一种快干型水性彩瓦涂料的制备

data-full-width-responsive="true"> 一种快干型水性彩瓦涂料的制备解忠雷邓跃全李华玲许春凤付鹏何江洪西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳621010四川省德阳市产品质量监督检验所四川德阳618000近年来，我国的彩瓦涂料发展迅速，特别在我国十一五规划纲要提出节能减排以来，彩瓦这种低能耗、无污染的环保建材产品得到了推广和应用，彩瓦涂料行业也得到了前所未有的发展。随着人们环保意识不断增强，水性彩瓦涂料这种环保无毒的产品受到了人们的亲睐，已成为当前发展的趋势。但在常温( 25 ℃) 下，水性彩瓦涂料的表干时间较长，一般为 2 h 左右，不利于喷涂的施工进度。聚乙烯醇缩丁醛是一种热塑性树脂，简称PVB，一般的工业产品为白色粉末，主要应用于制造夹层玻璃、涂料及粘合剂等。在涂料工业主要用于制造防腐蚀涂料、金属底层涂料和防寒漆。粉状的 PVB 在常温下不溶于水，不适合于常温成膜的水性彩瓦涂料的制备。为获得可用于水性彩瓦涂料的液体状快干型聚乙烯醇缩丁醛树脂，本文通过对聚乙烯醇缩丁醛合成时反应的温度、催化剂盐酸加入量以及丁醛与聚乙烯醇配比的控制，结合苯丙乳液、颜填料以及进口助剂等，制备出一种快干型彩瓦涂料。对该快干型彩瓦涂料的表干时间及其基本性能进行了测试，并运用于灾后重建工程中。1 实验部分1． 1 原材料及设备1． 1． 1 原材料聚乙烯醇( PVA) 1788; 正丁醛( BA) ; 盐酸( 1：1) ; 氢氧化钠( 尿素; 苯丙乳液; 金红石型钛白粉; 其它颜填料、助剂等。1． 1． 2 设备万用电炉( 型号DL － 1; 电压220 V; 功率1kW) ; JJ － 1 增力电动搅拌器; WMZK － 01 温度指示控制仪; NDJ － 5 流量杯粘度计; 250 mL 三口烧瓶;SDF400 实验室分散砂磨两用机; 耐洗刷仪; 秒表; 涂料刷等。1． 2 聚乙烯醇缩丁醛的合成1． 2． 1 反应原理聚乙烯醇与正丁醛在酸作催化剂的条件下，发生缩醛反应，生成聚乙烯醇缩丁醛，反应式如下:1． 2． 2 工艺流程［2］1． 2． 3 合成步骤( 1) 溶解: 在三口烧瓶中加入适量聚乙烯醇和蒸馏水，打开搅拌器，并打开电炉和温度控制仪，将溶液加热至95 ℃左右，使聚乙烯醇完全溶解，配成质量分数为8 % 的溶液。( 2) 缩合: 聚乙烯醇水溶液温度降到一定时，缓慢加入适量的正丁醛溶液，并滴加一定量的1：1 的盐酸，将pH 调至4 ～ 5 左右，使溶液呈弱酸性，再次打开电炉加热溶液使温度缓慢上升60 ℃，匀速搅拌并观察溶液的颜色，反应大约30 min 左右，当溶液微微有些泛白的时候立即滴加氢氧化钠溶液，将pH 调至9 ～ 10 左右，使溶液呈弱碱性，终止反应。( 3) 后期处理: 向溶液中加入适量的尿素与多余的正丁醛反应，并将聚合产物装瓶以待后面使用。测试干燥时间和粘度。1． 3 彩瓦涂料的制备1． 3． 1 彩瓦涂料的基本配方1． 3． 2 生产工艺［4］彩瓦涂料的生产工艺与传统的乳胶漆生产工艺相似，具体流程如下: ( 1) 分散: 先将水、防腐剂、防霉剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂等搅拌混合均匀，用pH 调节剂调节pH 值至8 ～ 9。( 2) 湿法砂磨: 加入颜料、金红石型钛白粉于卧式砂磨机中研磨。( 3)调漆: 分别加入乳液、聚乙烯醇缩丁醛及消泡剂等中速分散，最后根据黏度加入适量的增稠剂。( 4) 过滤包装。1． 3． 3 性能测试表干时间和其他基本性能参照GB /T 9755 －2001《合成树脂乳液外墙涂料》［5］进行测试。2 结果与讨论2． 1 条件实验2． 1． 1 反应温度的选择温度是影响反应速率和聚合程度的关键因素之一，最终会影响产品的粘度以及干燥时间。本文以出现白色固体絮状物为反应开始的标志，根据其出现时间的顺序来确定反应速率的快慢。