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水泥基腻子面漆二合一内墙涂料的制备灌装系统

时间：2022年09月09日

水泥基腻子面漆二合一内墙涂料的制备

谢德龙 , 张心亚 , 裴勇兵 , 司徒粤 , 阎　虹 , 陈焕钦

( 华南理工大学化工与能源学院 , 广州 510640)

摘　要 : 以自制的可再分散乳胶为主要成膜物质 , 结合水泥水硬性无机粘结剂制备了腻子面漆二合一内墙涂料 , 重点讨论了可再分散乳胶粉、纤维素醚、粉状憎水剂对涂膜性能的影响。实验结果表明 , 可再分散乳胶粉及其用量对腻子面漆二合一涂料性能具有重要影响 , 当其用量为 4% ～ 6% 时 , 涂膜具有良好的综合性能 ; 纤维素醚能明显改善涂料的施工性能和保水性能 , 其最佳用量为 0 . 3%; 粉状憎水剂显著提高涂膜的耐水性和耐洗擦性能 , 其用量为 0 . 3% 时可达到很好的效果。产品综合性能达到或超过国标 JG/3049 — 1998N 型和 GB /T 9756 — 2001 优等品指标值okmart.com。

关键词 : 可再分散乳胶粉 ; 水泥基 ; 腻子面漆二合一 ; 内墙涂料

0 　引　言

水性涂料虽然具有环保、性能优良的特点 , 但配方中将近一半是作为溶剂的水 , 为保证涂料的贮存和使用性能必须加入大量的其他助剂 , 这样不仅增加了成本 , 同时也造成了资源的浪费。因此 , 如果能将水性涂料制成干粉形式 , 并采用纸袋包装运送至施工现场 , 使用前加水调和 , 不仅可以降低包装运输费用、减少助剂使用量、延长贮存周期 , 给施工带来方便 , 而且也符合涂料和时代的发展方向。可再分散乳胶粉的出现及其在建筑领域的应用为建筑涂料的干粉化提供了物质基础 , 它是一种加水分散后能重新形成稳定的分散液 , 并具有原来合成聚合物乳液的性能 [ 1 - 3 ] 。本文采用自制的可再分散乳胶粉为主要成膜物质 , 结合水泥无机粘结剂配制了腻子面漆二合一内墙涂料 , 着重讨论了可再分散乳胶粉、纤维素醚、粉状憎水剂对涂料性能的影响。

1 　实　验

1 . 1 　实验原料

主要原材料如表 1 所示。

1 . 2 　腻子面漆二合一涂料的配制

表 1 　主要原料

按如下配比称取原料 : 可再分散乳胶粉 0 ～ 10% , 白水泥 28% ～ 32% , 二氧化钛 5% ～ 15% , 重质碳酸钙 35% ～ 45% , 粉状消泡剂 0 . 2% ～ 0 . 5% , 木纤维 0 ～ 0 . 4% , 纤维素醚 0 ～ 0 . 5% , 粉状憎水剂 0 ～ 0 . 5% 。将上述称量好的原料混合均匀即成干粉涂料。

1 . 3 　二合一涂料的使用

取 100 g 上述干粉涂料 , 加水 35 ～ 42 g, 充分搅拌 , 调制成具有一定流动性的膏状涂料 , 涂布于基材表面。

1. 4 　涂料性能测试

1 . 4 . 1 　粘结强度

粘结强度的测试方法参照 GB /T9779 — 2005 《复层建筑涂料》 5 . 7 . 2 标准状态下粘结强度试验。

1 . 4 . 2 　耐擦洗性能

干擦 : 厚度为 0 . 7 mm 的一层涂料涂布于纤维水泥板表面上。经 7 天养护后 , 将试件插入固定在工作台上 , 用鬃刷来回刷擦 2 000 次 , 记下试件的质量损失。湿擦 : 厚度为 0 . 7 mm 的一层涂料涂布于纤维水泥板表面上。经 7 天养护后 , 将试件插入固定在工作台上 , 用鬃刷来回刷擦 , 随着刷子擦洗试件的同时注入少量肥皂水 , 记下总共洗刷的次数。

1 . 4 . 3 　涂膜硬度

将涂料涂布于纤维水泥板表面上涂层厚度为 0 . 7 mm 。经 7 天养护后 , 将试件插入固定在工作台上 , 在一定的负荷下 , 用 Erichsen 笔在涂膜的表面上刮擦 , 在出现第一条明显痕迹时 , 该作用力即为涂膜的表面硬度。

1 . 4 . 4 　涂料保水性

将一张滤纸放置在 15 mm × 15 mm 的玻璃板中央 , 将试模 ( 内径 50 mm , 高 2 mm ) 放在滤纸上 , 将调制好的涂料装入试模中用直刀抹平 , 盖上另一块玻璃板 , 小心翻转 , 使有滤纸的玻璃板在上面放置于水平操作台上 , 1 h 后取出滤纸 , 用直尺均匀量取 4 组水分在该滤纸上的扩散直径 D 1 、 D 2 、 D 3 、 D 4 , 保水率为 :

