漆膜的耐沾污性及影响因素漆膜的耐沾污性及影响因素陈百强

漆膜的耐沾污性及影响因素,漆膜的耐沾污性及影响因素

漆膜的耐沾污性及影响因素 摘要：建筑涂料漆膜的耐沾污性是影响涂料质量和价格的重要因素。本文介绍了导致乳胶漆膜发生沾附污染的原因，影响乳胶漆漆膜耐沾污性的主要因素，提出从漆膜的亲水憎水性和结构致密性角度解决漆膜的耐沾污性问题。最后，评述了粉化理论和仿生学原理两种自清洁理论用于解决漆膜的耐沾污性问题 建筑涂料漆膜的沾附污染可以分为两种类型：附着性污染和吸人性污染 [1] 。附着性污染是指污染物仅仅物理吸附在漆膜的表面，通常这种污染通过擦洗、风吹等机械作用可以得到清除；吸人性污染是在附着性污染的基础上，污染物进入到漆膜的内部，这样造成的漆膜污染不易去除。我们一般所指的漆膜沾污通常是这两种类型同时存在。 　　本文针对建筑涂料乳胶漆，介绍了国内外对漆膜耐沾污性的研究现状，包括导致发生沾附污染的原因和目前人们采用的几种新型提高漆膜耐沾污性的技术。 1 导致乳胶漆膜发生沾附污染的原因 　　内外墙涂料因为所处环境不同，导致耐沾污性差的原因略有不同。外墙涂料的污染原因是墙面凸凹不平，雨水夹带空气中的尘埃落到漆膜表面，漆膜表面存在空隙，细小的污染物(胶体尺寸)随着雨水侵入到涂层内，水分蒸发后，污染物就会留在漆膜内，形成永久性的污染；另外，外墙涂料所用基料的玻璃化温度较低，受热后涂层容易变软发粘，或者涂层由于受雨水浸泡而软化，软化的漆膜更容易吸附空气中的污染物怛j。导致内墙涂料耐沾污性差的主要原因是漆膜为亲水性，涂料的颜基比过高导致漆膜结构不密实，如果漆膜表面沾有污物，污物就会在毛细管力的作用下，以空气中的水蒸气为介质，进入到漆膜内 [3] 。根据这种水对造成污染的双重作用，因而提出了疏水性表面较亲水性表面更耐脏的观点，而目前有的日本学者却提出了截然相反的观点，认为漆膜为憎水性而导致耐沾污性下降 [4] 。 　　 另外，漆膜中含有的非极性有机物是电的不良导体，高电阻的表面容易产生静电，一旦遇到带有相反电荷的污染物微粒，会发生静电吸引，由于静电吸附而造成漆膜污染。但是这种机理只适用在极为干燥的大气环境下，而一般空气中的水蒸气可以提供足够的导电性来抑制静电荷的聚集，所以在一般情况下，因为静电吸附导致的漆膜污染很少，通常是静电吸附同其它的因素协同而造成漆膜的污染。同时，漆膜在湿热条件下，霉菌藻类的生长也对漆膜造成污染，使漆膜的装饰性下降。 　　 根据以上导致乳胶漆膜耐沾污性差的原因，要解决漆膜的耐沾污性问题，需要从漆膜的亲水憎水性和结构致密性角度加以解决。已经发现，涂料用聚合物组分的水敏感性和水汽渗透性之间的良好搭配对涂层的耐沾污性具有重要影响。下面具体分析胶漆的组成对漆膜耐沾污性的影响。 2 乳胶漆膜耐沾污-陛的影响因素 2．1 乳胶漆的成膜物与耐沾污性能 　　 涂料对建筑物的保护和装饰功能，是通过成膜物质——高分子化合物的固化而形成的，虽然涂料中还有其它成分，如：颜料、填料、助剂等，但是成膜物质是关键，它对涂料的物理强度指标、拒水透气性能都有重要影响。 　　 (1)玻璃化温度。乳胶漆是典型的以热塑性聚合物为基料的涂料，在一定温度下，热塑性聚合物的膜的硬度或粘度由聚合物的玻璃化温度(Tg)决定，所以乳胶涂料成膜物质的玻璃化温度是影响漆膜耐沾污性的重要因素。