多功能复合乳胶漆技术方案

多功能复合乳胶漆技术方案涂料•生活•环保•健康2010.111摘要：近年来，以乳胶漆逐步取代传统油漆的趋势已成必然。本设计方案使用了无机-有机复合基料，使用硅溶胶对苯丙进行改性。有效地使无机材料的硬度与有机乳液的漆膜柔性结合在一起，从而改善漆膜特性，并同时得到防水、防火、耐沾污等特性。而这些性能也必然和硅溶胶在配方中的比重有关，因此如何找到一个适合的硅溶胶比重将是实验阶段的重要研究方向，同时还考察其他助剂的用量以及填料的组合。最后，还提出了几个可以使涂料拥有更多功能的设想，以及它们存在的技术问题。关键字：乳胶漆、硅溶胶、无机-有机复合、耐沾污、抗菌防霉、防火、多功能涂料一、技术背景近年来，环保理念风靡全球。于衣食住行各个方面，人们都在探索更加环保的生活方式。而建筑涂料市场，也正在酝酿着一场环保型涂料的革命。传统油漆多为溶剂型漆，以植物油、合成树脂为主要成膜物质，辅以各种助剂和颜料，使用有机溶剂稀释。不仅刷涂费时，一般还有粘附力低等问题，最为重要的是其在使用时必须加入甲苯、二甲苯等多种具有挥发性的有机溶剂，使其在环保性能上大打折扣。乳胶漆的涌现和发展一定程度上解决了这些问题。乳胶漆又称为合成树脂乳液涂料，是有机涂料的一种，是以合成树脂乳液为基料加入颜料、填料及各种助剂配制而成的一类水性涂料。乳胶漆属水性涂料，安全、无毒、不污染环境，符合环保要求，还具确成膜性好、耐擦洗、耐候性、流平性等优良性能。水性漆与传统油性漆最大不同之处在于水性漆不需要添加任何固化剂、稀释剂，只需用水进行调和，因此不含甲醛、苯、二甲苯等有害物质，从而杜绝了产生空气污染的可能。目前在欧美等发达国家，它已基本取代油性漆，普及率已达90%以上，是比较环保的一种漆[1-2]。显然，以乳胶漆逐步取代传统油漆已成必然。如何进一步改善乳胶漆的性能也成为涂料配方设计人员的专注焦点。本次试验的目的即在于，通过在配方中加入硅溶胶，合成复合苯丙乳液，有效地使无机填料二氧化硅的硬度与有机乳液的漆膜柔性结合在一起，从而改善漆膜特性。并且利用了这种复合材料成膜时发生的化学变化，来达到使涂料拥有防水、耐沾污、防火等功能。加以研究较成熟的杀菌发霉等助剂，使其成为拥有多功能的优质产品。2二、乳胶漆配方与工艺1、乳胶漆配方原料名生产厂商作用用量/%硅溶胶成膜25苯丙乳液成膜10丙二醇防冻剂0.5多菌灵、百菌清杀菌、防霉0.05六偏磷酸钠（10%水溶液）润湿、分散0.2H-30A(聚羧酸阴离子铵盐)联合碳化公司分散、稳定0.3磷酸三丁酯消泡剂0.1FoamasterNXZ上海科宁油脂化学品消泡剂0.5AMP95AnguspH调节、助分散剂0.4羟乙基纤维素增稠0.2DSX1514（聚氨酯）汉高公司增稠1.0钛白粉（锐钛型）颜料12重质碳酸钙填料20硅灰石粉填料6滑石粉填料6Texanol醇脂Eastman公司成膜助剂0.4去离子水分散介质20注：硅溶胶技术性能，二氧化硅含量25%-30%，pH在9-10，平均粒径10-20nm2、配方特点耐沾污、防水、防火、抗菌防霉、耐久性好、软硬适中、施工简单、漆膜装饰性好。3、配方原理1）基料材料将硅溶胶与苯丙乳液作为涂料的基料可以同时具有无机涂料所固有的硬度，又具有有机涂料成膜性好、涂膜柔润的特点[3]。而在涂料成膜后基料内部将会发生化学作用，使内部的极性大大减少，从而使涂膜有较好的疏水性。文献数据显示当二氧化硅含量达到30%时涂膜的吸水率与溶解率已经处于一个非常低的状态。并且凝固后的硅溶胶脱水会形成“-Si-O-Si-无机网”，可以将涂料中的可燃有机物与外界隔离，从而有一定的防火作用[4-5]。2）填料填料选用吸湿性较低的原料，以免使涂膜的疏水性降低。并且加入了提高涂料质感的滑石粉与不透明性高的硅灰石粉来提高涂料的装饰性。3）分散剂使用六磷偏酸钠和H-30A，是因为六磷偏酸钠对无机填3料能产生较好的润湿和分散作用。H-30A则是分散性能好，并能改善疏水性颜料表面的润湿性，且适用于各种水性体系。