在灰钙粉用量增大的同时减少等量重质碳酸钙的用量, 以保持涂料中颜料、填料的总用量为49% ( 质量分数) 不变。从表中可以看出,当灰钙粉的用量从10% 增加到22% ( 即用12% 的灰钙粉代替等量的重质碳酸钙) , 可以使涂料的对比率从0. 928 提高到0. 955。

3. 3   内墙乳胶漆贮存稳定性试验
对按表1 配制的乳胶漆进行45 ºc的热贮存稳定性试验。试验进行31 d, 涂料在容器中的状态基本无变化。涂料制板时发现, 涂料的刷涂性能、流平性、耐洗刷性等性能和热贮存试验前均无差别。此外, 2003年8 月配制的乳胶漆样品贮存至2004 年3 月, 容器中状态正常。
3. 4   乳胶漆性能综合分析
3. 1. 1  降低涂料的成本
灰钙粉属于气硬性胶凝材料, 在涂膜中起到无机基料的作用和增强聚合物树脂性能的作用, 并节省乳液用量; 灰钙粉能够提高涂料的遮盖力, 降低涂料中钛白粉或立德粉等颜料的用量。乳胶漆的原材料成本不到1 750 元/ t, 且能够达到GB/T 9756 – 2001 优等品的标准。
3. 2. 2   提高涂料的环保性能
1) 降低涂料的VOC 含量: 以VAE 乳液为基料的乳胶漆, 不需要使用成膜助剂( 溶剂) , 冻融稳定剂的用量也可以降低, 因而VOC 含量明显降低。
2) 不使用防霉剂: 乳胶漆中灰钙粉所提供的高碱性环境, 使得霉菌和微生物无法生存, 不再需要加防霉剂。
3) 能够吸收空气中CO2: 乳胶漆中的灰钙粉的主要成分是Ca( OH) 2, 能够和空气中的CO2 反应生成CaCO3。
3. 2. 3   涂料存在的问题
原来的灰钙粉类涂料在旧墙面上使用时, 有时可能会出现涂膜黄变的问题, 本涂料中黄变问题依然存在。

4  灰钙粉提高涂料性能的原理分析
过去一直认为灰钙粉提高涂料耐水性和耐洗刷性的原理在于: 灰钙粉中的Ca( OH) 2 能够与空气中的CO2 反应, 生成CaCO3, CaCO3 与涂料的成膜物质一起形成网络结构或称为紧密网架防水层[ 4] 。作者认为, 灰钙粉在涂料中的作用并不仅限于此, 应该从以下2 个方面考虑灰钙粉与聚合物乳液的复合机理。
4. 1   灰钙粉对聚合物的改性作用
乳胶漆中的灰钙粉有一部分被水溶解, 并被进一步离解成Ca2+ 和OH- 。涂料施工并干燥成膜后, 有一部分Ca2+ 处于成膜物质( 聚合物) 的结构网络中,Ca2+ 和空气中的CO2 反应, 生成CaCO3 的反应是在聚合物结构网络中( 原位)反应, 成为聚合物网络结构的一部分, 提高了聚合物网络的自身结构强度和对颜料、填料的粘结性能。有研究认为, 在聚合物改性性水泥材料中, 丙烯酸酯共聚乳液可与水泥水化生成Ca( OH) 2 发生化学反应, 生成以离子键结合的大分子网络交织结构[ 7] 。这种作用机理也会存在于含VAE 乳液的灰钙粉类涂料中。在这样低的VAE 乳液用量下,如果不加灰钙粉, 涂料不具有较好的耐洗刷性。
4. 2   灰钙粉的粘结作用
在所研制的乳胶漆中, 还有一部分灰钙粉没有处于聚合物的结构网络中, 而是处于颜料( 填料) 颗粒表面, 与CO2 生成CaCO3 的反应也是在有颜料和填料存在下进行的, 因为生成的CaCO3 有粘结性, 所以和聚合物一样会对涂膜中的颜填料产生粘结作用, 相当于在涂膜中新增加了无机基料。因而, 涂膜中的灰钙粉由于和空气中的CO2 反应生成CaCO3, 既增强了有机成膜物质的性能, 又增加了基料的数量。

5   结  论
本文研制的内墙乳胶漆具有很好的耐水性、耐洗刷性和较低的成本, 其技术性能符合GB/T 9756 -2001 中规定的优等品的指标; 有害物质限量符合GB18582 – 2001 的要求。此外, 该类乳胶漆在涂料流平性和涂膜手感( 类似于压光的仿瓷涂料) 方面优于普通丙烯酸酯类乳胶漆; 该乳胶漆在降低涂料的VOC含量、不使用防霉剂等方面也有优势。灰钙粉涂料一直存在的在旧墙面使用有时会产生黄变的问题在该乳胶漆中依然存在。

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