弹性金属闪光外墙乳胶漆的研制
日期：2022-04-07
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208 核心提示：0 前 言随着我国经济建设的快速发展,人们对建筑物外墙的装饰性、耐久性、耐沾污性的要求越来越高。建筑节能是十一五期间国家十大
0 前 言
随着我国经济建设的快速发展,人们对建筑物外墙的装饰性、耐久性、耐沾污性的要求越来越高。建筑节能是“十一五”期间国家十大节能工程之一,建设部把外墙保温作为重点项目强制实施。由于E P S板等保温材料具有很大热阻,当用普通外墙涂料进行饰面涂装时,夏季表面温度变化幅度达50 ℃,由此,常引起保护层开裂,这不但对抗裂保护材料的柔韧抗裂性提出了更高的要求,也对与之配套的饰面涂料提出了更高的要求[1]。铝塑板虽然具有华贵凝重的闪光装饰效果和优良的耐久保护性,但是造价昂贵,难以推广；溶剂型氟碳金属闪光漆虽然具有仿铝塑板的效果,但因施工繁琐、涂膜刚性强、透气性差、污染环境等限制了其应用领域；本文研制的弹性金属闪光乳胶漆属于绿色环保产品,涂膜不但在广泛温度变化范围内保持良好的回弹性、持久的韧性和优良的延伸率,以适应建筑表面的“活”裂纹的产生和运动[2],而且还有仿幕墙金属闪光效果和透气性,适用于外墙保温系统的装饰层涂装。
1 试验部分
1.1 主要原材料
弹性乳液A P—5085,日本昭和；A D66,国民淀粉；2438M、A C261,罗门哈斯；金属闪光颜料：银白珠光粉,上海珠尔纳公司；定向排布剂：改性脂肪酸聚酰胺蜡,D i s p a r l o n A Q600;改性聚乙烯\醋酸乙烯蜡浆,B r k A Q U A C E R526;偶联剂K H560和N D Z—401复合,上海；有机膨润土,海明斯；纳米S i O２浆料,北京首创；分散剂731A、防腐防霉剂B A F 、L X E 、增稠剂R M — 8 W 、流平剂R M —2020,罗门哈斯；消泡剂A36、A M P—95、丙二醇、醇酯—12,市售。
1.2 基础配方(见表1)
1.3 制备工艺
1.3.1 颜料浆的制备
在低剪切调漆罐中加入适量去离子水,搅拌下加入分散剂、防腐防霉剂、偶联剂,搅拌均匀后加入珠光颜料,中低速搅拌30 m i n,然后加入丙二醇、改性蜡浆、有机膨润土浆,少量消泡剂、成膜助剂和纳米S i O２浆,搅拌分散30 m i n,制成颜料分散浆。
1.3.2 涂料的制备
将搅拌转速提高至500 r/m i n左右,徐徐加入乳液、余量去离子水、p H值调节剂、消泡剂,搅拌混合20～30 m i n,加增稠剂和流平剂调节黏度,达到70 s左右(涂-4杯),经过滤后装桶。
1.4 技术性能
弹性金属闪光外墙乳胶漆的技术性能见表2。
2 结果与讨论
2.1 乳液的选择
作为外墙外保温系统的饰面涂料,涂膜应具有优异的弹缩性、防水性、耐老化性、耐沾污性和一定的透气性能。因此,作为弹性金属闪光乳胶漆成膜物的乳液,除必须具有上述综合性能外,还要求涂膜致密性好、透明度高、附着力强、耐水性优、光泽度高、对效应颜料润湿亲合性好等,能凸显出强烈的金属闪光效果。本试验选用了3种国外知名公司生产的弹性乳液作基料,在其他因素不变的前提下,只改变弹性乳液品种,分别制备出3种金属闪光乳胶漆,并对其主要性能进行比较,结果见表3。
由表3数据可知,本试验选用的三种弹性乳液制备的乳胶漆,其涂膜在耐水性、耐老化性方面均很优秀,在检验时间范围内表现无差别,但是在耐沾污性和涂膜的拉伸强度两项指标中,以乳液A P-5085优,A D66次之,2438+261差。虽然在涂膜断裂延伸率指标上A P-5085略低于A D66,但是370%的延伸率足可以遮蔽基层“活”裂缝的变形量,因此,本试验选用A P-5085作基料,由于该乳液采用了无皂化聚合工艺,使用了特殊的亲水性官能团,使乳液粒子表面存在着有效的亲水官能团,从而使耐水性与湿润性同时并存[3]。亲水性的涂膜表面能够使水的接触角变小,同时提高水的润湿性,使附着在涂膜表面的亲水、亲油性污染物均容易被雨水冲洗掉,从而保持墙面清洁。
