新型水性调湿涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 新型水性调湿涂料的研制陆洪彬1 陈建华2 冯春霞1 茅敬雨1 宗文亮1( 1盐城工学院材料工程学院, 盐城224003;2 常熟理工学院新型功能材料省重点实验室, 常熟215500)研制和开发同时具有湿度调节功能和空气净化功能的涂料对于改善人们的生活环境, 控制疾病的发生和建筑节能具有积极的意义。在众多调湿材料中, 无机矿物类调湿材料的应用较为广泛 。这类无机矿物材料具有内部微孔多, 比表面积大, 吸附能力强的特点。本研究选取凹凸棒土和活性炭两种材料作为调湿填料来配制调湿涂料, 通过测试吸湿率和放湿率比较两种调湿涂料的调湿功能。1 实验部分1 1 配方设计优选粘结力强、化学稳定性好的纯丙乳液为基料, 配合内墙涂料中的常规填料按颜基比为1 5 : 1 制定基础涂料配方( 见表1) 。由于凹凸棒土具有特殊的纤维结构和不同寻常的吸附性能, 而活性炭借助其特殊的孔道效应具有极强的物理吸附作用, 因此, 采用凹凸棒土( 江苏盱眙) 和活性炭( 江苏盐城) 作为调湿涂料中的调湿填料。因此, 固定颜基比为1 5 :1, 在基础配方中分别添加2g、4g 、6g、8 g、1 0g 凹凸棒土和活性炭配制调湿涂料。1 2 实验方法在SDF400 实验分散砂磨机上按一般涂料的配制工艺制备调湿涂料; 将外购的厚度为0 5mm 的薄铝板裁剪成10cmx 10cm 的正方形, 去掉边角的飞边和毛刺; 将配制好的调湿涂料分三道均匀涂刷于薄铝板表面, 置于LH S- 100CL 恒温恒湿箱中测试调湿性能。1 3 调湿性能测试设定恒温恒湿箱温度为25 2℃ , 相对湿度为70%, 将涂有调湿涂料的铝板放入恒温恒湿箱中, 每隔24h 后取出称重一次, 连续记录1 周( 168h) , 按式( 1) 计算调湿涂料的吸湿率:式中, P a 为调湿涂料的吸湿率, %; w 0 为涂刷有调湿涂料的铝板的原始质量, g ; w t 为涂刷有调湿涂料的铝板在相对湿度为70%, 经过一段时间后的质量, g 。待吸湿性能测试完毕后, 立即将恒温恒湿箱的相对湿度调整为40%, 同样每隔24h 后将铝板取出称重1 次, 连续记录1 周, 按式( 2) 计算放湿率:式中: P d 为调湿涂料的放湿率, %; w 1 为涂刷有调湿涂料的铝片经过168h 吸湿后的质量, g; w t 为涂刷有调湿涂料的铝板在相对湿度为40%, 经过一段时间后的质量, g 。2 结果与讨论2 1 基础涂料的性能根据表1 配方所配制涂料的部分性能见表2, 基础配方的指标均达到了合成树脂乳液内墙涂料国家标准GB/ T 9756-2001 优等品的要求, 故可用于配制内墙调湿涂料。2 2 凹凸棒土调湿涂料的性能研究在相对湿度70%条件下, 测试凹凸棒调湿涂料的吸温性能, 如图1。由图1 可以看出, 基础涂料的吸湿率一直在0 05%上下波动, 说明基础涂料的吸湿能力有限; 而借助凹凸棒土特殊的层链结构和吸附性能, 凹凸棒土涂料的吸湿性能较基础涂料有明显提高, 且随凹凸棒土添加量的增加, 吸湿率逐渐增大;添加10g 凹凸棒土调湿涂料168h 的吸湿率达039%, 比基础涂料提高了近8 倍。同时, 图1 还反映出凹凸棒土调湿涂料在前100h 吸湿率增加明显, 随着时间的延长, 吸湿量趋于饱和, 故100h 后吸湿率增长速度相对较慢。在相对湿度为40%条件下, 测试凹凸棒土调湿涂料的放湿性能, 如图2。由图2 同样可以发现, 凹凸棒土的添加量对调湿涂料的放湿率具有重要影响, 添加10g 凹凸棒土的调湿涂料的放湿率在各测量时间点始终保持最大, 综合其吸放湿性能, 说明添加10g 凹凸棒土的调湿涂料具有良好的调湿性能。2 3 活性炭调湿涂料的性能研究添加不同质量活性炭的调湿涂料吸放湿率随时间变化关系见图3、图4。与上述凹凸棒土调湿涂料相似, 活性炭的添加量也直接关系到调湿涂料吸放湿率的大小。添加10g 活性炭调湿涂料168h 吸湿率高达0 81%, 放湿率亦达0 75%, 说明其调湿性能优于添加相同质量的凹凸棒土调湿涂料。与凹凸棒土调湿涂料不同的是, 活性炭调湿涂料的吸放湿性能的发挥在100h 前不明显, 而在100h 后, 吸放湿率迅速增加。由于活性炭具有调湿和吸附性能源于其多孔结构, 而活性炭内部孔道有微孔、中孔和大孔之分, 大孔( 直径50nm) 是吸附质分子的通道; 中孔( 直径2~ 50nm) 既是吸附质分子的通道, 支配着吸附速度, 又在一定相对压力下发生毛细凝结, 吸附有些不能进入微孔的分子; 微孔( 孔隙直径 2nm)比表面积大, 有很好的吸附交换能力, 对吸附量起支配作用。因此, 活性炭调湿涂料在100h 前主要是大孔吸附, 由于大孔比表面积小, 故图3 中调湿涂料吸湿率增加不明显。100h 后随着大孔中的吸附水向中孔和微孔渗透, 吸湿率迅速增加; 放湿过程恰恰相反, 先是大孔中的吸附水脱附, 然后才是中孔和微孔中大量吸附水的脱附过程。3 结 论( 1) 添加10g 活性炭的调湿涂料具有良好的调湿性能,168h 吸湿率达0 81% , 放湿率达0 75%。( 2) 随凹凸棒土和活性炭添加量的增加, 水性调湿涂料的调湿特性逐渐增强。( 3) 凹凸棒土调湿涂料调湿效果的发挥在前100h, 而活性炭调湿涂料则在100h 后表现出良好的调湿性能。同等条件下, 活性炭调湿涂料的调湿效果优于凹凸棒土调湿涂料。