式中 W —保水率 , %; D —试膜内径 ,mm; D 1 、 D 2 、 D 3 、 D 4 水分在滤纸上的扩散直径 ,mm 。

1 . 4 . 5 　涂膜吸水性

参照 GB /T9779 — 2005 《复层建筑涂料》 5. 9 透水性试验。

2 　结果与讨论

2 . 1 　可再分散乳胶粉对腻子面漆二合一涂料的影响

可再分散乳胶最主要的特性在于其能够很方便地再分散于水中 , 形成具有粘结性能的乳液 , 并具有乳液通常具备的各种性能。这是它作为有机成膜物质配制干粉涂料的基础 , 对涂料的涂膜性能有很大的影响。

2 . 1 . 1 　可再分散乳胶粉对涂料用水量及涂膜吸水率的影响

图 1 是调制涂料时 , 水的用量与可再分散乳胶粉加入量的关系。

图 1 　可再分散乳胶粉用量与水 / 干粉比的关系

从图 1 可以看出随着可再分散乳胶粉用量的增加 , 调制相同干粉涂料的用水量增加。由于可再分散乳胶粉遇水溶胀吸收一定的水分 , 体系中游离水的量相对减少 , 黏度增大 , 流动性降低 , 为了降低体系黏度 , 增加流动性以达到施工要求 , 必须增加水的用量。

图 2 是涂膜浸泡 24 h 后的吸水率。

图 2 　可再分散乳胶粉用量与涂膜吸水性的关系

从图 2 看到 , 随着可再分散乳胶粉用量的增加 , 涂膜的吸水率降低 , 这似乎与聚合物表面含有较多亲水基团 , 浸水时吸水率增大相背离。其原因主要是可再分散乳胶粉与水泥基硬性材料一起使用时 , 可再分散乳胶粉分散并聚集于水泥石的结构缺陷的空隙壁上 , 从而对涂膜中的毛细空隙起到重要的堵塞作用 , 使得涂膜的吸水率降低。

2 . 1. 2 　可再分散乳胶粉对涂膜粘结强度的影响

可再分散乳胶粉作为有机 - 无机复合涂料的主要胶结料和成膜物质 , 其用量对涂膜的粘结强度具有显著的影响。图 3 是涂膜粘结强度与可再分散乳胶粉用量的关系。

图 3 　可再分散乳胶粉用量与涂膜粘结强度的关系

从图 3 可以看出 , 随着可再分散乳胶粉用量的增大 , 涂膜的粘结强度提高 , 并且当乳胶粉用量较少时 , 涂膜的粘结强度随乳胶粉加入显著提高 , 当乳胶粉用量超过 4% 时 , 涂膜粘结强度的提高趋势减缓。这主要是因为一方面可再分散并聚集于水泥石的结构缺陷的空隙壁上形成一层聚合物薄膜 , 同时可再分散乳胶粉胶粒表面还有较多的官能团如羧基和羟基 , 这些都增强了涂层之间及涂膜与基材间的作用力。

2 . 1 . 3 　可再分散乳胶粉对涂膜耐擦洗性能的影响

图 4 为涂膜 2 000 次来回干擦后的质量损失与可再分散乳胶粉用量的关系。

图 4 　可再分散乳胶粉用量与涂膜干擦性的关系

从图 4 看出 , 可再分散乳胶粉的加入能够显著提高涂膜的耐干擦性能 , 并随着乳胶粉用量的增加 , 2 000 次来回干擦后质量损失减小 , 耐干擦性能提高 , 但当乳胶粉用量大于 4% 时 , 耐干擦性能提高的趋势减缓。图 5 为涂膜耐湿擦次数与可再分散乳胶粉用量的关系。

图 5 　可再分散乳胶粉用量与涂膜湿擦性的关系

从图中 5 看出 , 可再分散乳胶粉的加入显著增加了涂膜的耐湿擦次数 , 并随乳胶粉用量的增加 , 耐湿擦次数增加 , 耐洗擦性能提高。总体来说 , 可再分散乳胶能显著提高涂膜的耐洗擦性能 , 这是因为可再分散乳胶粉遇水再分散成聚合物乳液 , 形成聚合物乳胶粒子 , 这些乳胶粒子分散并聚集于水泥石中的结构缺陷的孔隙壁上形成一层聚合物薄膜 , 特别当乳胶粉用量较大时 , 聚合物能形成连续网络的涂膜 , 因此涂膜的耐洗擦性能提高。

2 . 1 . 4 　可再分散乳胶粉对涂膜硬度的影响

图 6 为涂膜的表面硬度与可再分散乳胶粉用量的关系。

图 6 　可再分散乳胶粉用量与涂膜表面硬度的关系

从图 6 看出 , 涂膜的表面硬度先随可再分散乳胶粉的加入显著提高 , 但当乳胶粉的加入量大于 5% 时 , 涂膜的表面硬度反随乳胶粉加入量的增大而降低。这可能是当乳胶粉用量较少时 , 可再分散乳胶粉遇水后再分散的乳胶粒子分散并聚集于水泥石孔隙壁上 , 在空隙壁表面形成一层聚合薄膜 , 增强了涂膜表面强度 ; 另一方面 , 可再分散乳胶粉加入后能够很好地促使水泥水化形成一定硬度的水泥石 , 因为聚合物在空隙壁表面成膜时挤压出来的水分刚好用于补充水泥的水化 , 促使水泥水化完全。但当可再分散乳胶粉用量较大时 , 聚合物形成连续网络薄膜 , 涂料更多地显示有机涂料特性 , 而乳胶粉本身的玻璃化转变温度较低 ( 5 ℃ ) , 所以涂膜的表面硬度也有所降低。

