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      建筑涂料的技術發展與應用

      2012年11月14日

      一、國外近年乳膠涂料技術的主要開發點

      1.聚合物乳液合成技術

      水乳型建筑涂料的技術發展著重點在于合成樹脂乳液的改進,包括乳液粒子設計改進、乳液粒子結構改進,減少乳化劑或不使用乳化劑,用其它材料改進涂膜性能和使用助劑改進涂料施工性及使用顏填料改進涂料的耐候性和裝飾性等。

      采用無表面活性劑自乳化技術的特點是:聚合技術使多種不同單體組成聚合物呈層狀結構存在于同一膠粒中,從而達到調節玻璃化溫度、保證產品性能的目的。使產品既具有一定的硬度、耐污染性,又便于施工,易于進行。通過定向聚合、輻射聚合、互穿網絡聚合等方法產生聚合物乳液,以改進涂料的性能和增加使用功能。

      合成樹脂乳液粒子設計與結構改進

      常規乳液粒子為均質結構。為了改進Tg與MFT之間的關系和涂膜彈性、抗污能力等,可把乳液粒子設計為梯度漸變型、核殼型、多核殼型。粒子結構主要以球形為主,根據需要還可設計其它現狀的粒子,粒子現狀不同可賦于許多獨特的性能。

      無皂乳液及涂料開發

      無皂乳液是不使用外參乳化劑(表面活性劑),而使用參與反應的交聯型乳化劑。目的是改進涂膜的耐水性和耐候性。無皂合成樹脂乳液已有工業化產品,但無乳液所制備的涂料還處于研制開發階段。

      2.助劑及顏填料配套

      多年來,人們一直想使水乳型建筑涂料的主要性能盡量接近溶劑型涂料,其途徑之一是開發應用性能優良的各類助劑,如成膜助劑、潤濕分散劑、增稠劑和消泡劑等。國外對乳膠涂料使用的這些主要助劑研究極為重視。近年來開發出了許多性能優良的產品品種,還有各種顏料、色漿產品。填料則向超細化方面發展。

      3.高自動化的生產工藝

      國外填料生產基本上實現了現代化電腦控制和液體輸送管道化,采用氣動和機械輸送固體物料及自動控制、計量。

      4.先進的檢驗技術

      對于涂料性能的評價已不再單憑外觀、顏色、光澤、硬度、沖擊等宏觀檢測,而且將射線分析(EP-NA)、X射線光電子光譜儀(ESCA)、自動電子光譜儀(AES)、離子微分析儀(INA)、富里埃變換紅外光譜儀(FT—IR)、紫外光譜儀、核磁共振、色差計等現代化儀器用于涂膜性能測試,深入到了內部組成結構和狀態等微觀檢測。

      二、我國近年建筑涂料的發展方向與重點

      隨著對建筑物內外裝飾和居住環境質量要求的日益提高,21世紀前10年,我國建筑涂料將向高性能、環保型、功能型方向發展,重點是:

      l.適應高層建筑外墻粉刷、外裝飾的需要,重點發展具有高耐候性、高耐玷污性、高保色性和低毒性高性能的外墻涂料。主要包括:

      水乳型外墻涂料(如純丙類、聚氨酯類、硅丙類、叔醋類等)。這些涂料不僅具有相當優異的耐候性,同時又具有水性涂料無污染的優點,是國際上重點推廣研究的涂料品種。

      交聯型丙烯酸系列高彈性乳膠漆。目前著力于提高乳膠漆的耐候性、耐玷污性、抗裂性和高彈性。

      有機硅丙烯酸樹脂外墻涂料。具有優異的耐候性、耐玷污性,耐候性可達10-15年,適用于混凝土、鋼結構、鋁板、塑料等基材表面涂飾保護。

      脂肪族溶劑丙烯酸聚氨酯外墻涂料。低污染,固體份含量達60%以上。為高固體組分涂料,具有優異的耐老化性及耐玷污性。

      有機氟樹脂超耐候性涂料。其耐候性可達15—20年,適應超高層建筑、公共建筑以及市政工程裝飾保護的更高要求。

      2.適應健康、環保、安全的要求,發展低VOC環保型和低毒型建筑涂料。主要包括:開發推廣水性涂料系列,開發綠色環保型內墻乳膠漆;發展安全型聚氨酯木質裝飾涂料;開發高固體分涂料和發展粉末涂料及輻射固化涂料。

