丙烯酸基外墻乳膠涂料耐沾污性研究.pdf

1、外墻涂料正逐漸成為我國外墻飾面材料的主導(dǎo)，同時也是國家極力倡導(dǎo)推廣的外墻裝飾材料。我國目前正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)高峰期，高品質(zhì)外墻涂料有廣闊的需求空間和發(fā)展?jié)摿?。涂層耐沾污能力不足是外墻涂料普遍存在的共性問題，也是影響外墻涂料裝飾耐久性和制約我國外墻涂料推廣應(yīng)用的突出技術(shù)難題。 本課題以目前最具代表性的丙烯酸基外墻乳膠涂料為研究對象，系統(tǒng)深入地研究外墻乳膠涂料沾污的機理、影響因素及改性措施。針對外墻涂料的主要沾污途徑一黏附、吸入、積灰

2、和靜電吸塵，從提高乳膠漆涂膜致密性和改善涂膜表面性能出發(fā)，尋求經(jīng)濟有效的抗沾污技術(shù)措施，并揭示漆膜結(jié)構(gòu)、表面性能與其耐沾污性的關(guān)系，為高性能耐沾污外墻乳膠涂料的制各提供理論指導(dǎo)。針對現(xiàn)有外墻涂料用乳液普遍存在的熱粘冷脆、表面能過高、耐沾污性嚴重不足等突出缺陷，重點采用新型核殼乳液聚合技術(shù)設(shè)計制備高性能耐沾污丙烯酸涂料乳液，并圍繞改善耐沾污性對核殼乳膠粒子的殼層進行有針對性的設(shè)計和表面改性。運用原位乳液聚合原理，制備nano-SiO<,2

3、>/丙烯酸酯核殼復(fù)合乳液，并探討其在改善外墻涂料耐沾污性中的潛在應(yīng)用及改性機理。 通過改變顏料體積濃度 (PVC)、改善填料粒徑分布和顆粒堆積以及添加超微粒子來改善漆膜的致密性，進而降低外墻漆膜吸入性污染。結(jié)果表明，漆膜耐沾污性與其致密性有密切的關(guān)系。通過控制 PVC，在一定范圍內(nèi)增加填料細度，加入適量高度分散性的超微粒子如微細氧化硅粉體或其膠體溶液，可顯著降低漆膜的孔隙率，漆膜的表面致密性和光潔度也有所提高，能有效防止灰塵的吸

4、入和外界水份的侵入，從而改善外墻涂料的耐沾污性。 采用低表面能的純硅樹脂乳液和含氟乳液與丙烯酸乳液混拼，成膜過程中，因表面極性的差異，有機硅乳液和含氟乳液傾向于遷移至漆膜表面，有效改善漆膜的表面性能，降低漆膜對灰塵的黏附和吸入，從而改善外墻涂料耐沾污性。采用硅溶膠與丙烯酸乳液混拼，可改善漆膜的致密性、表面硬度和高溫抗回粘性，從而提高漆膜的耐沾污性。采用適量細粒徑、高玻璃化溫度的遮蓋聚合物乳液與丙烯酸乳液混拼，可提高漆膜的硬度，并

5、填充漆膜的部分空隙和毛細孔道，從而改善漆膜的耐沾污性。向涂料配方中添加適量的低表面能助劑如LD超疏水性納米界面劑、BS1306外墻漆憎水添加劑、BYK-Silclean 3700荷葉效應(yīng)助劑、Zonyl含氟化學(xué)添加劑等，可降低漆膜的表面能和吸水率，從而降低其對灰塵的黏附，并防止灰塵以雨水為介質(zhì)進入漆膜內(nèi)部，有效減弱漆膜對灰塵的黏附和吸入。 納米復(fù)合改性外墻涂料研究表明，在涂料配方中添加適量高度分散的納米二氧化硅和二氧化鈦，可填充

