0 引 言
基于建筑物基层均为水泥基骨料物质的实际情况, 优异的封闭底漆必须同时具备如下的重要性能:优异、长效的耐碱性能, 超强的基材渗透能力, 相对致密的漆膜, 有效抵抗水气的透过能力, 广泛的底材适应性以及面漆配套性, 在基层动态碱性下长效附着,体现面漆良好的施工性能, 使面漆长期均一化, 而且在抑制基材开裂、内部产生细微裂纹现象中也有着积极作用。根据以上几点基本要求, 笔者以抗碱型苯丙乳液、硅溶胶为基料, 二氧化钛、云母粉为主要颜填料, 制得有机-无机复合型非透明封闭底漆, 并对其主要性能进行测试分析和探讨。
1 实 验
1. 1 主要原料
苯丙乳液296D: 巴斯夫化学公司; 硅溶胶CH83- 1: 江阴国联化工有限公司; 二氧化钛R- 215(金红石型): 中核华原; 云母粉( 1 250目): 滁州格锐矿业;滑石粉( 1 250 目, 超细): 国内厂家; 成膜助剂Texano:l 伊士曼化学公司; 2 – 甲基- 2- 氨基- 1-丙醇( AMP- 95) : 安格斯化学公司; 纤维素HEC: 陶氏化学; 其他助剂: 均为乳胶漆通用型。
1. 2 基础配方
实验基本配方见表1。
1. 3 工艺
按通常乳胶漆制备工艺, 将二氧化钛、云母粉、滑石粉高速分散制浆, 加入乳液、成膜助剂, 搅拌均匀后, 用AMP- 95调节体系pH值至8.5~ 9.5之间, 然后缓慢加入硅溶胶, 搅拌均匀后用流变改性剂调节黏度至90~ 95mPa. s, 过滤包装。
1. 4 性能检测
1. 4. 1 涂膜外观、干燥时间和施工性
分别对处理过的水泥石棉板进行两道刷涂和喷涂试验。实验结果: 干燥时间(指触干) < 2 h; 施工性: 刷涂、喷涂两道均无障碍; 涂膜外观: 正常(涂膜连续、均一, 无针孔、裂纹和缩孔等异常)。
1. 4. 2 贮存稳定性
分别将样品进行低温稳定性( 按GB /T 9755-2001的规定)和热贮存试验( 60度下30 d)。观察是否出现絮凝、凝胶以及沉淀情况, 检测pH 值、黏度变化情况。
实验结果显示, 不同温度条件下贮存的样品, 30d后均不存在絮凝现象, pH 值、黏度基本无变化(变化幅度均不超过初指标的2% ) , 存在不同程度的分层现象, 但易搅起、搅匀。
1. 4. 3 对比测试
因目前没有封闭底漆的检测标准, 故另选取不同厂家或型号的A、B、C 3种封闭底漆( A、B 为透明底漆, C为非透明型底漆, 均为乳液型), 分别制得水泥石棉板样板数块, 均用小辊刷辊涂一道, 干燥1周后, 参照国家标准相应测试方法, 分别进行如下各项检测。
( 1)耐水性
不同封闭底漆样板分别置于蒸馏水中(样板2 /3浸入), 观察漆膜状态并记录。实验结果见表2。
( 2)漆膜耐碱性
不同封闭底漆样板分别置于pH 值为13的氢氧化钙溶液中(样板2 /3浸入), 观察漆膜状态并记录。实验结果见表3。
( 3)抗渗透性
参照GB 9779- 1988《复层建筑涂料》中相关规定的透水性测试方法。实验结果见表4。
( 4)附着力
参照划格法试验标准, 实验结果表明, 样品的附着力最优, 然后依次为底漆B、底漆A、底漆C。另将样品及底漆A、B、C 分别刷涂在光面瓷砖(墙砖)上, 干燥后用刀片及指甲剥离漆膜。样品: 用刀片剥离较困难; 底漆A、底漆B 及底漆C: 用刀片、指甲均容易剥离。
