杨帅
嘉宝莉化工集团股份有限公司
摘要：以无机硅酸钾或硅溶胶为主要成膜物质的无机外墙涂料具有良好的物理性能,但应用到外墙涂料中需要优异的耐沾污性,而真正做到较好的耐沾污性需要考虑合理的材料配伍,本研究从无机硅酸盐涂料的配方设计、粉料结构的搭配,助剂的选用出发,探究各种因素对于耐沾污性能的影响。
0 引言
随着工业化的高速发展，导致了地球环境的严重破坏， 严重的污染威胁着人们的居住空间。“绿色”、“环保”，是目前人们高度重视环境保护后对涂料工业提出的要求，也是涂料工业未来的发展方向。相对有机涂料而言，无机涂料直接取自于自然界中蕴藏丰富的矿物，其基料的生产和使用过程完全符合节能减排的要求，且具有绝大多数同等成本的有机涂料难以达到的技术指标。近年来，国内建筑工程市场因国家对地下密闭空间用防火、不燃内墙涂料的强制要求，推动了无机内墙涂料的发展，国内各大建筑涂料生产商均在进行无机建筑涂料的研发工作，并不断推出各自的新产品，让无机硅酸盐涂料在我国寻觅到了难得的发展机遇。无机涂料拥有较好的户外耐候性及附着力， 但其耐沾污性对其使用寿命的影响也同等重要，关于无机涂料的制备有较多的文献可供参考，对于有机涂料耐沾污性的研究文献也较多。但对于无机涂料耐沾污性的影响因素，国内鲜有报道。田和宝等通过对硅酸钾和硅溶胶复配溶液的粒径表征，探究了硅酸钾和硅溶胶共混稳定性的依据；钱怀、张伟等认为硅酸盐涂料的透气性是其长处之一，但多孔性的表面必然导致涂层的吸水率较高，从而造成在做耐沾污测试时粉煤灰容易集聚到漆膜里面， 难以冲洗下来。因硅酸盐、硅溶胶的特殊结构，与丙烯酸乳液有较大差异，其耐沾污性的机理也会不完全相同。本文通过分析配方中的硅酸盐含量、硅溶胶含量、粉料结构，助剂的影响，来探讨如何实现高耐沾污性的无机涂料。
1 实验部分
1.1 实验原料
硅酸钾（AH-K1：模数3.75~4.15，二氧化硅含量>16%）：澳汉；硅酸钾（GHSK：模数4.09，二氧化硅含量20.63%）：国联；稳定化硅酸钾（MOS-1010：模数3.6，二氧化硅含量16%~18%）： 培藤； 硅溶胶（MOS-2012）：培藤；苯丙乳液（6516 -2）：长兴；纯丙乳液（7016G）：巴斯夫；苯丙乳液（791ap）：巴斯夫；苯丙乳液（296ds）：巴斯夫；苯丙乳液（559ap）：巴斯夫；苯丙乳液（R64）：陶氏；季铵盐稳定剂（SPS）：科莱恩；有机硅疏水剂（BS1306）：瓦克；聚四氟乙烯蜡粉（TF1778）：路博润；金红石钛白（R996）：四川龙蟒；800 目硅微粉：广东玉峰；1 000 目重钙（GF110）：广福；800 目滑石粉（CMS-666）；辽化；1 250 目湿法绢云母（GA-4）：锐格。
1.2 实验及测试仪器
高速分散机（GFJ-0.4）：上海现代环境工程技术有限公司；涂层耐沾污测试仪（QWX）：天津津科材料试验机有限公司；反射率测定仪（C84-III）：上海现代环境有限公司；耐擦洗测试仪（BGD526）：广州标格达实验器材有限公司。
1.3 涂层制备与性能测试
1.3.1 无机粘结物质和乳液相容性测试
选取钙离子稳定性较为优异的几款乳液产品，与备选的两支硅酸钾做相容性测试， 按照乳液∶稳定剂∶硅酸钾=9∶1∶22 的比例混合，观察是否出现破乳或絮凝现象。
1.3.2 无机涂料样品的制备
实验配方见表1。
1.3.3 无机外墙涂料制备工艺
（1）预混合：在分散缸中加入水，再加入助剂，300～500 r/min 搅拌混合形成胶状的物质；
（2）研磨分散：在分散缸中加入钛白粉、填料， 2 000～3 000 r/min 转速下打浆研磨20～25 min 至细度少于60 μm；
（3）在分散缸中加入苯丙乳液和季铵盐稳定剂，800～1 200 r/min 混合均匀；
（4） 在分散缸中依次加入硅酸钾溶液和剩余的水，800～1 200 r/min 混合均匀，即得。
