新型低成本環(huán)?；意}粉建筑內(nèi)墻涂料乳膠漆的制備

1、新型環(huán)?；意}粉建筑內(nèi)墻涂料的制備1研究論文材料科學(xué)與工程系建材之星團(tuán)隊(duì) 王慧蘋 范小芳 黨延利 黃凱2010-11-25 指導(dǎo)教師：劉少兵liushaobing666型環(huán)保灰鈣粉建筑內(nèi)墻涂料的制備王慧蘋 范小芳 黨延利 黃凱指導(dǎo)教師 劉少兵摘要：研制了新型灰鈣粉建筑內(nèi)墻涂料，介紹了制備原理和技術(shù)過程，研究了VAE乳液用量對(duì)涂料性能的影響，用自制的穩(wěn)定解決了涂料的穩(wěn)定性問題，并研究穩(wěn)定劑對(duì)涂料的影響，探討了灰鈣粉涂料提高耐擦洗性的原理。 關(guān)鍵詞：灰鈣粉，內(nèi)墻涂料，穩(wěn)定劑，合成樹脂乳液0引言近年來,建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著幢幢商業(yè)高樓的崛起和

2、民用住宅的大力興建,建筑裝飾裝修材料迅猛發(fā)展。在內(nèi)墻裝飾材料中,合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料(俗稱內(nèi)墻乳膠漆),以其美觀、施工方便、易翻新等優(yōu)勢(shì)越來越受到廣大消費(fèi)者的青睞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年我國建筑涂料達(dá)2307萬噸，比2008年增長186，而且最近幾年我國建筑涂料以每年高達(dá)18%20%的速度增長。然而目前涂料生產(chǎn)成本高，能源消耗大，污染物排放量驚人。資料表明，全世界每年向大氣排放的2000萬噸揮發(fā)性有機(jī)物（簡稱VOC）中約有20%是涂料造成。當(dāng)前節(jié)約能源消耗，降低污染物排放不僅是我國的戰(zhàn)略要求，也必將是世界未來發(fā)展的趨勢(shì)。國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗

3、降低20左右，主要污染物排放總量減少10的約束性指標(biāo)。因此，建筑涂料作為涂料最大的品種，其低成本、低VOC、環(huán)?；瘜?duì)降低能源消耗、減少污染物排放有著重要的意義。近年來，人們發(fā)現(xiàn)灰鈣粉作為乳膠漆的活性填料能賦予乳膠漆高的耐擦洗性能、環(huán)保性和低成本性?；意}粉是以天然石灰石為原料經(jīng)高溫鍛燒、破碎提純而制成的。它的主要成分是氧化鈣(CaO)、氫氧化鈣Ca(OH)2和少量的碳酸鈣(CaCO3)?；意}粉用作填料，其特點(diǎn)在于它的活性。它能夠與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣，與成膜物一起形成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的緊密網(wǎng)架防水層，并且在涂膜水分干燥過程中，由于吸收二氧化碳生成的碳酸鈣使得涂層更加致密堅(jiān)硬。所以，灰鈣

4、粉建筑涂料的耐擦洗性能及其硬度較高。目前制約灰鈣粉建筑涂料規(guī)模化生產(chǎn)的主要問題在于，正是由于灰鈣粉的高活性使得涂料在貯存過程中會(huì)產(chǎn)生緩慢增稠和沉淀現(xiàn)象，從而影響了涂料的質(zhì)量。國內(nèi)外的研究者為了提高灰鈣粉涂料的貯存穩(wěn)定性，采取對(duì)灰鈣粉進(jìn)行預(yù)處理的方法。即用能夠水解成陽性膠體的電解質(zhì)溶液處理灰鈣粉13。一方面這類電解質(zhì)溶液中陰離子與灰鈣粉反應(yīng)生成水不溶性物質(zhì);另一方面水解成的膠體吸附層中的電位離子和反離子都能水化，從而在膠粒周圍形成水化層，阻止了氫氧化鈣、碳酸鈣等化合物的聚結(jié)，同時(shí)在一定程度上，形成了整個(gè)體系(灰鈣粉與電解質(zhì)溶液)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。因而阻止了灰鈣粉涂料的增稠和沉淀現(xiàn)象。這類處理劑主要有

5、明礬、食鹽、硫酸鋁或其他電解質(zhì)類材料。這些方法都能使灰鈣粉涂料的穩(wěn)定性有所提高，但都未能根本上解決穩(wěn)定性問題。本文基于傳統(tǒng)采用無機(jī)電解質(zhì)的方法難以解決灰鈣粉涂料穩(wěn)定性的問題，首次合成有機(jī)高分子灰鈣粉穩(wěn)定劑解決涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性問題。并根據(jù)不同的合成條件合成出一系列不同分子量的穩(wěn)定劑。此外，灰鈣粉用作涂料的活性填料能顯著提高涂料的耐擦洗性能，對(duì)此許多文獻(xiàn)要不避而不談，要么語焉不詳。本項(xiàng)目詳細(xì)研究涂料涂膜的成分和性能之間的關(guān)系，提出灰鈣粉增強(qiáng)涂料性能的微觀新機(jī)制?；诨意}粉低廉的價(jià)格，并能顯著降低合成樹脂乳液的用量，其生產(chǎn)成本能降低5%10%左右。 1原料主要原料見表1名稱 灰鈣粉 輕CaCO3 重