( 5)高温回粘性
对刷有A、B、C 及样品底漆的样板进行高温回粘性(压滤纸法)对比实验。实验条件: 温度40度 , 相对湿度( 80±5)% , 压滤纸时间为10 m in。实验结果显示, 样品: 样板翻转, 滤纸手指轻敲可落下, 涂层无滤纸毛粘结; 底漆A: 样板翻转, 滤纸经手指轻敲不可落下, 撕开后涂层有较多滤纸毛粘结; 底漆B: 样板翻转, 滤纸经手指轻敲不可落下, 撕开后涂层有较多滤纸毛粘结; 底漆C: 样板翻转, 滤纸经手指轻敲不可落下, 撕开后涂层有少许纸毛粘结。
1. 5 与面漆配伍性
在涂有样品的水泥石棉板上涂刷不同乳液类型、不同PVC 的面漆, 均无障碍和异常, 并且重涂性良好。在建筑物墙面上实际施工, 与面漆配伍性亦无异常。
2 结果与讨论
2. 1 硅溶胶在体系中的作用及机理
硅溶胶是以水为分散介质的无机高分子聚偏硅酸的胶体溶液, 也称为纳米S iO2胶体。随着水分的不断蒸发, 二氧化硅粒子间通过强大的表面能量可形成牢固的Si-O 键, 成为连续网状结构具备不可逆性, 一旦成膜就不再溶解, 因而具备极好的耐水、耐碱性能以及耐高温性能。硅溶胶胶体粒径为纳米级, 一般在5~ 40 nm之间, 具备超强渗透能力, 超微粒子状态的硅溶胶充分渗透到建筑物结构的微细孔隙中, 能牢固地附着在基材和填料颗粒表面, 胶体二氧化硅硅醇基活性大, 可与底材及涂料中的颜料、填料进行化生成稳定的硅酸盐。由于具有渗透、硬化粘结的综合作用, 由其配制的涂料具有极好的粘结力和附着力。硅溶胶通过毛细管渗透压直接渗透到底材内部,亦可与基材内的无机物质化合, 从而抑制水、盐析物向外扩散, 也有效提高了漆膜的封闭性能。硅溶胶可缩水交联成膜, 形成的S i- O 键刚性较强, 若单独使用硅溶胶常温固化成膜往往存在裂纹、内部微孔等缺陷。引入有机高分子乳液后, 有机高分子成膜物可均匀地分布在S i- O 无机涂膜间隙中, 既可消除上述缺陷, 也可屏蔽无机涂层中残存的亲水基团, 在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲, 使涂膜具备一定韧性和耐冲击性。
2. 2 硅溶胶与乳液配比的关系及影响
用乳液( 296D ) 与硅溶胶( 10 ~ 15 nm, 固含量30% )按不同比例制漆, 分别设计硅溶胶：乳液(固：固, 质量比)为1.0、0.5、0.3、0.2、0(无硅溶胶加入)的试验样品。并对所得的漆的稳定性、涂膜性能进行检验和评价。结果见表5。
由表5可见, 硅溶胶加入量的不同会直接影响制漆和涂膜性能。加入硅溶胶可有效改善漆膜的刚性、耐高温性能、漆膜附着力, 但也会给制漆带来一定的负面影响, 如贮存稳定性、涂膜外观、可重涂性等。乳液和硅溶胶存在最佳的配比范围。在配比范围内应找到亲水- 亲油、刚性- 柔性、附着力的有效平衡。硅溶胶与乳液的配比(固%固)在0.2:1~ 0.5:1之间可以满足要求, 最佳配比为0.3:1~ 0.4:1。
2. 3 硅溶胶粒径对制漆稳定性的影响
分别采用4种不同粒径范围的硅溶胶进行制漆试验, 并对试验的样品进行低温稳定性(按GB /T9755 2001的规定)和热贮存稳定性( 60 度下30 d)的检验评价。结果见表6。
