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儿童房用环保抗涂鸦内墙涂料的研制
更新时间:2015/2/8 17:58:51

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(展辰涂料集团股份有限公司,北京展辰化工有限公司,上海201707)

摘要:采用净味苯丙乳液制备了VOC趋于零的超低VOC的耐污渍效果佳的内墙涂料,探讨了PVC、乳液种类、遮盖聚合物、颜填料种类及功能性助剂等因素对涂料耐污渍性的影响。

关键词:净味苯丙乳液、零VOC、耐污渍性佳

Abstract:The clean taste of styrene-acrylic emulsion preparation of VOC tends to zero in the ultra low VOC anti-fouling effect on interior wall coating materials, discusses the mode of preparation, emulsion type, opaque polymer, filler types and functional additives on the coatings resistant effect。

Keywords:clean taste of styrene-acrylic emulsion,zero VOC,stain resistance

前言

随着经济发展和人们观念的变化,在国内用中高档内外墙乳胶漆代替瓷砖来装修墙面已成为主流。环保型乳胶漆,由于其施工简单、无毒害、清洗方便、色彩丰富、对环境造成污染小等优点,越来越受到人们的青睐和认可。近来年,随着市场的细化,越来越多的用户对儿童房用的墙面漆有了特殊的要求:一般要求环保性能好,因儿童的免疫力较成人差,又是生长发育期,这样涂料的安全要求较普通内墙涂料严格许多,不含(或不添加)有机可挥发性物质(VOC)、重金属、不含APEO、甲醛等;另一方面要求儿童房用内墙漆耐污渍性能佳,由于小孩喜欢在墙面涂鸦,这就要求在儿童玩闹时墙面受污染后,只需用清水或洗洁精液轻轻擦拭,就能够还你白净如昔的墙面。

本产品选用特殊的壳核结构净味苯丙乳液,利用水为外增塑剂,不需要添加任何成膜助剂即能较好成膜,采用特殊的保护胶体,具有优异的抗冻融性,不需要添加防冻剂和成膜助剂,制备了VOC含量很低(几乎为零)、漆膜抗污性能佳的环保型内墙乳胶漆,本文主要从乳液种类、遮盖聚合物、颜填料种类及功能性助剂等方面讨论了对涂料耐污渍性的影响。

1 实验部分

1.1 原料

去离子水、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂、各类丙烯酸乳液、氟碳乳液、金红石型进口钛白粉、重钙、滑石粉、以上均为市售工业级。

1.2 实验基础配方

原材料 w/%

去离子水 20~35

分散剂 0.5~0.6

润湿剂 0.1~0.2

杀菌剂 0.1~0.15

消泡剂 0.2~0.3

钛白粉 21~25

填料 16~18

净味苯丙乳液20~23

功能型丙烯酸乳液6~9

遮盖聚合物 2~8

增稠剂 0.3~0.4

1.3制备工艺

将去离子水、分散剂、润湿剂、杀菌剂、消泡剂等助剂混合均匀,再加入钛白粉和各类填料研磨至细度小于50um,再加入乳液,遮盖聚合物,增稠剂调整好粘度,搅拌均匀出料。

1.4 技术性能指标

表1 儿童房漆内墙乳胶漆技术指标

项目 指标

容器中状态 无硬块,搅拌后呈均匀状态

施工性 刷涂二道无障碍

低温稳定性(3次循环) 不变质

涂抹外观 正常

干燥时间(表干)/h≤ 2

对比率 0.95

耐碱性 24h无异常

耐洗刷性/次≥ 10000次

表2 儿童房漆的有害物质限量(根据GB/T18582-2008的标准)

挥发性有机化合物含量(VOC) ≤10g/L

苯,甲苯,乙苯,二甲苯总和/(mg/kg) 未检出

游离甲醛/(mg/kg) 未检出

可溶性重金属/(mg/kg) 未检出

2 结果与讨论

本实验方案做好样板,在干燥7天后分别画上不同污染物,在耐擦洗机上按国标做500次耐擦洗,通过擦洗后污染物残留痕迹多少来评估耐污性能好坏,采用1-10级评判,一级为基本无擦去痕迹,10级为基本无污染痕迹,漆膜擦破判为0级。实验中污渍主要油性笔,墨水等,还有果汁,口红,番茄酱,酱油,咖啡等生活污渍。

2.1 不同PVC对抗污性的影响:

