data-full-width-responsive="true"> 1 概 述丙烯酸涂料具有良好的抗老化性、保光性和保色性,在建筑物、户外构造物等方面得到了广泛的应用。但丙烯酸树脂的显著缺点是易回粘,从而导致了该涂料易粘尘、耐污染性差,影响了装饰效果和使用价值。为提高丙烯酸涂料的耐沾污性,在现有数种方法中,有机硅改性丙烯酸涂料的研究最为活跃。但当有机硅树脂用量少时,不足以有效的降低回粘性、提高耐沾污性;用量大时,虽能有效的提高涂膜的耐沾污性,但生产成本大大增加。为了克服这一矛盾,我们采用了国外七八十年代以来逐渐发展起来的涂料自动分层原理,成功地研制出了既具有良好耐沾污性和耐候性,又具有较低成本而性能优异的丙烯酸有机硅涂料,并赋于其独特的装饰效果。自动分层涂料的概念是1976 年由W Funke(1) 首先提出的,并吸引了众多专家的兴趣。尤其值得注意的是英国Paint Research Association 领导的并由欧盟成员国资助参加的BRITE/ EURAM 计划(2) 。现在自动分层涂料制造技术已应用于粉末涂料、水性涂料和溶剂型涂料。
它的显著优点有: (1) 一次操作即可形成满足实际使用的2 层涂料(3) (如具有防腐功能和装饰功能) ; (2) 2 层之间有良好的附着力,克服了由于涂料层间附着力不良而引发的问题。充分使丙烯酸涂料和有机硅涂料各自的特性结合起来,从而研制成功具有极低表面能的防尘涂料。该涂料不仅可以用于建筑物外墙的装修,也可以用于户外各类建造物的装饰和维护。2 实验部分2 1 原材料有机硅树脂 可室温固化的二甲基有机硅树脂,简称RTV ,晨光化工研究院产;丙烯酸树脂 溶液聚合制得;有机硅丙烯酸接枝共聚物(简称G- g - B) 自制;颜填料、溶剂等。2 2 涂膜性能测试仪器彩色色差计CR - 300 (日本minolta 公司) ;人工老化试验机QUV(美国Q - panel LAB products) 。2 3 涂料生产工艺流程(见图1)
2 4 产品的主要技术指标光泽 90附着力 2 级耐沾污性(白色) 5 个循环,反射系数下降率小于3 %耐候性 人工老化500 h 粉化,2 级3 结果与讨论3 1 实现涂料分层的原理2 种互不相溶树脂所组成(见图2) 的涂料体系,分层的基本条件如下式:s1 - 12 (1) 2 - s2 - 1 + 0 (2) s - s2 - 12 - 0 (3) 式中 1 、2 、s - 组分1 、组分2 及基底的表面张力; s1 、s2 - 组分1 、组分2 与基底之间的界面张力; 12 - 组分1 与组分2 之间的界面张力。
显而易见,预测涂料的分层,需要知道2 种分层相的表面张力、它们之间的界面张力以及与基材的界面张力。一般而言,丙烯酸树脂具有较高的表面张力,与混凝土等具有较高的亲合力;而有机硅树脂表面张力小,一般与混凝土的亲合力较小[ 含有较高极性基团的- Si (OR) n 结构的除外] 。我们选择了表面能低的二甲基有机硅树脂,因此可以预见,分层后形成的涂膜具有如图3 所示的结构,从图3 可以看出,有机硅树脂迁移到表面以提供低表面能、不粘尘、抗老化性能好的表面涂膜。
3 2 G- g - B 的掺入一般来说,有机硅树脂与丙烯酸树脂互溶性差,即使使用如V V Verkholantsev(4) 等提出的强共溶剂,一般也较难以形成稳定的体系;另一方面,有些极性较强的有机硅,可以形成较稳定的体系,但在形成涂膜时不能充分的分层。为解决这一对矛盾,我们合成的有机硅丙烯酸接枝共聚物( G- g- B) ,加入它使有机硅树脂分散在丙烯酸树脂溶液中,形成稳定的油/ 油乳液,在形成涂膜时,有机硅迁移至表面形成有机硅涂膜。表1 为G- g - B 加入量对涂膜性能的影响。表1 G- g - B 掺入量对涂膜性能的影响
