高性能氟碳改性弹性建筑外墙涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 高性能氟碳改性弹性建筑外墙涂料的研制石军，吴庆喜，汤情文，吴勇（杭州传化涂料有限公司，杭州311215）1 引言建筑物外墙多以水泥砂浆抹面为基层，抹灰砂浆在硬化时，由于体积减缩而产生的硬化裂缝；温度变化时，由于热涨冷缩而产生的温度裂缝；晴雨天干湿变化时，由于湿涨干缩而产生的干缩裂缝；冬天雨水在墙体冻融时，由于水结冰体积膨胀而产生的冻融裂缝；地基沉降时产生结构裂缝等，导致外墙表面保护装饰涂层开裂，雨水和空气随裂缝渗漏进入墙体，加深对建筑物的破坏，如钢筋锈蚀和混凝土碳化等危害建筑物[1]。由于弹性涂料在一定温度范围内保持较高的弹性、韧性和伸长率，涂布在外墙基层表面形成弹性保护层，当基层墙体产生裂纹时涂层不会断裂，具有较好的防裂抗渗漏性，因此近年来弹性涂料得到大力发展。但由于目前国内主要采用燃煤发电，空气中二氧化硫含量高，各地区酸雨频发，空气污染严重，造成弹性涂层表面沾污和酸蚀破坏严重，使弹性涂层的装饰性和耐久性大大下降。到目前为止，在弹性涂料技术开发方面主要着重于解决弹性涂料的耐沾污性，而对弹性涂料的耐酸雨和耐老化方面很少涉及。本研究针对上述问题进行改进和创新，通过乳液、颜料、填料、助剂等四个方面的筛选，提高弹性涂料的耐沾污性能，研制出高耐候性和耐酸雨的高性能氟碳改性弹性外墙涂料。2 试验部分21 原材料及测试仪器原材料：氟碳乳液，进口；紫外交联弹性乳液、纯丙乳液，上海保立佳；核壳结构弹性乳液，进口；钛白粉，美国杜邦、锦州钛白、济南裕兴；其他助剂均为市售。试验测试仪器：高速分散剂机F-04（上海微特电机有限公司）；C-84-Ⅲ反射率测定仪、TX-Ⅱ建筑涂料耐洗刷仪（上海普申化工机械有限公司）；QUV/Spray紫外光老化试验箱（Q-lab corporation）。22 涂料配方及制备氟碳改性外墙乳胶漆的配方见表1。制备工艺如下：⑴将一定量的去离子水加入分散缸中，然后加入润湿剂、分散剂、消泡剂，中速搅拌均匀，再加入钛白粉和耐酸填料高速分散到细度小于50 m。⑵在乳液中加入成膜助剂，搅拌均匀，然后加入上述浆料。搅拌均匀后加入防腐防霉防藻剂、抗冻剂和流变助剂调整到合适的黏度。23 性能测试⑴常规性能指标测试方法按JG/T 1722005《弹性建筑涂料》进行。其中对耐人工加速老化性指标调整为2 000 h，耐沾污性指标调整为小于20%。⑵耐酸雨测试：将制好的样板2/3 面积浸入（232）℃的10%H2SO4 溶液中7 d。3 结果与分析31 乳液的选择为了获得耐沾污、耐老化优异的弹性涂料，弹性乳液的选择至关重要。但是单以弹性乳液作为成膜物质，附着力差，耐沾污、耐老化性能不尽如人意。为此，常常通过添加其他乳液进行复配来改善这些缺点。本试验在相同PVC（35%）条件下，通过选用不同的乳液进行试验，其结果见表2。从表2 可以看出，氟碳乳液和紫外交联弹性乳液3 复配的UV 老化变色和耐沾污性最佳，为此，初步选定用氟碳乳液和紫外交联弹性乳液3 复配作为我们的试验乳液。32 颜料的选择弹性外墙涂料颜料在白色及浅色涂料中应选用金红石钛白粉，其化学稳定性和对紫外线稳定性好。金红石钛白粉由于生产工艺、物理性能指标以及分散性、遮盖性、高耐候性等应用性能指标不同, 对涂膜的耐候性、耐沾污性能的影响也存在一定的差异。