2 . 2 　纤维素醚对涂膜性能的影响

纤维素醚是粉状建筑涂料中常用的一种原料 , 对涂料的施工性和保水性具有重要的作用。试验中发现没有加纤维素醚的涂料施工性能很差 , 有很大的黏滞性 , 并产生流挂 , 随着纤维素醚的加入和量的加大 , 涂料的施工性能得到明显改善和提高。这主要是因为纤维素醚分子结构中含有丰富的羟基和醚基 , 使其溶于水中后被水所包围且分子链之间相互牵连形成具有高黏度的水溶液 [ 4 ] , 从而使它具有很好的触变性能 , 良好的触变性能又赋予涂料良好的施工性能。纤维素醚除了赋予涂料良好的施工性外 , 还具有优异的保水性 , 这是其在粉状建筑涂料中应用的最重要的性能。图 7 是纤维素醚加入量与涂膜保水率的关系图。

图 7 　纤维素醚加入量与涂膜保水率的关系

从图 7 看出 , 随着纤维素醚用量的增大 , 涂膜的保水率增大 , 这同样是因为纤维素醚分子结构中具有丰富的羟基和醚基 , 使其具有很好的亲水性和溶于水后水溶液的高黏度性。但并不是加入越多越好 , 从图 7 中看到当其用量超过 0 . 3% 时 , 随加入量的增加保水率改变不大。因为纤维素醚具有丰富的亲水基团 , 所以当加入量较大时 , 势必会影响涂膜的耐水性和耐洗擦性 , 另一方面其价格也比较昂贵 , 所以确定加入量为 0 . 3% 。

2 . 3 　粉状憎水剂对涂膜耐水性的影响

所谓憎水剂就是赋予涂膜一定的憎水性 , 从而提高涂膜的耐水性和耐洗擦性。图 8 、图 9 分别是在标准条件下护养 7 天后涂膜的吸水性量和耐湿擦性与憎水剂 Seal 80 加入量的关系。从图 8 、图 9 中看出 , Seal 80 的加入明显降低了涂膜的吸水量 , 提高了涂膜的耐湿擦性 , 但当加入量超过 0 .3% 时 , 吸水量降低和耐湿擦性提高的趋势都有所减缓。 Seal 80 是一种硅烷基粉末 , 之所以具有良好的憎水性能 , 是因为在水泥水化的高碱性环境下 , 硅烷中亲水的有机官能团水解形成高反应活性的硅烷醇基团 , 硅烷醇基团继续与水泥水化产物中的羟基进行不可逆反应并化学地结合在一起 , 从而使通过交联作用连接在一起的硅烷牢固地固定在这种水泥基涂料内部孔隙壁的表面 , 而其憎水的有机官能团朝向孔隙壁的外侧 , 使涂膜表面获得憎水性 , 并使整个涂层具有良好的憎水效果 [ 5 ] , 从而提高涂膜的耐水性和耐洗擦性。

图 8 　涂膜的吸水性量与 Seal 80 加入量的关系

图 9 　涂膜的耐湿擦性与 Seal 80 加入量的关系

2 . 4 　综合性能检测

对可再分散乳胶粉、纤维素醚、 Seal 80 的含量分别为 5% 、 0 . 3% 、 0 . 3% 的腻子面漆二合一涂料进行综合性能检测 , 其结果见表 2 和表 3 。

表 2 　腻子检测结果

表 3 　面漆检测结果

从表 2 中看到 , 作为腻子 , 各项性能指标都达到国标 JG/3049 — 1998N 型指标值。从表 3 可以看到 , 作为面漆 , 各项性能指标都达到国标 GB /T 9756 — 2001 中规定的优等品。

3 　结　语

(1) 以自制的可再分散乳胶为主要成膜物质 , 结合水泥水硬性无机粘结剂制备了腻子面漆二合一内墙涂料 , 确定了当可再分散乳胶粉用量为 4% ～ 6% 时 , 制备的内墙涂料具有较好的综合性能。 (2) 纤维素醚的加入使得涂料具有良好的触变稠度和施工性能 , 并赋予涂膜良好的保水性 , 通过实验确定了其用量为 0 . 3% 。 (3) 粉状憎水剂 Seal 80 显著提高了涂膜的憎水性和耐洗擦性 , 当其加入量大于 0 . 3% 时 , 涂膜憎水性和耐洗擦性增加趋势减小 , 因此实验确定其用量为 0 . 3% 。 (4) 产品综合性能达到或超过国标 JG/3049 — 1998N 型和 GB /T 9756 — 2001 优等品指标值。