玻璃化温度上升，硬度越高，成膜物耐沾污性就越好，这已经被许多实验所证实。我国建筑涂料聚合物Tg设计一般在10～25℃，日本则要求Tg在30～40℃。权衡软硬单体比例，适当选用功能单体，可以综合其物理性能及价格 [5] 。 　　 (2)引入其它化合物进行改性。这亦是提高成膜物耐沾污性重要措施之一。例如，近年来开发并逐渐推广的有机无机复合涂料，采用硅溶胶与苯丙乳液或者水玻璃一苯丙乳液相配合，无机基料可以提高漆膜致密度，对填平补齐多孔隙的乳胶漆膜发挥作用，因而漆膜的耐沾污性能得以提高。这种漆因价格上升幅度小，成为一类很有前途的外墙涂料 [6] 。 　　 另外，采用有机硅树脂，通过硅醇方式接枝共聚到带有羧基或羟基的丙烯酸酯聚合物中，制备有机硅改性丙烯酸酯聚合物，利用有机硅树脂优异的硬度和疏水性来提高漆膜的耐沾污性。如孙中新等人采用硅丙树脂制得的外墙涂料进行实验室漆膜耐沾污性测定，得到结果有机硅改性丙烯酸涂料的耐沾污性较常规丙烯酸涂料有了明显的提高 [7] 。但是BASF公司的Alan Smith制备有机硅改性苯丙乳胶漆，有机硅乳液的加入量为0～17％，在大气环境下存放2～5年，却没有发现有机硅改性的优势 [8] 。Paint Research Association提出，用5％的有机硅防水剂溶液对涂膜进行后处理可使积尘沾污明显降低，然而将l％的同一有机硅防水剂加到涂料配方中则没有明显效果。这也是目前在学术界里关于漆膜的亲水疏水性对耐沾污性影响存在较大争议的地方。但是有机硅的存在，可以抑制漆膜藻类霉菌的生长，这也可以从另一方面提高漆膜的耐沾污性。 　　近年来，随着乳液聚合技术的进步，出现新型核壳型乳液。这种核壳乳液，用梯度滴加控制聚合反应进程制得，内部是由软单体构成，外部由硬单体构成，这种内柔外刚的特殊结构提供涂料优异的性能，包括耐沾污性 [9] 。国内科研单位有成果报导但尚无工业品应市，而Robin公司的Repaqueop-62就属于此类乳液，如在醋丙或苯丙乳液中加入20％～35％，所得漆膜的保光保色性、耐沾污性都会大大提高。 2．2 涂料体系的颜料体积浓度与耐沾污性 　　 涂料的颜料体积浓度(PVC)对漆膜的理化性能有很大的影响。当涂料体系的基料含量较低，PVC高于CPVC(临界颜料体积浓度)时，影响涂层耐沾污性的主要因素是涂料所用基料乳液的玻璃化温度，而对聚合物的改性方法，如采用化学交联型乳液、有机硅改性乳液、乳液的丙烯酸单体不同配比对漆膜的耐沾污性都没有影响；而对于PVC较低，也较低的外墙涂料，采用化学交联型聚合物可以明显改善漆膜的耐沾污性。通常随着涂料体系PVC升高，漆膜的积尘沾污性降低，这一特性持续到PVC=CPVC时为止，这和积尘沾污性是源于涂料的热塑性聚合物成膜物质的粘着性的论点是一致的。当PVC升高时，在涂膜表面的聚合物数量相应减少；而当PVC>CPVC时，、漆膜变成多孔结构，漆膜的耐沾污性明显下降 [10] 。降低漆膜的孔隙率是减少积尘沾污的一个方法。有专利提出用低粘度的超细二氧化硅水浆处理涂层表面可以减少积尘沾污 [11] 。当涂膜表面采用这种水浆处理，二氧化硅颗粒填充了涂膜敞开的孔隙，因而减少了积尘沾污，这种处理方法对砂粒型乳胶漆极为有效，因为这种漆的PVC刚好是在CPVC以上，涂膜显示出典型的多孔隙表面。 