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聚合物乳液含量对外墙无机涂料性能影响研究

所属分类:行业动态    发布时间: 2023-11-27    作者:admin
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0前言

无机涂料是由碱性金属硅酸盐水溶液或硅溶胶为主要成膜物质的涂料,与传统的乳胶漆相比,无机涂料固化后与基材产生石化作用,附着力更强,且涂料有机物含量低,更环境友好,并且涂层还具有优异的不燃、耐久、透气等性能。但当无机涂料在应用到外墙时,受涂层自身多孔透气和室外环境潮湿、下雨等因素的影响,极易造成无机涂料黏结强度变化与耐水性不足等问题。

外墙色漆的黏结强度与耐水性是外墙涂料.重要的性能之一,也是涂料用户评价外墙涂料质量高低的重要指标之一。目前市面上绝大部分外墙无机涂料标准对有机物含量与内墙标准有所不同,一般来说,外墙无机涂料有机物含量≤8%(质量分数,后同)即可。而在无机涂料体系中,有机物含量基本由乳液含量所决定,而乳液含量的高低对无机涂料性能有重要的影响,但目前系统研究乳液含量变化对外墙无机涂料的影响较少。因此,研究乳液含量变化对外墙无机涂料在工程应用中适用性能,尤其是黏结强度和耐水性能具有重要意义。

本研究设计思路为:利用外墙无机涂料体系中乳液含量的变化来研究外墙无机涂料黏结强度与耐水性能的影响。主要研究方法为:通过外墙无机涂料初期耐水性、附着力和涂层吸水量进行表征。希望通过本研究,能进一步拓展外墙无机涂料的应用理论与技术支持,为无机涂料研究工作者提供新的思路与方法。

1实验部分

1.1主要原料

硅酸钾K1K3工业级,西安通鑫半导体辅料有限公司;硅酸钾K2,工业级,安徽瓷玛新材料技术有限公司;聚合物乳液,工业级,巴斯夫;多功能助剂AMP-95纤维素X1、纤维素X2、消泡剂、分散剂、稳定剂、疏水剂SI,工业级,上海奥润化工有限公司;钛白粉、高岭土、重钙、滑石粉,工业级,中核华原钛白股份有限公司;去离子水,自制。

实验样板:无石棉纤维水泥加压板,标格达精密仪器(广州)有限公司。

1.2主要设备

电子..试验机,CMT-4304,深圳三思纵横科技股份有限公司;不透水性试验漏斗,BGD1357,标格达精密仪器(广州)有限公司。

1.3涂层制备

1000g为固定量,在40%(质量分数,后同)的去离子水中添加0.6%的纤维素(X1X2)和0.1%AMP-95,在转速500r/min

时搅拌5min,待纤维素溶胀后,添加0.2%的消泡剂,0.4%的润湿分散剂、0.2%的稳定剂,在转速500r/min时搅拌10min,接着添加8%的金红石型钛白粉、7%1200目高岭土、12%800目重钙、3%滑石粉,调整转速为1500r/min搅拌分散30min使细度将至50um以下;调整转速为600r/min,依次加入0.2%的消泡剂、7%14%聚合物乳液,搅拌分散10min;然后添加13%19%硅酸钾(K1K2K3),搅拌10min,再逐步添加1%有机硅疏水S10.2%消泡剂,搅拌均匀并控制黏度在85KU,得到外墙无机涂料。配方见表1


将涂料使用120um80um线棒刮涂在无石棉纤维水泥板上,30min即可实干,养护7d进行性能测试。

1.4主要性能检测方法

初期耐水性实验:将各配方外墙无机涂料刮涂制备好涂层后,表干1h后模拟雨水冲刷15h,观察各涂层表面状态。

黏结强度实验:采用CMT-4304型电子..试验机测试各乳液含量的外墙无机涂层的附着力黏结强度,该试验机的工作负荷为5kN,测试速度为10mm/min。所有样品的有效尺寸均为200mm×200mm×5mm,每个测试重复5次以确保可重复性。

涂层吸水量实验:采用BGD1357型不透水性试验漏斗测试各乳液含量的外墙无机涂层的吸水量。将实验样板置于水平态,将不透水性试验漏斗置于样板的中部,用不吸水的密封材料密封试板和透水性试验装置的缝隙并保证不渗水。用去离子水注入漏斗内,直至漏斗的0mL刻度,漏斗顶端用锡纸盖包住,记录静置2h内不同时间段的液面下降毫升数,每个测试重复3次以确保可重复性。