6、漆膜的毛細孔道，一定程度上改善了漆膜的致密性，漆膜的耐沾污性有所提高。納米二氧化硅和納米二氧化鈦的最佳摻量分別為1.5％和2％左右。不同種類納米粒子之間的優(yōu)化復(fù)合可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，改性效果優(yōu)于單一納米粒子。納米粒子的分散和分散穩(wěn)定性是納米復(fù)合改性外墻涂料的關(guān)鍵。采用傳統(tǒng)共混法很難解決納米粒子在涂料體系中的分散均一性和穩(wěn)定性，因此納米共混復(fù)合改性對外墻涂料耐沾污性的改善非常有限。基于新型的“核殼乳膠粒子設(shè)計”思想，圍繞提高外墻涂料的抗沾污

7、能力設(shè)計開發(fā)高性能核殼丙烯酸乳液。在不改變?nèi)橐簡误w組成的前提下通過控制聚合工藝合成異相結(jié)構(gòu)乳膠粒子，同時利用軟硬、極性不同的單體賦予各層不同的功能特性，在保持乳液成膜性能的基礎(chǔ)上大幅度提高漆膜的耐沾污性，從根本上解決現(xiàn)有乳液普遍存在的熱粘冷脆、耐沾污性嚴重不足等突出缺陷。采用半連續(xù)種子乳液聚合法成功制備了具有典型核殼結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯核殼乳液。測試結(jié)果表明，相對于常規(guī)共聚乳液和內(nèi)硬外軟型丙烯酸乳液，內(nèi)軟外硬型核殼乳液制備的外墻涂料可在保持良

8、好成膜性能的情況下大幅度提高漆膜表面硬度、抗回粘性和耐沾污性，克服了常規(guī)乳液存在的成膜性能與膜性能難以平衡的矛盾。尤其是在較高外界環(huán)境溫度條件下，核殼乳液的優(yōu)勢更加明顯。系統(tǒng)研究了乳化劑類型、乳化劑用量、兩階段乳化劑用量比對核殼乳液及外墻涂料性能的影響，確定了最佳的合成工藝和乳液配方體系。針對常規(guī)乳化劑在乳液干燥成膜過程中遷移至漆膜表面降低漆膜耐沾污性的缺陷，采用可聚合乳化劑和含氟乳化劑替代部分常規(guī)乳化劑，并研究其對核殼乳液性能及外墻涂

9、料耐沾污性的影響。 在此基礎(chǔ)上，利用核殼乳膠粒子設(shè)計的豐富多變性，圍繞改善丙烯酸酯外墻涂料耐沾污性對核殼乳膠粒子進行有針對性的殼層設(shè)計和表面改性。系統(tǒng)研究殼層厚度、殼層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、殼層交聯(lián)密度、殼層極性等特征參數(shù)對核殼乳液及其配制的外墻涂料耐沾污性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，殼層厚度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對核殼乳液的成膜性能和漆膜的耐沾污性影響顯著。殼層適度的交聯(lián)有利于進一步改善漆膜的抗沾污能力。在殼層聚合階段適量引入含氟和含硅功能單體

10、，使功能組份富集在乳膠粒子表面，可在低摻量下顯著降低漆膜的表面極性和吸水率，大幅度降低漆膜對污染物的黏附和吸入，從而改善漆膜的抗沾污能力，與常規(guī)共聚乳液相比具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢。功能單體分子結(jié)構(gòu)特性不同，改性效果亦有顯著差異。 運用原位乳液聚合原理，通過控制聚合工藝和選擇氧化硅的粒子形態(tài)制備以納米氧化硅粒子為核，聚合物包覆的nano-SiO<,2>/丙烯酸酯核殼復(fù)合乳液，使納米復(fù)合改性從簡單的共混發(fā)展到亞微觀的有機復(fù)合，并以

11、此配制高硬度的核殼乳膠涂料，研究其在改善普通丙烯酸外墻乳膠涂料耐沾污性方面的應(yīng)用。結(jié)果表明，相比較純丙乳液和純丙與膠體二氧化硅共混乳液，以nano-SiO<,2>/丙烯酸酯核殼復(fù)合乳液配制的外墻乳膠涂料在漆膜致密性、硬度、耐水性、耐沾污性等方面都大大改善。二氧化硅最佳摻量為乳液配方總量的5％左右，高于此摻量，乳液的穩(wěn)定性大大降低，漆膜變得硬而脆。隨著殼層丙烯酸聚合物Tg的降低，乳液最低成膜溫度顯著降低，但漆膜耐沾污性也隨之較大幅度降低。