2.2 金属闪光颜料的选择
用于外墙涂料的金属闪光颜料,主要包括铝粉、铜粉、珠光粉及一些干涉性颜料,目前,在水性金属闪光涂料中主要采用铝粉浆和珠光颜料做金属闪光材料。以铝粉浆制备的金属闪光漆,虽然具有优异的装饰性和持久保护功能,但是也存在着许多不足之处。云母珠光钛颜料是以天然云母薄片为基料,在其表面沉积一层折光指数比云母高得多的透明金属氧化物(如T i O2、F e2O3)而制成。当光线入射在折光不同的透明界面上时,发生多次折射、反射及部分吸收、穿透作用时,产生光的干涉现象,从而产生珠光般的色彩[4]。以金红石型T i O2包覆的云母珠光颜料,具有优异的耐候性、耐酸耐碱性、耐旋光等特性,在水性涂料体系中有很好的分散性,且价格便宜,原料来源广泛,色彩丰富,更符合我国的国情。在试验中发现,珠光颜料的粒径大小对涂膜的遮盖力、闪光性、珠光效果及鲜映性直接相关,其相关性见表4。
由表4可知,珠光颜料的粒径越小其鲜映性越高、珠光效果越强、闪光性变弱、遮盖力增强；粒径越大上述性能则相反。为了保证涂料既有足够的遮盖力又有较强的闪光效果,可以将粗粒径和细粒径的珠光颜料搭配使用,试验结果表明,采用1 250目∶600目=1∶1(质量比)的珠光粉做闪光颜料,取得了满意的效果。在基础配方中其他因素不变的条件下,只改变珠光颜料的用量,对涂膜性能的影响见表5。
由表5可知,在试验基础配方中,随着珠光颜料用量的增加,光泽小幅度降低,遮盖力提高,涂膜外观由光滑变得粗糙、金属闪光性由弱变强,当用量达到10%时,各项指标均达到峰值,所以本试验配方中金属闪光颜料的用量选定10%,当用量过大时,颜料片排布拥挤、重叠、堆积、反转,打乱了排列顺序,反而影响了涂膜的光滑度和闪光效果。
2.3 防沉定向排列剂的选择
云母珠光钛粉由于其三维尺寸径厚比(约50)和普通颜料相差较大,其密度大,在涂料中易沉淀,在涂膜干燥过程中片状颜料容易滑动,由此易产生堆积现象,影响涂膜的质感和闪光效果,因此,防沉和定向对金属闪光漆涂膜的效果尤为重要。能够改进防沉和定向的助剂有:羧甲基醋酸丁酸纤维素酯(C M C A B)、改性膨润土、改性蜡乳液、高触变丙烯酸增稠剂、气相S i O2及防流挂树脂等。C M C A B对铝粉的定向排列效果很好,但是对珠光颜料的定向排列效果欠佳,故不予采用。改性蜡乳液的比重较小,具有上浮作用,可在一定程度上减缓珠光颜料的沉降速度,同时还对珠光颜料有一定的分散性,防止颜料聚结,在成膜过程中它能够帮助珠光颜料有序排列、定向整齐,提高涂膜的光泽和闪光效果。水性有机膨润土具有触变和增稠作用,可防止涂料贮存时的颜料沉降和施工时产生流挂现象,同时辅助固定片状颜料,防止颜料滑动或反转。由于金属闪光漆在施工时多用喷涂方法,需要金属漆具有一定的假塑性,在喷涂剪切作用下涂料变稀,有利于形成细雾状涂布,因此选用假塑性H E U R增稠剂,如罗门哈斯的R M-8W,并配合流平剂R M - 2 0 2 0 一起使用。
本试验选用了改性蜡浆、有机膨润土、H E U R增稠剂和纳米S i O2,通过材料供混、插层、交联反应形成立体网络结构,来改善涂料防沉降、防流挂性,促进颜料的定向排列及涂膜的流平性。改性蜡浆共分三种：(1)改性聚乙烯/醋酸乙烯蜡浆A如B r k公司的526；(2)改性聚乙烯蜡浆B如A q u a c er507和840；(3)触变防沉聚酰胺蜡浆C如D i s p a r l o n A Q600和580。在试验配方中,固定其他因素不变,只改变改性蜡浆的品种,参照产品说明书用量制备的金属闪光乳胶漆并对涂膜性能进行对比,见表6。