为此本试验在相同PVC（35%）条件下，选择氟碳乳液和核壳结构弹性乳液复配，通过选用不同的金红石钛白粉进行试验，其结果见表3。从表3 可以看出，钛白粉R-706 的UV 老化变色和耐沾污性都是最好，最终选择R-706 钛白粉作为白色颜料。33 填料的选择为了使制得的弹性涂膜致密、光滑、平整。应选用软硬适中、粒径粗细搭配且吸油量小、容易分散的填料。且考虑到涂料耐酸性效果，填料的选择对涂料耐酸性效果的影响至关重要，本研究通过选用不同的填料进行试验，其结果见表4。从表4 可以看出，X-7 耐酸填料耐酸性最好，最终选择X-7 作为耐酸填料。34 分散剂的选择考虑到分散剂对涂膜耐水性能的影响，选择用铵盐分散剂；其次考虑到大部分分散剂和表面活性剂含有25% ~ 50%的非挥发性吸湿成分，加入量大时有可能破坏乳液的链状结构，可能使涂膜产生水斑，拉伸时易断裂，明显降低涂料的延伸率，所以应尽量减少其用量[2]。但是降低用量会影响产品的分散效果。为此，应选用良好分散效果的分散剂，改善产品的早期抗水性和贮存稳定性。35 原理分析目前市场上优异的弹性乳液主要为核壳结构和紫外交联两种类型。核壳结构聚合物的主体是体积较大的柔性粒子，其表面有较多的硬质齐聚物。涂料成膜后软、硬质单体分成上、下排列。通过一段时间的阳光作用，表面的齐聚物交联，形成一层极薄而致密的硬表面层，即形成里面软、外面硬的核壳结构。核壳结构的常温弹性很好，耐沾污性较好，但低温弹性不好，只适合南方地区。紫外交联的弹性乳液所形成膜的低温弹性优异、透气性好，通过紫外交联后，涂层表面变硬，耐沾污性提高。当弹性涂膜因墙体开裂而受到拉伸的外力时，弹性涂层产生拉伸变形而不破坏。当因温度或湿度等条件发生变化而使裂缝愈合时，拉伸变形消失而恢复成原状。为此，选择紫外交联的弹性乳液作为主要基料。其次考虑到紫外交联的弹性乳液耐候性、耐沾污性虽然较好，但是作为高性能外墙乳胶漆还是未尽如人意。为此本文采用的是进口含4F 的氟碳乳液与紫外交联的弹性乳液复配。氟是电负性最大的元素，氟的电子云对CC 键的屏蔽作用较氢原子强，因而氟原子可以保护CC 键免受紫外线和化学品的危害，利用含4F 的氟碳乳液的表面能高于丙烯酸弹性乳液，在涂料成膜过程中更易产生自分层，利用自分层原理，含4F 的氟碳乳液上浮到涂层表面，使得含氟化合物具有优异的耐候性、耐沾污、耐化学品性。其次由于选用的氟碳乳液含4F，氟碳乳液中氟的含量较高，由于氟的含量对涂料的耐候性有着直接的影响[3]，因此只拼用少量的氟碳乳液，就可获得优异的性能。4 结语本项目已获发明专利授权，专利公开号为：CN101402816。本项目的目的在于提供一种改进的弹性涂料，它具有较好的弹性，同时具备耐沾污、耐酸雨和超长耐老化的特点，可用于高层建筑外墙基层的长期保护和装饰。因是水性产品，符合国家环保要求。在纯丙烯酸紫外交联弹性涂料中引进氟碳基团，通过成膜时自分层原理，氟碳基团上浮到涂膜表面，起到对下层涂料的耐老化保护作用，同时提高耐沾污和耐酸性能；为了减少酸蚀破坏，对颜填料进行了筛选试验，选择了耐酸性优异的颜填料，解决了酸雨重灾区涂料的保光和保色性，使涂膜经久如新。本项目用较少的氟碳乳液添加，取得了较好的老化性能改进：耐人工老化性由400 h 提高2 000 h，与普通弹性涂料相比，涂料使用寿命由5 年提高到15 年以上，是普通弹性涂料的2 倍，只增加10%的装饰成本，却获得200%的效益，具备非常高的性价比，有很高的社会经济效益。