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功能隔热型弹性质感涂料的制备及其性能研究,通过弹性聚合物微球和进口空心玻璃微珠对弹性质感涂料进行改性增强
2020年02月05日    阅读量:2857     新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

0 前言

砂岩质感涂料是近年来于国内外十分流行的建筑墙体装饰和防护涂层,当前在我国也得以迅猛发展和全面推广应用。总结分析流行的因素,是基于砂岩质感涂料具有厚重、自然质朴的装饰性外效。


同时具有优异的基黏力、耐久性和抗老化能力,其抗裂实效性远优于常规的外墙乳胶漆,涂膜自身优异的防水透气性、实效抗裂性可以更好地适用于水泥基材以及配套于外墙外保温系统的涂层饰面中国化工网okmart.com。但当前也存在涂膜孔隙大、易吸附灰尘、积尘沾污、耗料大、致密性不足的劣势。


针对该情况,采用自交联型亲水化弹性胶乳、弹性聚合物微球、空心玻璃微珠对砂岩质感涂料进行改性和增强,可获得相对轻质型的致密性功能弹性涂膜,具有更强防水、耐久防护、抗污低积尘、低耗料(高涂布率)的特性优势,同时也赋予了砂岩质感涂层一种创新性的功能特性——保温隔热增强性,使之更加全面并更具优势,更适用于建筑墙体及外墙外保温系统的涂层饰面。


1 试验部分

1.1 原材料和试验仪器

1.1.1 原材料

SC138自交联弹性聚合物乳液,巴斯夫;改性增强剂(弹性聚合物微球),进口;R258金红石型二氧化钛,攀枝花;隔热增强剂(硅藻土、纳米远红外添加剂),上海;空心玻璃微珠,波特;石英砂,河北。功能助剂:触变流变剂水合硅酸铝,上海;NXZ消泡剂,诺普科;CF-10润湿剂,陶氏;成膜助剂Texanol,伊士曼;乙二醇,工业品;ASE60增稠剂、2020流变助剂,陶氏。

1.1.2 试验仪器

NHJ捏合机、GFJ-A高速盘式分散,江苏宜兴;精度0.01gFA系电子天平,上海;NDJ旋转粘度仪,天津;PHS25酸度计,上海;DHG鼓风式干燥烘箱,上海;LUV紫外加速老化试验箱,上海;TCJ弹性冲击器,上海;WDS电子万能拉伸试验机,济南。

1.2 产品基础配方

功能隔热型弹性质感涂料的基础配方参见表1。

功能隔热型弹性质感涂料基础配方

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1.3 生产工艺

(1)增强改性剂的偶联处理,可采用干混偶联处理或湿法偶联处理。经确认,湿法偶联处理效果最佳。

(2)于分散缸内将水、聚合物乳液、颜料、改性增强剂(经偶联处理后)、隔热增强添加剂、功能助剂(分散润湿剂、消泡剂、杀菌剂、改性剂等)进行分散共混,制得母料。

(3)于捏合混合机内向母料中加入自配的石英砂、功能填料,慢速均匀混合,混合均匀后进行检测、评价,合格后包装即获得成品。

1.4 性能测试

1.4.1 常规性能测试

依据JG/T 24-2000《合成树脂乳液砂壁状质感涂料》对该涂料进行制板和性能检测。

1.4.2 功能性项目测试

1.4.2.1 防水性能(透水性)

1.4.2.1.1 测试板制备

以标准水泥石棉板为基板,标准打磨处理后进行封底涂装一道,封底材料为符合JG/T 210-2007《建筑内外墙底漆》中外墙Ⅰ型的底漆,待底漆干燥48 h后分别进行试样涂装。采取的试样为上述制备的功能隔热型弹性质感涂料和弹性外墙乳胶漆(性能指标符合JG/T 172-2005《弹性建筑涂料》的外用标准要求)。于此分别标记为试样A和试样B,试样A采用1道批刮方式,干膜厚度平均1 mm;试样B为2道滚涂涂装,干膜厚度为平均75 μm;也留有空白试样为试样C,即封底后未涂装面漆的试样。

1.4.2.1.2 试样透水性测试

(1)透水性试验装置

透水性试验装置如图1所示。

透水性试验装置

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(2)透水性试验方法

将经干燥养护后的试板置于水平状态,将上述透水性试验装置放在试板的中部,用不吸水的硅胶密封试板和透水性试验装置的缝隙,确保水不会从缝隙渗出,待硅胶干燥良好后,将符合GB/T 6682中规定的三级试验用水缓慢注入玻璃管内,直至试管的0 mL刻度,确认容器中无气泡后再次调整试管的0mL刻度,将玻璃管顶端用锡箔纸遮盖包住,在标准试验环境下分别静置24 h和48 h后,观察和记录液面下降的毫升数。


