荷叶效果乳胶涂料配方设计及性能

1 前言
亲水性的建筑材料具有的多孔性表面结构必须依靠外部涂层对其提供保护作用,而衡量涂料优劣的重要标准在于它是否能够保护外墙免受水、污染物、化学物质和微生物的侵蚀。由于大部分建筑材料的损坏都直接或间接地与水有关,因此涂膜表面应该保持低吸水率。此外,还必须具备良好的水蒸气渗透性,以确保吸收水分的墙面迅速干燥。这样才能对水分侵蚀起到有效防止作用。低吸水率、 高呼吸性一直是建筑材料如涂料、 砂浆等外涂层所期望的性能。而水珠效果是涂料具有憎水性的特征之一。在此将对如何将有机硅憎水添加剂引入乳胶涂料中, 设计出具有高憎水荷叶效果的乳胶涂料配方做一介绍。 同时对原材料选用、性能测试也作了说明。

2 配方设计
2.1 有机硅憎水添加剂的选用
适用于涂料体系的有机硅应是已作适当改性的硅烷与硅氧烷的混合物。这是由于需要它们具有两种独特的分子结构:Si-O-Si键具有极性键性能,可以与无机成分如颜料、填料很好地包裹、键合。在微观结构上起到了增强作用。 同时有机基团的存在不仅使其具备了非极性性能,与有机聚合物能够相似相容,更赋予了涂膜孔隙之间良好的憎水性, 保持很高的透汽性。
2.2 配方的PVC 值
在低PVC 体系中,基料不仅完全包裹了所有的颜料与填料,而且多余的基料填满了所有的空隙。涂料的保护功能来自于形成的堵塞了毛细孔的类似塑料薄膜的涂层。此种涂料可以很好地降低对外界液态水的吸收,但也阻碍了底材水蒸气的逸出。由于涂膜不具有呼吸功能,底材的水汽很易在涂膜与底材之间形成累积而造成鼓泡等损坏。也由于有机聚合物中含有大量的亲水性表面活性剂,也会对于涂膜表面的憎水性产生负面的影响。在高PVC 体系涂料中,聚合物乳液的用量只需要满足提供对于颜料、填料的有效联结,有机硅憎水剂在颜填料表面包裹形成一层极薄的膜,也大大降低了无机物所需聚合物的用量,颜填料之间的空隙没有被基料填满,所以可以具有很高的水蒸气透过率。同时,有机硅中的有机基团赋予了毛细孔很强的憎水性,有效地降低了对液态水的吸收,可以在底材与外界达到一个很好的动态平衡。两种体系对比见图1。
两种体系对比
相比于形成连续封闭膜的丙烯酸乳胶涂料,添加了有机硅的高涂料的网状结构具有:①更好的可呼吸性和透气性;②对颜、填料的充分包裹和增强;③更好的抵抗外界
化学侵蚀的能力。经测试:对于憎水的涂料体系,涂料配方的PVC值应接近或稍大于CPVC 值,约在65%~70%。涂膜的耐擦洗与呼吸性可以达到一个较好的平衡。具体应根据实际需要而进行相应的调整。
2.3 助剂的选择
无机矿物增稠剂可以吸水膨胀而形成触变性的凝胶矿物,但缺点是保水性差,流平性不好。有机纤维素具有很强的吸水性,因为吸收大量的水分,使自身体积膨胀,而产生增稠效果。合成高分子增稠剂需要吸收乳胶颗粒而在表面形成包裹层,使粒子体积增大而产生出增稠效果。
  对于高憎水性涂料配方来说,推荐使用无机增稠剂+ 聚氨酯增稠剂或者纤维素+聚氨酯类增稠体系。
  此外,对于pH调节剂也建议使用甲基硅酸盐类产品,同时由于其小分子可以有效迁移至涂膜表面,对于提高憎水性也有明显的提高。
2.4 填料种类及粒径
  建议使用硅藻土等多孔型填料, 如美国Celite公司的281等型号。硅藻土是含水的二氧化硅,为多孔型填料,颗粒蓬松,此外,此类填料也是有效的消光剂。有机硅添加剂很容易吸附到此填料的表面及孔洞,形成有效键合。其孔洞结构也有利于有机硅憎水基团吸附而有利于水珠效果的显现。
  云母是透明薄片状非金属矿物,对于增强屏蔽作用、提高耐沾污性也会有所帮助。由于采用了高PVC体系,填料的粒径也不宜过细以避免聚合物乳液用量不足导致的粉化、耐擦洗性差等缺点。推荐使用(300~800)目的填料。

3 参考配方(见表1)
荷叶效果乳胶涂料参考配方
4 测试标准及结果
4.1 测试方法
  (1)憎水性:根据水珠与涂膜形成的接触角,分为5个等级。 1 为最好,完全不润湿;5 为完全润湿。
  (2)毛细管吸水性:W24值。标准来源:ISO 1062-3。
  (3 )水蒸气透过率:S d 值(Sd 值越低,扩散阻力越小,越透气)。依据ISO 7783-2。
  (4)耐水性、耐碱性、耐沾污性依据GB9755-2001 测试。
  (5)耐擦洗性:依据GB9755-2001 测试。目前对外墙涂料是否需要进行耐擦洗性的测试还存在一些争议,但就涂料而言,此测试仍不失为检测基料对颜料、填料的包裹能力的有效方法。
4.2 测试结果(见表2)
荷叶效果乳胶涂料测试结果
5 小结
相比于传统的防水剂(如蜡),有机硅具有以下特点:
  (1)涂膜整体憎水, 提供长期保护功能。对添加了有机硅的涂膜表面进行打磨,可以发现:底部的涂层具有更为明显的憎水性,证明了有机硅憎水剂对颜料、填料的充分包裹,从而使涂膜具备了整体憎水效果。不同于蜡类防水剂只在表面存在。
  (2)无回粘、灰尘吸附问题。对于国内污染相对较为严重的环境,有机硅添加剂由于具有优良的耐热性,不会在高温天气下出现回粘等问题,故具有优良的耐灰尘吸附性。也提供了更为优异的耐沾污性。
  (3)无重涂性问题。对于有些防水剂,重涂性也是一个较为常见的问题。而有机硅由于其独特的无机、有机结构,可以提供与聚合物良好的相容性与附着力。此外,有机硅憎水剂的添加对于提高涂膜的抗起泡性也有明显的提高。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注