      3.為滿足建筑物的特殊功能要求,發展防火、防腐、防碳化、保溫等建筑功能涂料。

      防火涂料分木結構和鋼結構兩大類,當前重點發展既具有裝飾效果,又能達到一級防火要求的網結構防水涂料。

      防腐涂料重點發展鋼結構的防銹、防腐以及污水工程混凝土及鋼結構防腐材料。

      防碳化涂料重點發展用于鋼筋混凝土構筑物的防碳涂料,防止混凝土表層碳化,保護鋼筋免遭銹蝕,以確保橋梁等構筑物的百年大計。

      4.發展高品質的水性建筑涂料,研究開發新型乳液聚合技術,重點采用無皂乳液聚合、微細化、溶膠化、有機—有機和有機—無機核殼復合乳液聚合以及互相穿網絡等新技術;開發具有優異的耐水性、低溫成膜性、抗回黏性和卓越的耐候性的乳膠漆,并實現工業化生產。要建成幾個年產5—10萬噸級的乳液生產企業。

      5.為全面提升我國建筑涂料的檔次,重點解決好金紅石型鈦白、耐久性好的紅、黃、藍、黑顏料、各種超細粉末填料、高效的消泡劑、分散劑、增稠和防沉淀等系列配套材料,并做好穩定生產供應。

      三、新進入建筑涂料領域的概念與技術

      1.納米技術與納米涂料

      在最近新材料技術熱潮中,“納米熱”將納米材料、納米技術等這些高新技術概念變成了大眾語言。關于納米技術的內涵、廣泛應用前景與可能產生的深遠影響等,已有不少專門著述。對于涂料領域和建筑涂料的技術發展,已開始產生現實影響,并涌現出一批效果比較明顯的應用成果:

      中國科學院固體物理研究所、中科院化學研究所、中國建材科學研究院、北京化工大學等單位研究開發成功并與相應的涂料廠家合作建成了若干條納米粉體材料生產線,已能批量生產氧化鈦、氧化硅、碳酸鈣、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鐵、氧化鋅、銀離子承載體等納米粉體材料,可供建筑涂料改性添加之用。

      在這些科研單位的技術幫助下,已有若干涂料研制、生產企業將這些納米粉體涂料,從不同方面改進涂料的性能。例如:通過加入光催化性納米粉體材料和殺菌功能物承載粉體來制成具有潔凈去污和殺菌功能的涂料;利用對紫外光強吸收性的納米粉體材料,可以屏蔽紫外線,增強涂料的抗老化性;將有色納米粉體制作的色澤鮮艷耐曬、耐候的無機色料加入涂料,提高涂料的保色性;加入適當處理的納米粉體,提高涂料的懸浮性、涂膜強度、附著力等??傮w是用作涂料的顏、填料與添加劑。

      中科院化學所有關專家最近提出,以納米技術建筑表面為納米尺寸凹凸相間的幾何結構界面可以穩定吸附氣體分子,使其具有疏水疏油的雙疏功能,從而實現表面耐污,只是尚未見到具體實施技術報道。