4）杀菌、防霉通过查阅文献，多菌灵是一种非常有效的杀菌剂，且对温度与pH都不敏感，但对湿度大条件下生长的菌类效果甚微。因此使用百菌清来配合防霉[6]。4、制作工艺乳胶漆的制作流程：参照以上流程图，首先将配方中的水和防霉剂搅拌均匀，投入分散剂、部分消泡剂、成膜助剂、增稠剂和防冻剂，搅匀后投入AMP-95搅匀测pH值使之在10~11。投入硅溶胶，搅拌均匀。投入颜、填料搅拌均匀得到混合料浆。将该混合料浆通过砂磨机研磨至细度为60μm。然后，再将苯丙乳液和磨细后的混合料在一起混合均匀，并视气泡多少酌加消泡剂低速搅拌消泡，得到成品复合涂料。调pH磨细水、防霉剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、防冻剂混合液1AMP-95混合液2硅溶胶混合液3颜填料混合料浆磨细料浆苯丙乳液消泡剂成品乳胶漆45、施工方法清扫基层一填补缝隙及局部刮腻子一磨平一第一遍刮腻子一磨平一第二遍刮腻子一磨平一刷平第一遍乳胶漆一刷第二遍乳胶漆。第一遍乳胶漆：在使用前要先用萝斗过滤。滤刷顺序是先刷顶板后刷墙柱面，墙柱面是先上后下[7]。如要得到更好的涂料效果，可以使用复层涂刷。施工用腻子改为封闭剂，涂完乳胶漆再涂两层罩光剂。封闭剂和罩光剂的配方由乳胶漆原配方中的基料以及各助剂重新配比可得[8]。6、总体性能指标项目技术性能指标容器中状态无硬块，搅拌后呈均匀状态固体含量∕％≥60稠度/cm9-14干燥时间/h表干2;实干24涂膜外观色泽均匀，侧视光亮耐水性（96h）无异常防火性漆膜能在一定时间内阻燃耐沾污性茶水、墨水可用自来水冲洗耐碱性（48h）无异常耐洗刷性/次500粘结强度/MPa≥0.4硬度/H≥1对比率≥0.93涂料耐冻性无异常施工性涂刷两道无障碍VOC/80g/L三、研究试验内容1.研究规划为了使得第二部实践阶段进行的有条不紊，在这里我们提出一个总体的研究规划：1)样品采购阶段2)实验制备阶段3)性能检测阶段2.试验安排根据我们提出的总体研究规划,我们将具体的展开我们的试验部分:一.根据配方表进行样品的采购与场地准备（预计从联系到得到原料需要最多一周时间）5二.依据工艺过程进行乳胶漆的制备以及施工（预计单次从制备到涂膜在墙面干燥需要3天时间）三.对乳胶漆的各项性能进行检测（视检测方法而定）四.对各项性能指标进行评估以及分析五.对于一些性能参数未能达到预期效果的性质进行原因分析,进一步提出更加完善的工艺过程，并重复二到四步六.完成试验报告，提出优化后的配方3.试验项目1)颜基比优化：通过试验调整颜填料与基料的配比，使涂料成膜后外观与性能能达到理想的效果。在原配方基础上进行改进。2)硅溶胶在配方中所占比重对各性能的影响：在其他原料配比以及制作工艺不变的情况下分别使用20、25、28、32不同的硅溶胶比重来制备乳胶漆，并测试其性能指标。四、项目的先进性和创造性本配方的创新性在于使用研究较多的涂料原料进行设计，利用配比以及助剂上的改进来挖掘这些原料的潜在应用。本配方将原本使用在外墙上的硅溶胶-丙烯酸复合体系改为硅溶胶-苯丙复合体系。对于室内相对温和的环境，改换后的体系在耐久性上应该不会相差太多，并能使配方成本降低。通过实验，对硅溶胶在配方中的比重进行优化，使涂料在基本性能达标的情况下，有更好的防水、耐沾污以及防火性能。从制备工艺的设计来看，本方案的制备较为简单，基本可以采用一缸到底的模式。五、技术方案可行性1.配方的可行性本方案使用了无机-有机复合配方，从图书馆或数据库中能查到不少相关的文献，可见其技术已较为成熟。并且已有不少商业化的产品，本配方是根据这些文献进行的改进，将一些助剂以及填料换为在此配方中能更好发展其特点的原料。并保证涂料基本质量的情况下使涂料能达到预期能达到的特殊性能。2.原料获取的可行性本方案使用的原料都为涂料较常用的配方，通过网络可以找到很多相关的制造厂商。其次对于本次试验，原料用量不会很大，而很多厂商的进货则有最低限量要求。