1.5实验参考标准

JG/T26-2002《外墙无机建筑涂料》;T/CSTM00632.3-2022《建筑涂饰工程用涂料产品技术要求第3部分:无机建筑涂料体系》;JG/T210-2018《建筑内外墙用底漆》。

2结果与讨论

2.1硅酸钾、纤维素和疏水剂的变化对涂料初期耐水性的影响--确定实验配方体系

外墙无机涂料中硅酸钾性能成长缓慢、初期耐水差,在工程应用的时候,如果喷涂结束表干时间内出现下雨情况,可能会导致无机外墙涂料出现发泡、起皮、剥落等缺陷现象,因此,需研究外墙无机涂料的初期耐水性能的影响因素及规律。

拟通过对硅酸钾、疏水剂、纤维素和乳液的变化来研究筛选外墙无极涂料配方。首先通过同一厂家K1K2K33种不同硅酸钾来筛选何种硅酸钾产品初期耐水性更好,然后在此基础上进一步研究纤维素种类和疏水剂的添加对外墙无机涂料的初期耐水性影响,.后研究硅酸钾和乳液的配比对外墙无机涂料的初期耐水性影响。

本实验中,3种不同硅酸钾与两种纤维素参数信息如表2所示。


实验测试方案为:将个涂层样板表干1h后模拟雨水冲刷15h,观察涂层表面状态。

本实验共设计7组配方:配方1为硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾与纯羟乙基纤维素醚制备的涂层,其中,纯羟乙基纤维素醚是目前市面上制备无机涂料常用的纤维素,而硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾是市面上常用的稳定化处理硅酸钾升级版。配方2为常用的稳定化处理硅酸钾与常用的纯羟乙基纤维素醚。配方3为硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾与改性阴离子纤维素醚,是本实验中价格.贵、改性.好的材料配方。配方4为稳定化处理硅酸钾与改性阴离子纤维素醚。

4个配方可以两两作对比,以研究各配方体系初期耐水性能。配方5为硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾与纯羟乙基纤维素醚,配方体系中将乳液含量由7%提高到14%,与配方1作对比。配方6为常用的稳定化处理硅酸钾与纯羟乙基纤维素醚,配方体系中添加疏水剂,对比配方2,以研究疏水剂对涂层初期耐水性影响。配方7为低活性二氧化硅含量稳定化处理硅酸钾与纯羟乙基纤维素醚,此配方是用于研究低成本硅酸钾的初期耐水性能。硅酸钾、疏水剂、纤维素和乳液对涂料初期耐水性影响如表3和图1所示。



1273组实验对比可以分析出,其变量为硅酸钾不同,其他因素保持一致,都使用了纤维素X1,其结果表明,3组硅酸钾复配纤维素X1制备的外墙无机涂料初期耐水性都不太好,出现了起泡、剥落和掉粉问题。从12344组实验对比可以分析出,其变量为纤维素不同,纤维素X2复配的外墙无机涂料表干1h后进行自来水冲刷15h无异常,干燥后强度无变化。从156实验对比可以看出,如何含量提高到14%、添加疏水剂S1都不能完全解决外墙无机涂料出去耐水性不足的问题。因此,可以初步确定K1+X2K2+X2这两种配方。

进一步对K1+X2K2+X2两种配方外墙无机涂料进行研究,发现K2+X2配方外墙无机涂料热储存之后增稠明显,整体性能较K1+X2差些。因此选择K1+X2配方,也就是硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾与改性阴离子纤维素醚制备的外墙无机涂料来进行下一步不同乳液含量对无机涂料初期耐水性影响研究。

2.2聚合物溶液含量的变化对涂料初期耐水性的影响

根据T/CSTM00632.3-2022《建筑涂饰工程用涂料产品技术要求 第3部分:无机建筑涂料体系》标准要求,外墙无机涂料有机物含量≤8%,而实验使用的乳液固含量在50%左右。因此,适当地将乳液含量增加到13%,其中有机物含量占比6.5%,复配其他有机助剂,可以保证有机物含量小于8%,符合相应标准要求。因此,设计7%13%乳液添加量与超额的14%乳液添加量来研究乳液含量变化对外墙无机涂料的影响,结果如图2所示。