由表6可知,在基础配方中添加不同品种的改性蜡浆对提高涂膜的外观、光泽度、闪光效果的作用不同,以蜡浆A效果好,但是用量必须足够大(6%～10%)；蜡浆B因效果欠佳而被弃用；蜡浆C对涂膜的改进作用仅次于A,但是需用量较小(0.5%～2%),将蜡浆A与C以10∶3(质量比)的比例混用取得了极好效果。蜡浆的加入还能提高涂膜的防水性和耐沾污性。
2.4 功能性助剂的选择及其作用
在试验基础配方中,除选用了生产乳胶漆常用的分散剂、消泡剂、p H值调节剂、防冻剂、成膜助剂、防霉防腐剂等以外,还选用了特种功能助剂——偶联剂和纳米SiO2浆。
2.4.1 偶联剂的作用
珠光颜料的表面包膜物是T i O2或F e2O3,这两种金属氧化物表面都易形成羟基,当珠光涂膜浸水后,水会沿着羟基渗入到涂膜内并在羟基处聚集,使得树脂与颜料发生剥离,影响涂膜的耐水性和耐水白化性[5]。珠光颜料因厚径比大,片状颜料在成膜过程中不易变形,因此形成多余应力,极端条件下可能产生细裂纹。为了改善涂膜的上述缺陷,采用偶联剂对珠光颜料进行包覆处理,使偶联剂中的亲无机基团与无机颜料表面的羟基反应形成氢键或缩合成-S i O-M共价键,使其取得R基团(不能水解反应性基团)朝外取向的表面改性,而易被有机基团润湿、分散,促进涂料降低黏度、增强流动性和流平性。偶联剂中的亲有机基团与有机分子反应或物理缠绕,从而使有机与无机材料界面实现化学键接[6]。通过试验证明,采用环氧基硅烷偶联剂-K H560和配位型钛酸酯偶联剂-N D Z401复配效果较好,用量为0.2%～0.5%.
2.4.2 纳米SiO2浆料的作用
纳米S i O2分子呈三维链状结构,比表面积非常大,表面自由能高,表面存在着不饱和残键及不同状态的羟基,具有较高的活性。将纳米S i O2分散到涂料中,纳米粒子与乳液粒子和水发生界面反应,形成三维网状结构；纳米粒子插入膨润土的层间,并与有机物一起交联形成立体网状结构,可明显改善乳胶漆的流变性和悬浮性,防止涂料贮存期颜料沉降和施工时流挂,纳米粒子填充于片状颜料排列的空隙中,形成活性吸附中心,在涂膜表面形成网络结构,极大地提高了涂膜的致密度、韧性、平滑性和硬度；又由于纳米S i O2具有极强的紫外线吸收和红外光反射性,可提高涂膜的耐老化性；纳米粒子表面具有亲水性,在成膜过程中能与含有特种亲水性官能团的乳液反应、交联成网状亲水性涂膜,对提高涂膜的耐水性和耐沾污性有显著贡献。
3 可行性分析
以弹性乳液为基料,以高耐候性珠光粉为颜料制备的弹性金属闪光乳胶漆,与以水性氟碳乳液为基料、以水性铝粉浆为填料的水性氟碳金属漆相比,在性价比方面具有一定优势,见表7。
表7 弹性金属闪光漆与水性氟碳金属漆的性价比
由表7可知,虽然弹性金属闪光漆在耐沾污性和耐人工老化性方面稍逊于水性氟碳金属漆,但是其涂膜断裂伸长率高,抗裂性好,而且突破了单纯的银白色调,可根据需要调成多种颜色及闪光效果。从材料成本及单位面积用量比较,弹性金属闪光乳胶漆的单位面积造价大致只相当水性氟碳金属漆的三分之一,具有明显的性价比优势。该乳胶漆曾于2005年在虹霞正升涂料有限公司办公区外墙施工应用。底层为复层凹凸花纹涂料,面层为银白色弹性金属闪光乳胶漆,三年来涂膜完好如初。见图1。
图1 弹性金属闪光漆的施工效果
2007年,北京大地春晖健体商务会馆外墙选用金黄色金属闪光漆喷涂施工2 000多平方米,以金壁辉煌的闪光效果赢得了甲方的赞许。
4 施工方法
(1)基层必须干燥,含水率＜10%,pH值＜10。
(2)基层要求坚固、平整、无松动、浮灰和油污。
(3)批刮2～3道柔性腻子,并打磨平整、光滑。
(4)喷涂水性渗透性封底漆。
(5)喷涂中涂乳胶漆一道,并打磨平整。
(6)喷涂2～3道弹性金属闪光外墙乳胶漆。
5 结 语
水性金属闪光外墙涂料以其环保性、防护性和华贵的闪光装饰效果而倍受青睐,本试验以无皂化、亲水性弹性乳液为基料,以金红石型T i O2包膜的珠光粉为颜料,在多种助剂的配合下配制的弹性金属闪光外墙乳胶漆,其涂膜具有优异的弹缩性、耐水性、耐候性、透气性、耐沾污性和金属闪光效果,广泛应用于有保温层或无保温层的建筑物外墙作饰面涂装。