由表6可知, 硅溶胶的粒径对制漆的稳定性影响较大, 粒径过细, 容易产生凝聚现象; 粒径较粗, 制漆贮存稳定性变差。分析原因可能是粒径细的硅溶胶,胶粒比表面积增大, 水的隔离作用减弱, 凝聚的几率加大; 粒径较粗的硅溶胶体, 本身电荷点大, 沉降快,也易凝聚。通过试验表明在该体系中采用10 ~ 15nm粒径硅溶胶制漆, 贮存稳定性良好。
2. 4 体系pH值的对贮存稳定性的影响
采用10~ 15 nm 的硅溶胶制漆, 分别观察和评价在不同pH 值下的制漆后的状态以及贮存稳定性, 结果见表7。
由表7可看出, 体系pH 值对硅溶胶制漆的稳定性影响很大。pH值的改变, 直接影响硅溶胶胶体自身的电荷性质和数量, 从而引起硅溶胶的聚集和不稳定。这也要求在制漆工艺中, 在加入硅溶胶之前, 应调节体系到适合的pH 值。通常pH 值≥11时, 制漆中即已形成明显的不稳定因素。结合建筑涂料体系pH值的需要, 制漆时应保证体系的pH 值在弱碱性,以8.5~ 10之间为宜。
2. 5 颜填料选择及PVC设计
为改善该封闭底漆与面漆的配伍性(改善硅溶胶引入漆膜后产生的表面能效应), 改善漆膜抗渗透、耐水、耐碱以及物理机械性能, 并赋予涂膜一定的遮盖力。该体系以自身化学稳定、耐碱性优异的二氧化钛、云母粉、滑石粉为颜填料。配比为: 1号 无颜料; 2号 二氧化钛8%、云母粉8%、滑石粉5% ; 3号 二氧化钛8%、云母粉15% 、滑石粉5% ; 4号二氧化钛8%、云母粉20%、滑石粉5%; 5号 二氧化钛8% 、云母粉25%、滑石粉5%。颜填料配比对涂料性能的影响见表8。
通过表8数据可知, 合适的颜填料用量对于获得良好的耐碱、耐水、抗渗透、机械性能的涂膜是有利的。并不像通常的理论认为: 封闭底漆中不应该采用颜填料,以免造成漆膜孔隙, 影响涂膜的封闭性和抗渗透性。云母粉的片状晶格结构可以有效提高漆膜的抗渗透性能;并且可以降低漆膜应力, 抑制漆膜开裂。体系颜填料浓度过低, 涂层易出现裂纹, 且重涂性差(与面漆配伍性差)。颜填料浓度高(尽管仍在临界PVC 内), 涂膜抗渗透性能降低, 故体系颜填料浓度和颜填料搭配存在最佳的比例范围。综合表8的各项指标数据表明: 在该涂料体系中, 渗透性强与渗透性弱的填料其配比和浓度可使
涂膜性能得到良好的平衡并具较佳性能。
3 结 语
( 1) 通过对比检测实验说明, 有机- 无机复合封闭底漆综合性能更优异, 比通常有机封闭底漆性能更好。
( 2)硅溶胶在有机- 无机复合封闭底漆中应用,最佳粒径范围在10~ 15 nm。
( 3)采用硅溶胶制备有机- 无机复合封闭底漆,硅溶胶与乳液的配比和体系pH 值是影响制漆稳定性的关键因素, 在该涂料体系中, 硅溶胶与乳胶的配比在0.3：1~ 0.4:1, 体系pH 值在8.5~ 10之间时,涂料的贮存稳定性更好。
( 4)适合的颜填料可以提高有机- 无机复合封闭底漆的抗渗透性能、机械力学性能、耐水和耐碱性能, 也可有效改善涂膜重涂性, 在该涂料体系中, 采用8% 二氧化钛、15% 云母粉和5% 滑石粉的颜填料配比, 可使涂膜性能得到良好的平衡。
( 5)硅溶胶、云母粉的引入, 有效提高了漆膜的耐碱性、附着力、渗透性、封闭效果, 更好地体现了建筑物涂装中对封闭底漆的要求, 同时扩展了可应用范围。