从图2实验结果可以看出,K1+X2外墙无机涂料初期耐水性极佳,其性能成长快,表干1h后进行自来水冲刷15h涂膜无任何异常;而随着乳液添加量增加,当乳液含量>13%、有机物含量>8后,涂膜特别是边缘反而出现了起泡异常。

这主要是因为,当乳液含量>13%、有机物含量>8后,由于聚合物乳液的增加,其在无机涂料中,聚合物乳液成了主要成膜物质,固化后涂膜更加致密,失去了无机涂料的透气优势。因在进行初期耐水性测试过程中没有封边封底,在冲水过程中基材也吸收了大量的水分,当水分向上挥发时,无机涂料透气多孔,当乳液含量不高时,气体可以逸出,不会出现问题;而乳液含量过高的涂层,因过于致密反而被顶出了气泡。

因此从此项实验中可以得出一个结论,对于K1+X2外墙无机涂料而言,乳液含量13%是一个临界值。乳液含量<13%的涂料以硅酸盐成膜为主,具有无机涂料的透气多孔的性能优势;而乳液含量>13%时,涂料以乳液成膜为主,涂膜会更加致密,虽丧失了透气多孔的性能优势,但是涂料更加致密,对色浆的包裹作用更佳,会减少外墙无机涂料的褪色问题。

2.3聚合物溶液含量的变化对涂料黏结强度的影响

为进一步研究聚合物乳液对无机涂料黏结强度与涂层致密性的影响,采用不同乳液含量制备的无机涂料进行附着力拉拔测试。

从附着力实验结果表4可以看出,当乳液含量在10%13%添加范围内时,其附着力高达3MPa,表现出较高的附着力值。众所周知,无机涂料中硅酸盐可以与水泥基底发生硅化反应,从而促进无机涂料在基材上的附着强度。从图3可以看出,拉拔后,拉拔头带出大量混凝土基材,证明了硅化反应的存在。另一方面,无机涂料内的乳液可以与粗糙的基材表面黏结以提高取向力,表面越粗糙,其强度越高。因此乳液含量在10%13%添加范围内,是一个较好的硅酸盐与乳液对基材附着的协同作用值。



2.4聚合物乳液含量的变化对涂层致密性的影响

不同乳液含量制备的无机涂料对涂层致密性也有很大的影响,这可能导致无机涂层吸水量不同,因此设计了涂料吸水量实验。从表5和图4结果可以看出,随着乳液含量的进一步提升,涂层吸水量逐步降低,涂层越来越致密。



3结语

3.1小结

(1)外墙无极涂料建议使用硅溶胶复配稳定化处理硅酸钾与改性阴离子纤维素醚搭配的配方,其应用在外墙领域时,性能更优。

(2)乳液含量对外墙无机涂料初期耐水性影响很大,乳液含量少时,涂料喷涂结束表干1h内水流冲刷15h无发泡、起皮、剥落等缺陷,干燥后强度无变化;乳液含量高时,涂层冲刷15h 后易发泡。

(3)乳液含量在10%13%添加范围内时,外墙无机涂料在混凝土上黏结强度在3Mpa以上 。

(4)乳液含量越高,外墙无机涂料吸水量越低,涂层越致密。

3.2建议与展望

基于乳液含量对外墙无机涂料初期耐水性、黏结强度与涂层致密性的影响规律,在外墙无机涂料实际生产、施工、应用工程中应注意以下几点:

(1)合理的乳液添加量对于外墙无机涂料体系而言,可增强其实际应用过程中的初期耐水性能,使其在不同施工环境中也能较好应用。同时乳液含量的提高,并不一定会影响无机涂料与混凝土的硅化反应,合理的配比能有更好的协同作用,对进一步提升无机涂料附着力有帮助。无机涂料耐水性差、吸水量高,可适当在满足标准的要求下提高乳液含量。

(2)外墙无机涂料的初期耐水性、黏结强度与涂层致密性除了与硅酸盐种类、乳液、助剂和填料种类等因素有关外,乳液含量对其性能也有重大影响。涂料生产企业应根据实际应用需求与标准设计出合理的外墙无机涂料配方。对于外墙无机涂料而言,低成本高性能一直是市场需求的主旋律,但在降低成本的同时,生产商必须兼顾涂料的高性能标准。


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