      2.自分層涂料理論應用與水性含氟樹脂涂料的開發自分層涂料是由性能有差異的多種成膜物組成的涂料體系,一次涂覆在基層上,在介質的揮發或固化過程中,能自發地產生相分離和遷移,形成涂膜組成逐漸變化的梯度涂層,其性能類似多層涂料。其涂膜形成的機理是:不同聚合物極性不同、分子間作用不同、在介質中的溶解度不同,是一個熱力學上的不穩定體系。隨著涂膜干燥和固化的進行,介質組成不斷變化,不同成膜樹脂在界面張力梯度的作用下,通過液相對底材選擇性潤濕,使得兩相相對流動,導致樹脂間的相分離,形成梯度分層結構。

      自分層梯度涂料的設計,首先必須至少含有兩種不同的樹脂,且它們的表面張力差異要足夠大,才有利于樹脂間的分離和遷移;其次,涂料各組分必須穩定存在于同一體系內,其分離和遷移只能在干燥和固化過程中發生,而且是逐漸進行,從而形成梯度涂層分布。這是一個亞穩定體系,巧妙平衡體系的穩定與分離,是該涂料設計的關鍵。

      自分層涂料的概念和相關理論技術的不斷完善,使水性氟樹脂涂料的開發成為可能。水性體系中,由于水的極性和氫鍵的作用,一般表面張力遠大于油性體系。氟樹脂是表面張力最小的樹脂種類,與其它表面張力略大的樹脂組合于水性體系,借助復合助劑的作用,在粘結樹脂和氟樹脂間保持適當的相容穩定性。隨著涂膜的干燥和固化,助劑對氟樹脂和粘結樹脂的作用力平衡被打破,相容性下降,相互間發生部分分離和遷移,最后形成底部以粘結樹脂為主、表面以氟樹脂為主的自分層梯度涂層。以粘結樹脂為主體的底部使涂層具有良好的附著力,以氟樹脂為主的表面使涂層具有很好的不粘性、強耐污和高耐候性。

      3.一組新技術綜合應用成果

      上海大學以多學科技術條件,應用自分層涂料理論,使用無皂乳液納米材料進行水性有機氟樹脂涂料產品開發,實現了水性內外墻涂料高耐污、高耐候性的重要突破。

      水性健康型高耐污瓷光壁內墻涂料

      以納米溶膠、水性硅·氟全新材料體系的配方,具有健康無毒、涂層平整細膩、光潔如瓷、耐水洗刷涂料的特性。既具有水性涂料的透氣、耐潮、不起皮脫落的特點,又具有溶劑型油漆才能達到、而一般水性涂料難以相比的耐沾污性,如茶葉水、蘭墨水等強沾污物都可用洗滌劑輕易洗凈。各項技術性能遠遠超過合成乳液內墻涂料國家標準的相關指標。

      水性高耐污、高耐候外墻涂料

      以有機硅·氟及其助劑取代現行乳膠漆產品通用的乳液和助劑體系,從根本上解決了乳膠漆耐玷污性差的難題,具有溶劑型油漆才能達到而一般水性涂料無法相比的高耐污性和高耐候性的特點。而其低光澤度、高透氣性及無溶劑污染,則是溶劑型涂料無法達到的。作為涂料耐候性考核指標,本涂料人工加速老化試驗通過時間在1000小時以上,遠遠超過合成乳液外墻涂料國家標準規定的250小時指標。

      水性高耐污、高耐候真石漆及其罩面材料以無皂乳液、有機氟及其助劑取代現行真石漆產品通用的乳液、助劑體系,從根本上解決了真石漆遇水泛白留滲跡的難題。所使用的納米溶膠、水性硅·氟全新罩面材料的滲透性、反應性,使涂層快硬、高強,具有一般水性涂料無法相比的高耐污性、耐候性和溶劑型涂料無法達到的低光澤度。高透氣性完全消除了溶濟污染,其各項技術性能,尤其是耐玷污性和耐老化性遠遠超過合成乳液砂壁狀建筑涂料國家標準的相關指標。

      本罩面材料本身就是一種有自分層結構特征的薄層涂料,除用作真石漆配套罩面材料外,還可單獨用于天然石及其它親水性涂料層罩材料。

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