1.3.4 性能测试方法
按照JG/T26—2002《外墙无机建筑涂料》，分别测试热储存稳定性、黏度、对比率、低温贮存稳定性、耐水性、耐碱性、干燥时间、耐擦洗性、耐温变、耐老化性、耐沾污性、涂膜外观等。
耐沾污性试验方法按JG/T26—2002 中附录A 的方法进行，采用粉煤灰作为污染介质，评估污染前后漆膜反射率的变化情况。
2 结果与讨论
2.1 乳液和硅酸盐适配性分析
按照1.3.1 中提到的方法， 选取不同的硅酸钾和乳液组合进行实验，实验组合见表2。
探究无机涂料耐沾污性的首要前提是选择能稳定贮存的产品体系，再做后续的性能测试，从表2 可以看出：
（1）不同的硅酸盐/硅溶胶搭配不同的乳液时相容性会出现不同的表现，笔者在验证实验中发现，两者混合出现破乳的组合，在制成漆之后，均会出现不同程度的后增稠和胶化现象。因此，该方法可作为判定硅酸盐和乳液相容性的一种简易方法；
（2）采用稳定化处理的培藤硅酸钾要比其他硅酸钾更温和，乳液对其容忍度更高，适配范围更广，而模数在一定范围的澳汉硅酸钾由于晶型集中度不够，乳液对其容忍度最低，相应地对乳液的要求就越高；
（3）硅溶胶相比硅酸钾和各种乳液有更好的相容性，不易产生絮凝或胶化现象；
（4）乳液本身的耐碱性越好，则同硅酸盐复配的适配性就越好。
2.2 硅酸盐及乳液搭配对耐沾污性的影响
采取表1 中1# 配方分别加入不同的乳液和硅酸钾组合，其他原材料统一，制备样漆，并制备样板。按照1.3.4 所述性能测试方法分别测试各项性能。
由表3 可见，不同的硅酸盐和乳液的组合表现出较大的差异，综合各项性能的平衡和耐沾污性的最优表现，选取MOS1010 和791ap 进行2#、3#、4#、5# 配方的实验，得到的部分性能如表4 所示。
由表4 中2#、3#、4# 配方可见， 耐沾污性跟乳液在粘结物质中的占比相关性较大， 提高乳液含量、降低硅酸钾含量后，耐沾污性能呈现出上升的规律（见图1），但为了达到较低的有机物含量，实验在硅酸钾中复配硅溶胶并提高使用量， 耐沾污性也会提高，如采取该种方式的5# 耐沾污性较4# 会有明显提升。
2.3 粉料结构对耐沾污性影响
从表4 中5# 和6# 的数据中也可以看出， 将配方中的重钙比例降低， 增加硅微粉和云母粉的用量，其耐沾污性也得到明显提升，原因可能是硅微粉的孔隙率低，填充性好，有效地降低漆膜的孔隙率，而云母粉的片层结构更好地提供了封闭性，使得漆膜表面的积灰容易冲洗干净，而过量添加重钙则会对漆膜的耐沾污性能起到负面作用。
2.4 助剂对耐沾污性影响
针对5# 配方， 尝试采用添加助剂的方式对耐沾污性进行改善， 考虑采用瓦克有机硅疏水剂BS1306增加涂层疏水性和路博润TF1778 聚四氟乙烯蜡粉增加涂层抗粘性能。见表5。
可见，单纯采用有机硅疏水剂并不能使得已经吸附到涂膜中的粉煤灰被水冲出，而聚四氟乙烯蜡粉由于在一定程度上降低了粉煤灰在漆膜表面的粘附性，提高了漆膜的滑爽度，因此对于提高无机涂料漆膜的耐沾污性有益。
3 结语
对无机涂料的耐沾污性可能产生影响的几个因素所进行的实验表明，硅酸盐涂料涂膜表面的疏松多孔是造成耐沾污性能差的主要原因，而漆膜表面能的影响较为有限，因此，提高无机涂料耐沾污性不是做一个简单的调整， 而是需要从以下几个方面进行调整：（1）提高乳液含量，降低孔隙率；（2）采用硅酸盐和硅溶胶复配的方式，并提高无机粘结剂的占比，降低孔隙率；（3） 通过选用硅微粉和云母粉等一类填充及封闭性能较好的粉料，降低孔隙率；（4）辅以一定量的聚四氟乙烯蜡粉，有助于在一定程度上降低漆膜表面能，提高耐沾污性，通过上述方面的综合考虑，才能做出符合现有标准耐沾污要求的产品。
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