表3 不同PVC对耐污渍的影响

表3 不同PVC对耐污渍的影响

从上表可以看出,水性笔和果汁的耐污渍效果较好,而油性笔和口红的耐污渍效果较差(备注:耐污渍效果1-10,10最好,下同)。当PVC为某值时,基料刚好填满颜填料无规则堆积所形成的空隙时,这时的PVC值被称为临界颜料体积浓度CPVC。不同PVC的乳胶漆的漆膜具有不同的性能。一般来讲,当PVCCPVC,漆膜性能有较大的变化,耐洗刷性会急剧下降,透气性上升。高PVC时污渍易清洁是因为涂膜被擦掉了。从上表可以看出,综合成本考虑,当配方的PVC达到35%~40%时,涂膜物化性能好、耐污渍效果达到最佳,。

2.2 乳液种类的选择:

目前市场净味乳胶漆常用乳液有乙烯-醋酸乙烯VAE乳液,核壳结构苯丙乳液。

VAE乳液可以看作是聚醋酸乙烯的内增塑产品,由于它在聚醋酸乙烯分子中引入了乙烯分子链,使乙酰基产生不连续性,增加了高分子链的旋转自由度,空间阻碍小,高分子主链变的柔软,并且不会发生增塑剂的迁移,保证了产品的永久性柔软。再一方面VAE乳液的的最低成膜温度一般低于5℃,因此虽然成模性较好,无需加成膜剂,但成膜后较柔软,污渍很容易渗入漆膜,比较难以清除。

核壳结构乳液聚合物属于异种分子复合乳液,是由于不同性质的两种或多种单体在一定条件下按阶段聚合(即种子聚合或多阶段聚合),使乳液颗粒内部的内侧和外侧分别富集不同种成分,通过核壳的不同组合,得到一系列不同形态的非均相粒子,从而赋予核壳乳液不同的功能,得到具有一般无规共聚物,机械共混物难以得到的优异性能。可能由于实验所选择的核壳结构乳液中一些功能性单体与污渍相亲近,耐污渍效果不好。为了平衡性能,本实验还特别地通过拼用不同功能乳液达到优异的耐污效果,本实验采用比较难擦拭的油性笔为污染源,通过蘸0.5%洗洁精水溶液的纱布擦去污染物不留痕迹次数来判断耐污能力好坏。

表4 乳液种类对耐污渍的影响

乳液种类 耐污渍效果(相同类型的污渍) 气味
VAE乳液 50次擦掉,漆膜擦破 基本无味
净味醋丙乳液 46次擦掉,漆膜轻微破损 轻微乳酸味
核壳结苯净味苯丙 35次擦掉 基本无味
核壳结苯净味苯丙+氟碳乳液 14次擦掉 较大刺激性气味
核壳结苯净味苯丙+柔性丙烯酸乳液 16次擦掉 基本无味

由表4可以看出,单独选择用净味苯丙的抗污效果并不明显,加入一部分氟碳乳液之后,由于氟碳乳液的憎油性,对抗污效果的提高明显,但是刺激性气味较大,不符合儿童用漆的要求。选用净味苯丙与功能性丙烯酸乳液配合,抗污效果好,而且气味也非常小,而且不含APEO。

2.3 遮盖聚合物的影响。

遮盖聚合物具有普通无机填料优异的三个性能特点:

①中空玻璃珠球形结构,耐污渍效果好

②粒径微细且均匀,可以提高钛白粉的效率,从而取代部分钛白粉,减少配方成本。

③与聚合物粘结剂亲和力强,粘结剂需求量低。

表5 遮盖聚合物的不同添加量对耐污渍的影响

表5 遮盖聚合物的不同添加量对耐污渍的影响

由表4可以看出,随着遮盖聚合物的添加量的增加,耐污渍效果越来越好。遮盖聚合物帮助漆膜更加致密。当添加量超过6%时,耐污渍效果上升的趋势并不明显,遮盖聚合物添加量过多,使漆膜掉粉的可能性增加,所以遮盖聚合物添加量选择在6%比较好。