6、CaCO3 膨潤土 鈦白粉VAE乳液 流平劑 消泡劑 分散劑 潤濕劑 增稠劑代號(hào)2020 NXE 5040 405 DR-72規(guī)格 工業(yè)級(jí) 工業(yè)級(jí) 工業(yè)級(jí) 工業(yè)級(jí) 工業(yè)級(jí) 工業(yè)級(jí) 分析純 分析純 分析純 分析純 分析純2乳膠漆的制備2.1實(shí)驗(yàn)儀器表2 實(shí)驗(yàn)主要儀器名稱恒溫磁力攪拌器增力電動(dòng)攪拌器架盤藥物天平電子天平攪拌機(jī)調(diào)速器剪切乳化攪拌機(jī)實(shí)驗(yàn)室砂磨機(jī)電磁爐2.3乳膠漆的制備工藝先將自制穩(wěn)定劑、增稠劑、濕潤分散劑、乙二醇和約一半配方量的消泡劑加入自來水中，再加入灰鈣粉和填料,混合均勻, 磨細(xì)制成漿料。將VAE乳液加入磨細(xì)漿料中混合均勻。視物料中氣泡的多少酌量加入預(yù)留的消泡劑,慢速攪拌消泡,得到

7、配制好的灰鈣粉內(nèi)墻乳膠漆。2.5乳膠漆涂料的性能檢測按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 97562001檢驗(yàn)。3試驗(yàn)結(jié)果及討論3.1VEA乳液用量對(duì)涂料耐洗刷性的影響保持涂料配方中各組分的用量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不變,而改變VAE乳液的用量,得到的涂膜耐洗刷性試驗(yàn)結(jié)果如表所示。 規(guī)格型號(hào) 78HW-1型 DJ1C JP-1000 AB204-S JB系列 JRJ-300-I QSM 產(chǎn)地 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠 同上 常熟市雙杰測試儀器廠 同上 上海標(biāo)本模型廠 上海標(biāo)本模型廠 天津偉達(dá)實(shí)驗(yàn)機(jī)廠 同上圖1 VAE乳液用量對(duì)耐擦洗性能影響VAE乳液能夠明顯提高耐洗刷性。隨著VAE乳液量的加大,涂膜耐洗刷性逐漸升高。加入

8、4.5%時(shí),可以滿足一等品的>500次的要求;加入5.5%時(shí)可以滿足優(yōu)等品的>1 000次的要求。3.2灰鈣粉用量對(duì)涂料對(duì)比率的影響灰鈣粉作為活性填料,除了能夠賦予涂料耐水性和耐洗刷性外,與重質(zhì)碳酸鈣這類惰性填料相比,還能夠顯著增大干涂膜的對(duì)比率(遮蓋力)。當(dāng)保持涂料其他組分不變時(shí),灰鈣粉用量不同時(shí)涂料的對(duì)比率如表所示。表中所設(shè)計(jì)的灰鈣粉用量試驗(yàn)范圍是考慮到灰鈣粉可能在涂料中的用量范圍這一實(shí)際情況出發(fā)而得。試驗(yàn)時(shí),在灰鈣粉用量增大的同時(shí)減少等量重質(zhì)碳酸鈣的用量,以保持涂料中顏料、填料的總用量為50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不變。從表中可以看出,當(dāng)灰鈣粉的用量從12%增加到25%(即用12%的灰

9、鈣粉代替等量的重質(zhì)碳酸鈣),可以使涂料的對(duì)比率從0.928提高到0.959。圖2 灰鈣粉用量對(duì)涂料對(duì)比率的影響3.3自制穩(wěn)定劑對(duì)涂料穩(wěn)定性和耐擦洗性影響目前制約灰鈣粉建筑涂料規(guī)?；a(chǎn)的主要問題在于，正是由于灰鈣粉的高活性使得涂料在貯存過程中會(huì)產(chǎn)生緩慢增稠和沉淀現(xiàn)象，從而影響了涂料的質(zhì)量。我們用自制穩(wěn)定劑很好的解決了涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定劑用量越多涂料穩(wěn)定性越好。當(dāng)穩(wěn)定劑用量在0.95以上涂料具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。表5 穩(wěn)定劑用量對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響穩(wěn)定劑用量/% 0.8 0.85 0.95 1.2 1.5穩(wěn)定性 差 差 好 好 好但是，我們也發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定及的用量增加涂料的耐擦性能卻降低?？赡苁?/p>

10、由于穩(wěn)定劑的增加降低了涂料的成膜性能，導(dǎo)致耐擦洗性能降低。圖3 穩(wěn)定劑用量對(duì)涂料耐擦性能影響3.4放置時(shí)間對(duì)耐擦洗性能的影響灰鈣粉是一種活性填料，灰鈣粉中的Ca(OH)2能夠與空氣中的CO2反應(yīng),生成CaCO3,CaCO3與涂料的成膜物質(zhì)一起形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或稱為緊密網(wǎng)架防水層。隨著時(shí)間的增加成膜物質(zhì)越來越多，耐擦洗性能會(huì)越來越高，這是和一般的乳膠漆不同的地方，見下圖。圖4 放置時(shí)間對(duì)涂料耐擦洗性能的影響3.5灰鈣粉提高涂料性能的原理分析乳膠漆中的灰鈣粉有一部分被水溶解,并被進(jìn)一步離解成Ca2+和OH-。涂料施工并干燥成膜后,有一部分Ca2+處于成膜物質(zhì)(聚合物)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,Ca2+和空氣中的CO2反應(yīng),生成CaCO3的反應(yīng)是在聚合物結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中“原位”反應(yīng),成為聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一部分,提高了聚合物網(wǎng)絡(luò)的自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和對(duì)料、填料的粘結(jié)性能。有研究認(rèn)為,在聚合物改性水泥材料中,丙烯酸酯共聚乳液可與水泥水化生成C(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成以離子鍵結(jié)合的大分子絡(luò)交織結(jié)構(gòu)。這種作用機(jī)理也會(huì)存在于含VAE液的灰鈣粉類涂料中。在這樣低的VAE乳液用量