由表1 可见,当G- g - B 用量超过1 7 % ,涂膜性能严重下降,基本无机械性能,涂膜严重发雾。所形成的涂膜为多相体系,但与一般高分子多相体系相比性能优于2 种树脂单独使用的性能,此现象可归因于G- g - B 的特殊结构。据我们的合成机理推测,它具有非字型结构(见图4) 。如果用量少,且与有机硅树脂配合适当,能够形成建筑防尘的涂膜。对于丙烯酸树脂涂膜的性能影响很小。
3 3 有机硅树脂的选择和对性能的影响有机硅树脂具有极低的表面能,可有效的提高涂膜的回粘性、抗粘污能力,但其必须充分的迁移至涂膜表层,才能显示出它应有的特性。因此,有机硅树脂必须具备下列条件:(1) 与丙烯酸树脂不互溶,即苯基、羟基、氰基等极性基团含量少; (2) 粘度小,这样在迁移到表面时能随着溶剂的挥发,有机硅树脂能够充分展开,才能形成连续的涂膜。为此,研究常温硫化硅橡胶RTV 并配合以室温交联催干剂形成乳液的情况,其性能见表2 。表2 RTV 和G- g - B 用量对涂料性能的影响
由表2 可见,在G- g - B 用量多而RTV 用量少时,涂料的稳定性好,但在形成涂膜时两相分层不够充分,涂膜性能差;反之当RTV 用量多而G- g - B 用量少时,虽然形成良好的涂膜,但贮存稳定性差,实际上不能用于涂料的制备。所以充分考虑到涂料的成本,RTV 有机硅树脂用量在4 %～12 %为宜,G- g - B 则在0 1 %～0 3 %范围内最为适宜。使涂料在贮存时具有良好的稳定性,而在涂膜形成时两相能够发生充分的分层,达到预期的目的。3 4 溶剂的选择和应用在分层涂料中,溶剂对油/ 油乳液的稳定性起着至关重要的作用,同时在涂膜的形成过程中,使分散相有足够小的粘度,为油/ 油乳液的自动分层提供充足的时间,形成两层单相涂膜。溶剂的选择原则是: (1) 在涂料贮存期间,应能保证足够的稳定性; (2) 随着低沸点溶剂的挥发,应使乳液体系中2种互不相溶两相产生足够的界面张力梯度,促使两相分层;(3) 在涂膜形成过程中,应有较低的粘度,保证两相有充分的分层速度。表3 为溶剂对涂膜性能的影响。
由表3 可见,在本文的研究体系中,200 汽油的用量达到30 %左右时,才能形成分层涂膜;二甲苯只有在低温时能够形成所要求的涂膜;而在仅有甲苯和丁醇时,难以形成两相分层的涂膜。究其原因,200 汽油具有较高的沸点,随着丁醇的挥发,丙烯酸树脂对于有机硅树脂的斥力增加,而200 汽油则保证RTV 具有较低的粘度,保证了它的分层迁移速度。3 5 涂料的配制在涂料配制过程中,应制成丙烯酸和有机硅树脂的油/油乳液和丙烯酸树脂的颜料浆,待颜填料浆稀释到合格的粘度后,再加入油/ 油乳液,才能制成合适的涂料。如直接用油/ 油乳液制颜料浆,必然造成破乳,不能制备所需的涂料。4 结 论(1) 利用自动分层涂料技术可以使涂料具有其它方法不能达到的性能,在本涂料中则以低廉的成本制备了性能良好的有机硅丙烯酸双膜涂料。(2) 有机硅丙烯酸接枝共聚物的合成与应用是技术的关键,对于涂料的稳定性和涂膜形成时2 种互不相溶树脂形成理想的分层涂膜起着至关重要的作用。(3) 自动分层涂料的制备具有较大的技术难度,涉及到大量的基本数据,如界面张力强度梯度,随溶剂的组成而变化,很难检测到具体的数据,而根据最终形成的涂膜性能来确定配方,即简单又有效、可靠。
