建筑外墙有机硅改性丙烯酸乳胶漆的研究

地坪网://123.dpwang.com建筑外墙有机硅改性丙烯酸乳胶漆的研究陈明毅，张熠，陈树云（广东三和化工科技有限公司528429）摘要：介绍了建筑外用有机硅改性丙烯酸乳胶漆的配方和工艺，重点讨论了乳液的选择与不同PVC的设计对涂料光泽、耐候性和耐沾污性等性能的影响。关键词：有机硅改性丙烯酸涂料；光泽；耐候性；耐沾污性0.0.0.0.前言随着建筑业的迅猛发展和美化城市环境的要求不断提高，现代城市建筑对高性能外墙涂料的要求也在逐渐增强，高性能外墙涂料的研制和开发刻不容缓。利用丙烯酸乳液粘结强度高、施工便捷、成本低廉以及有机硅树脂良好的耐候性、保光性、耐辐射和抗老化性的特点，利用核壳聚合技术将少量乙烯基硅氧烷接枝到纯丙树脂主链或侧链上，赋予丙烯酸树脂优异的性能，从而制备出高性能的外墙涂料。20世纪90年代开始，丙烯酸酯类和乙烯基有机硅不饱和单体共聚为有机硅接枝改性丙烯酸酯乳液（简称硅丙乳液）成为乳液研究领域的热点。欧美公司通过纯硅树脂与传统乳液混合的方式进行物理冷拼式改性，而后逐步产生了使用硅烷偶联剂与乳液主链进行反应从而合成新的硅丙乳液。但普通硅丙乳液因分子链结构和活性基团不可调控而带来贮存稳定性差、乳胶膜分离等严重缺陷，没有起到硅丙乳液应有的作用，随后产生了使用硅烷偶联剂与纯丙乳液主链进行反应从而合成新结构的改性硅丙乳液，该乳液具有如下优点：（1）拒水透气性佳，硅树脂是一种半无机高分子化合物，其结构中有类似于石英和水玻璃的无机SiO2和有机侧链，无机部分将颜填料接合在一起，疏水基团渗入毛细管和微孔内部，接在硅上的甲基等有机基团使之具有很低的表面张力，很强的增水性，其不同于普通的乳胶漆是通过形成致密的膜来阻止液态水的吸收，而是通过赋予多孔基材憎水性来抵抗水的侵入，因此有机硅的引入使乳胶漆的吸水性降低，透气性得以提高；（2）提高漆膜与基材的附着力，有机硅的硅氧烷基通过吸收底材的水分子水解生成硅醇与基材的羟基或水泥中的硅离子发生缩聚交联，改善漆膜的湿附着力；（3）提高涂层的耐老化性能，有机硅聚合物中硅和氧电负性大，离子能大，内聚力密度低，Si—O键键能（450kJ/mol）比C—O键键能（356kJ/mol）高得多，从而提高其耐老化性能；（4）耐沾污性好，由于有机硅的网状结构，良好的耐热性、低表面张力和强憎水特性，必然带来涂层抗沾污性好；（5）耐温变性好，由于纯丙乳液多是线性分子，多无交联，存在低温易变脆，高温易发粘等缺点，硅丙分子无机物特性使其耐温变性好。__1.1.1.1.实验部分1.1原材料及基础配方原材料及基础配方如表1所示，其中乳液S指代各种型号的实验乳液。地坪网://123.dpwang.com表1外墙漆基础配方1.2性能测试1.2.1常规性能测试按GB/T9755—2001《合成树脂外墙涂料》规定的方法进行常规性能测试，其中涂膜光泽按GB/T9754—1988《色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》规定的方法进行测试。1.2.2耐人工老化性能测试按GB/T1865—1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》规定的方法进行测试。1.2.3色差的测试使用爱色丽公司的SP60分光光度计进行色差测试。2.2.2.2.结果与讨论2.1不同乳液所得涂料的常规性能比较不同乳液所得涂料的常规性能比较见表2。地坪网://123.dpwang.com表2各类乳液制备的乳胶涂料的性能对比注：S2和S3乳液属物理冷拼，由聚有机硅氧烷（乳液）+苯丙（纯丙）乳液=1∶4组成。2.2各类乳液制备的乳胶涂料的耐人工老化性能及天然曝晒性能对比不同乳液的涂膜光泽与人工加速老化时间的关系如图1所示，不同乳液的涂膜变色与人工加速老化时间的关系如图2所示，不同乳液天然曝晒后涂膜的变色对比结果如表3所示。图1不同乳液的涂膜光泽与人工加速老化时间的关系地坪网://123.dpwang.com图2不同乳液的涂膜变色与人工加速老化时间的关系表3各类乳胶涂料天然曝晒6个月的试验结果由人工加速老化试验结果和天然曝晒结果可以看出：采用硅丙乳液制备的涂料，其耐候性较其它苯丙、纯丙乳液或硅丙混拼乳液相比有很大的提高（主要体现在变色ΔE上）。由反射率下降及ΔL值可见：其耐沾污性要远远好于其它乳胶涂料。同时在各类硅丙乳胶涂料中，S1的耐人工老化性和耐候性名列前茅。S1在经过1500h耐人工老化试验后，光泽和颜色均无太大变化，这与硅丙乳液的合成技术，硅含量有关。2.3有机硅改性丙烯酸乳液应用在各种PVC体系中的性能我们对有机硅改性丙烯酸乳液在不同PVC体系中的应用性能进行了测试，结果如表4所示。地坪网://123.dpwang.com表4有机硅改性丙烯酸乳液乳胶涂料的PVC与涂膜性能的关系2.4不同PVC的硅丙乳胶涂料的加速老化试验不同PVC的硅丙乳胶涂料的加速老化试验结果分别见图3、4。实验结果表明：低PVC的硅丙乳胶涂料与高PVC涂料相比，经过人工加速老化后其涂膜的光泽变化均不大，但当PVC大于40%时，经过人工加速老化500h，涂膜的变色程度加大，耐沾污性能随PVC的增大有变好的趋势，这与低PVC涂料乳液含量过高，漆膜干燥早期返粘现象有关。图3不同PVC涂料的涂膜光泽与人工加速老化时间的关系地坪网://123.dpwang.com图4不同PVC涂料的涂膜变色与人工加速老化时间的关系3.3.3.3.结语有机硅改性丙烯酸乳液利用核壳聚合技术将少量乙烯基硅氧烷接枝到纯丙树脂主链或侧链上，从而赋予纯丙树脂更优异的性能，制备出的高性能硅丙外墙涂料可以明显提高涂料的各种物理性能，尤其具有优良的耐候性能和耐沾污性。如为了降低成本，采用物理冷拼的办法制备硅丙涂料则性能有所降低。但涂膜的耐候性、耐沾污性仍比目前市场上流行的苯丙与纯丙涂料性能好很多。选择30%~50%PVC制成的涂料涂膜性能最佳。