2．3 乳胶漆所用助剂与耐沾污性 2．3．1乳化剂与耐沾污性 　　 制造乳胶漆聚合物乳液，使用的都是有机单体，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，他们在水中溶解度极小，必须借带有亲油亲水基团的表面活性剂进行乳化。单体经乳化聚合完毕之后，乳化剂自然滞留在乳液之中，待乳胶漆成膜后，随干燥过程进行，乳化剂在表面张力作用之下部分会迁移到漆膜表面。虽然在漆膜表面的浓度极小，但仍然要对漆膜性能造成严重危害，导致漆膜发软回粘，易粘附尘埃造成污 [12] 。 　　 目前出现一种新型可聚合表面活性剂，这种乳化剂的分子结构中同时存在亲水亲油的乳化基团和可参加游离基聚合反应的功能基团。这样在起到降低体系界面能作用的同时，这种新的乳化体可以在乳液聚合时与共聚单体发生反应，永久地共价键合到乳液胶粒上。这样，乳液的稳定性及漆膜性质都可以大为改善 [13] 。 　　 作者采用一种新型可聚合型乳化剂(SURFMERS-1)制成乳胶涂料，测定相关性能。同时与含有常规乳化剂的乳液所制备的普通乳胶漆进行比较，比较结果见表l。 表1 采用不同乳化剂制备的乳胶涂料漆膜性能比较 漆膜性能 所用乳化剂种类 含有可聚合型乳化剂的乳胶涂料 含有常规乳化剂的普通乳胶漆 表干时间 8～10 10～12 硬度 55～60 25～30 耐水性 好 差 耐溶剂性 中 差 　　我国在1988年制定了GB 9780《建筑涂料涂层耐沾污性测试方法》，但是经过几年的实践，业内对此方法存在较大争议 [14] 。所以作者并没有采用此方法来测定所得漆膜的耐沾污性，而是通过漆膜的硬度、耐水性等指标来说明采用新型可聚合型乳化剂制备的乳胶涂料漆膜的耐沾污性有一定的提高。 2．3．2增稠剂(保护胶)与耐沾污性 　　制备聚醋酸乙烯乳液或醋丙乳液时，有时使用聚乙烯醇(PVA)做为保护胶体。用PVA保护胶制造的乳液或乳胶漆，PVA残留其中，其分子链节中的羟基便构成干膜对水的敏感性，导致漆膜回粘吸附灰尘，从而降低乳胶漆装饰性能。而改用聚丙烯酸钠作保护胶则可以避免这一问题。 　　此外在配漆过程中使用的增稠剂对漆膜的耐沾污性也有影响。如通常使用的增稠剂羧甲基纤维素，虽价低，使用方便，但造成乳胶漆成膜物耐水性、抗沾污性能下降，这已经成为涂料工作者的共识。而改用共聚物型增稠剂则可以解决这一问题。目前，高级外墙涂料、硅溶胶及苯丙外墙涂料都采用了这一工艺，使乳胶漆耐水抗脏问题的解决又向前迈 进了一步 [15] 。 2．3．3耐沾污剂的添加 　　添加耐沾污剂可以提高漆膜的耐沾污性。耐沾污剂是一类具有极低表面能的物质，添加到乳胶漆中能够显著降低涂料的表面张力，赋予漆膜一定的疏水性，使漆膜表面更为致密。添加耐沾污剂的缺点是当用量大时对漆膜的理化性能有不良影响，同时要增加产品成本。 2．4 漆膜的表面粗糙度 　　涂膜表面粗糙度会影响积尘沾污是可以想像到的，粗糙的表面可以积聚更多的灰尘。然而，经验证明，当所有因素(PVC、乳胶基料、颜料等等)都恒定，而仅仅通过改变

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