实验结果如表2。由表2 可知: 在60 ℃下加入正丁醛，当温度降至25 ℃左右时加入盐酸，8min 后溶液就微微泛白，之后便出现了大量的白色固体絮状物，证明反应过快; 在55 ℃下加入正丁醛，待温度降到20 ℃时加入盐酸，15 min 后溶液开始泛白，但是没有立刻出现白色固体絮状物，但反应还是有点快; 在55 ℃下加入正丁醛，待温度降到10 ℃左右才开始滴加盐酸，在这种条件下，反应了30 min 左右溶液开始泛白，使反应缓慢进行。2． 1． 2 BA 与PVA 的配比BA 与PVA 的理论质量比值应为0． 818［3］，但为了降低产物气味，本文选取正丁醛与聚乙烯醇的配比分别0． 8，0． 7，0． 6，0． 5 和0． 4，然后分别加入0． 5%左右盐酸，温度控制在50 ～ 60 ℃之间。5 组产品的干燥时间、黏度以及刺激性气味如表3。表3 不同配比正丁醛与聚乙烯醇下PVB 的基本性能由表3 可知，当正丁醛与聚乙烯醇的配比为0． 4时，干燥时间较短，粘度也符合要求。而且研究发现加入的正丁醛与聚乙烯醇的配比为0． 8，0． 7 以及0． 6 时，得到的产品的气味较大，说明部分丁醛没有反应完全。2． 1． 3 催化剂( 盐酸) 用量对产品的影响实验过程中，在BA 与PVA 的配比为0． 4 情况下，分别加入了0． 8%，0． 7%，0． 6%，0． 5% 以及0． 4%的1：1 的盐酸，并对应测出缩合产物的干燥时间和粘度进行比较。结果如表4。表4 不同量的盐酸( 1：1) 下PVB 的基本性能由表4 可知，当加入1：1 的盐酸的量为反应体系的0． 8%，0 ． 7%时，反应速度都太快，反应终点很难控制，容易出现聚合过度的情况，干燥时间也相对较长。当加入的盐酸的量达到反应体系的0． 6%，反应时间延长到15 min，但是发现终止反应( 即用氢氧化钠溶液滴定将pH 调到9 ～ 10) 很难控制，也容易出现聚合过度，而加入0． 4% 的盐酸时，反应时间太长。最后确定采用盐酸量为反应体系的0． 5%为宜，反应时间为30 min 左右。2． 1． 4 快干型聚乙烯醇缩丁醛制备的优化条件经过研究发现当正丁醛与聚乙烯醇的配比是0． 4，加入的盐酸量是反应体系的0． 5%，且在55 ℃时加入正丁醛，待温度降到10 ℃时再加入盐酸，然后缓慢加热升温至60 ℃，并维持温度，反应缓慢进行，这种条件下反应得到的聚乙烯醇缩丁醛树脂的干燥时间较短，黏度也合适。2． 2 聚乙烯醇缩丁醛的加入量与彩瓦涂料表干时间的关系笔者对水性彩瓦涂料加入聚乙烯醇缩丁醛树脂的量进行了研究，分别加入了质量分数为4%，6 %，8%， 10%， 12%的聚乙烯醇缩丁醛，该水性彩瓦涂料的表干时间如表5 所示。表5 25 ℃下聚乙烯醇缩丁醛的加入量与彩瓦涂料的表干时间由表5 可知，当聚乙烯醇缩丁醛树脂的加入量为8%时，水性彩瓦涂料的表干时间可达到20 min，且黏度适中。但随着加入量提高，其表干时间受影响不大，但其黏度已经超过了彩瓦涂料的要求，无法施工。2． 2． 2 最佳工艺条件下制备的彩瓦涂料的性能通过GB /T 9755 － 2001《合成树脂乳液外墙涂料》对加入8% 聚乙烯醇缩丁醛树脂制备的彩瓦涂料的基本性能进行了测试，其性能满足国标要求。表6 是彩瓦涂料的主要技术指标。注: 检测结果由德阳产品质量监督检验所提供。2． 2． 3 产品应用该快干型彩瓦涂料已实现了产业化，并在汉旺中学等多项灾后重建工程中运用，施工面积达20 万余m2。3 结论( 1) 通过控制反应条件，合成了一种快干型聚乙烯醇缩丁醛树脂。其优化反应条件为正丁醛与聚乙烯醇的配比为0． 4; 盐酸( 1：1) 的加入量为反应体系的0． 5% ( 质量分数) ; 在55 ℃ 时加入正丁醛，待温度降到10 ℃时再加入盐酸，然后缓慢加热升温至60 ℃，并维持反应。( 2) 在25 ℃时，当聚乙烯醇缩丁醛的加入量( 质量分数) 为8% 时，制备的彩瓦涂料的表干时间可达20 min 左右。( 3) 该快干型水性彩瓦涂料已实现了产业化，在多项灾后重建工程中运用。