2.4 填料种类的选择

硅酸铝在涂料中的作用:①超细硅酸铝代替部分钛白粉,其干膜遮盖力不会改变,并能提高其的白度。若钛白粉的用量不变,其干膜遮盖力明显提高,白度大幅度提高。②超细硅酸铝PH范围为9.7-10.8,其具有PH值的缓冲作用。尤其是在醋酸乙烯乳胶漆储存过程中可以防止因醋酸乙烯水解而使PH下降的现象,增加了乳胶漆的储存稳定性,同时避免了金属容器内壁遭受腐蚀。③硅酸铝的超细,网络结构使乳胶漆体系稍增稠,具有很好的悬浮性,并防止固体份的沉底及表面分水现象的出现。④超细硅酸铝使乳胶漆膜有很好的耐擦洗性,耐候性,另外能缩短表干时间。⑤超细硅酸铝有消光作用,所以在半光,哑光漆中可以作为一种经济的消光剂,在有光漆中不宜使用。

硅藻土在涂料中的作用:硅藻土作为填料,具有孔隙度大,吸收性强,化学性质稳定,耐磨,耐热等特点,能为涂料提供优异的表面性能,增容,增稠以及提高附着力。由于它具有较大的孔体积,能使涂膜缩短干燥时间。还可以减少乳液的用量,降低成本。还能均衡的控制漆膜表面光泽,增加漆膜的耐磨性和抗划痕性,去湿,除臭,而且能净化空气,隔音,防水和隔热,通透性好的特点。

滑石粉在涂料中的作用:由于滑石粉具有润滑性,抗黏,助流,耐火性,抗酸性,绝缘性,熔点高,化学性不活泼,手感良好,柔软,光泽好,吸附力强等优良的物理,化学性能,在涂料中的使用可起到骨架作用,降低制造成本同时提高涂料的漆膜硬度。滑石粉的片状结构使漆膜具有较高程度的耐水性及污渍的不渗性。

表6 不同种类填料的不同添加量对耐污渍效果的影响

表6 不同种类填料的不同添加量对耐污渍效果的影响

从上表可以看出,滑石粉,硅藻土,硅酸铝对耐污渍效果的提升有明显帮助,但是由于硅藻土和硅酸铝的添加量过多会对乳胶漆的粘度产生较大影响。由于滑石粉的特殊片状结果是污渍难以渗入,使污渍停留在表面,耐污渍效果明显。

2.5 助剂的选择和影响

水性涂料疏水剂为微乳液非离子型,抗酸,抗碱,耐硬水,水溶性强,乳液稳定,任意比例水稀释不分层,不破乳,不结块,保质期长,固含量高,分散性好。与水性涂料相互配合,可起到涂膜的抗划伤性能,表面疏水(即荷叶疏水)性能及抗粘,防污性能,使涂膜更加爽滑。实验中我们选择2家公司提供的样品(样品一位国内产品,样品二为进口产品)。

表7 不同产家疏水剂的不同添加量对耐污渍的影响

表7 不同产家疏水剂的不同添加量对耐污渍的影响

从上面可以看出,疏水剂的加入并不能使漆膜的抗污效果明显提升,随着疏水剂添加量的增加,反而让漆膜变的硬而脆,在实验中反复多擦拭几次,很容易整块脱落。

3 结论

(1)儿童房漆的PVC设计在35%~40%时,耐污渍效果达到最佳。

(2)乳液的选择决定了漆膜的大部分的性能与效果,选用净味苯丙乳液与功能性丙烯酸乳液制漆,能在耐污渍方面提供较大的帮助

(3)本实验过程中,添加疏水剂不能得到满意的耐污渍效果,反而使漆膜变的硬而脆,漆膜在反复擦拭后很容易整块脱落。

本文产品的配方的PVC精心选择,选用含硅的带有荷叶效果的净味苯丙乳液与功能性丙烯酸乳液制漆,加入一定比例的遮盖聚合物和颜填料,使漆膜的荷叶现象明显,抗污效果明显,VOC趋于零,能在安全和耐污渍两方面很好满足儿童房墙面用漆要求。

参考文献

(1)胡平 曾幸荣等 核壳型丙烯酸酯乳液的制备与性能研究 化学与黏合 2009年 第31卷第一期

(2)林宣益等 《乳胶漆》 化学工业出版社

(3)胡中源 唐琴琼 中空聚合物微球的制备及其在涂料中的应用 中国涂料 2008年第9期

(4)胡中源 邹鹏 填料对乳胶漆性能的影响 上海涂料 2011年第1期

胡中源 胡中源:1999年毕业于武汉化工学院(现武汉工程大学),现供职于中国最大的涂料制造企业之一的展辰达化工集团,展辰涂料集团建筑涂料项目经理,10余年专注建筑涂料技术研发。

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