我们必须根据各厂商产品质量，6与其客服联系，来获取少量试验用样品原料。3.制备的可行性本方案的制备流程为参考相似复合配方制备流程来制定的。之间的区别在与各成分的配比以及填料和助剂的区别。因此根据某些助剂的使用方法，对原制备流程作出少许改进，而填料的改变一般对制备的工艺影响不大。故基本可以满足此配方制备的要求。在器材方面，因为本方案的制备方法较为简单，对器材的要求并不是很高，因此由主办方提供的器材应该足够。4.时间的可行性试验阶段的计划时间为40天。第一个采购阶段，保守估计需要七天。而最后10天又刚好为期末考试阶段，那样可以用来做试验以及分析改进的时间估计仅为20天左右。这样时间并不富裕。因此，执行力与高效的工作将尤为重要。而第三阶段，时间相对充裕，质量将是较为重要的环节。小结：综上，时间在第二阶段是一个较为关键的问题，我们需要合理安排工作，提高执行力以及效率。技术方面也不存在较大的缺陷，因此合理安排时间可以有效地提高方案的可行性。六、新功能展望通过对大量文献的查阅，我们也想到了不少涂料可以具备的创新点，但实现技术尚不成熟。因此，仅作为本方案的展望，在时间与技术允许的条件下会进行一定的探索。1.光催化杀菌性能：有文献提出在涂料中添加一定量纳米二氧化钛可以使涂料通过光催化达到杀菌等功效[9-10]。技术难点：但同样也有研究显示将纳米二氧化钛混入乳胶漆中，会因为高分子聚合物对其的包裹，使其无法得到充足的光照而降低光催化效率。同时，光催化的发生还会缓慢而持续地氧化破坏高分子、表面活性剂等有机物。待选方案：通过微胶囊技术，使纳米二氧化钛包囊在多孔惰性层中。2.调湿性能：研究表明涂料中加入硅藻土可达到调节室内湿度的功效。技术难点：硅藻土有很强的吸水性，会使涂料的耐沾污能力下降。待选方案：从理论上分析，硅溶胶成膜后所形成的“-Si-O-Si-无机网”有憎水性，但却也有较强的透气性。如果硅藻土选择一个合适的用量，或许可以使涂料耐沾污能力损失不大的情况下，使空气中的水蒸气通过涂膜的细孔被硅藻土所吸收[11]。3.可逆示温性能：随天气冷暖调节色调，夏天变为冷色调，冬天变为暖色调。使用微胶囊技术，分别包裹发色剂与显色剂，选择合适熔点的溶剂将其7分散[12]。技术难点：变色均匀性、对涂料的影响，缺少相关文献考证，可行性较低。七、参考文献[1]H.Warson,C.A.Finch,ApplicationsofsyntheticresinlaticesLaticesinSurfacecoatings:EmulsionPaints,vol.2,JohnWileyandSonsLtd.,WestSussex,2001.[2]R.Saghir,Polym.PaintColourJ.193(2003)20[3]徐峰，无机涂料与涂装技术，化学工业出版社，2002，137[4]刘国杰，现代涂料工艺新技术，中国轻工业出版社，2000，52-71[5]TsutomuMizutani,Applicationofsilica-containingnano-compositeemulsiontowallpaint:Anewenvironmentallysafepaintofhighperformance,ProgressinOrganicCoatings55(2006)283[6]刘国杰，特种功能性涂料，化学工业出版社，2002，230-233[7]陈庆，高级乳胶漆工程的施工与质量控制，中国西部科技，2005年5月上半月刊，12[8]徐峰，无机涂料与涂装技术，化学工业出版社，2002，53-54[9]刘国杰，现代涂料工艺新技术，中国轻工业出版社，2000，65[10]K.K.Suma,SintoJacoandRaniJoseph,Studiesontheeffectofnano-TiO2onvinylacetate–butylacrylatelatex-basedsurfacecoating,MaterialsScienceandEngineering:BVolume168,Is