1.4.2.2 水蒸气湿流密度(配套于薄抹灰外墙外保温系统)测试

依据标准JG/T 149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中的要求,分别将试样A(功能隔热型弹性质感涂料)和试样B(符合JG/T 172-2005《弹性建筑涂料》外用标准要求的弹性外墙涂料)配套应用于外墙保温系统的饰面涂层,并依据标准要求进行水蒸气湿流密度的检验和测试。


1.4.2.3 抗裂实效性测试

建筑水泥基墙体有在其自身固有的温变应力下冻胀开裂的可能和风险,作为建筑墙体的饰面涂层,涂层的实效抗裂性是一种具有实际意义的应用要求。从定义而言,涂层实效抗裂性可以说是涂层在实际应用的防护寿命中,于基层动态应力下的抑制裂纹的能力和特性,不能简单地归结为涂层弹性和耐温变性,是涂层自身强韧能力、低温脆性、耐温变性、膜厚、吸水率、抗水溶胀性、抗老化性、透气能力等相关因素的综合影响结果。


但从实际应用经验得知,厚膜弹性、低温柔性、防水透气性好的涂膜通常具有更强的抗裂实效性。因此对该功能隔热型弹性质感涂料进行柔性、强韧性的对比性测试,以进一步表征涂膜的抗裂实效能力。




1.4.2.3.1 不同环境下的涂膜柔韧性

将该功能隔热型弹性质感涂料、常规质感涂料(符合JG/T 24-2000标准要求未经增强改性的)分别进行批刮制成膜,平均膜厚为1 mm。待干燥14 d后分别进行常温(25 ℃)、低温(-10 ℃)、耐碱(96 h)后的涂膜柔韧性(10 mm绕棒)对比测试。

1.4.2.3.2 动态抗开裂性

等效采用JG/T 157-2004《建筑外墙腻子》标准中动态抗开裂性的试板以及测试仪、测试方法,分别对功能隔热型弹性质感涂料(试样A)、常规质感涂料(符合JG/T 24-2000标准要求未经增强改性的试样B)、弹性外墙涂料(符合JG/T 172-2005标准要求的试样C)分别进行制板,按照实际应用膜厚制板,试样A和试样B均为干膜1 mm,试样C为干膜100 μm。并于标准状态下养护14 d后测试动态抗开裂性。

1.4.2.4 保温隔热性能测试

1.4.2.4.1 隔热性能检测

依据JG/T 235-2008《建筑热反射隔热涂料》(WQ型)对该涂层的太阳反射比和半球发射率进行检验。

1.4.2.4.2 保温隔热性对比测试

将该功能隔热型弹性质感涂料(试样A)、常规质感涂料(符合JG/T 24-2000标准要求未经增强改性的试样B)、弹性外墙涂料(符合JG/T 172-2005标准要求的试样C)分别涂装于相同材质及型号的铁桶上,按照实际应用膜厚制板,试样A和试样B均为干膜1mm,试样C为干膜100 μm。


试样干燥养护14 d后,将铁桶内盛容量2/3体积的冷水,于常温25 ℃下放置2 h后,置于起始90 ℃的热水浴槽内,每间隔3 min记录1次铁桶内的水温数值,至浴槽内水温也最终平衡于常温,对比测试装置见图2。

图2 保温隔热性能对比试验的图示

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2 结果与讨论

2.1 产品的配方设计

2.1.1 成膜基料的选择

外用砂岩质感涂料的成膜基料通常选用耐候性优良的纯丙聚合物乳液,其中弹性纯丙聚合物乳液可以赋予涂层更优秀的强韧能力和弹性,具有更强的抗裂实效,并且能提高涂膜的整体防水性,同时弹性乳液涂膜也存在于夏季高温使用易回黏和沾污的不足,但可以通过合理玻璃化温度选择和后期交联进行改善。该涂料选择具有交联特性的弹性聚合物乳液为成膜基料,其玻璃化温度为-10~0 ℃,具有后期自交联特性。从而实现涂膜弹性、防水、耐久、抗回黏、低积尘可自洁、高抗蚀的全面一体化功效。


2.1.2 改性增强剂的选择

弹性聚合物微球是一种微米级的特殊性功能聚合物,为有机-无机的壳核型空心结构,具有超低比重、耐久稳定、外软内硬、易分散的突出特性,广泛应用于涂层、陶瓷、石材、玻璃钢等材料的韧性增强,并有效降低材料的干体比重获得更高的性价比。将该微球经偶联处理后用于该涂料体系的研制,作为改性增强剂可与成膜基料形成显著协同效应,赋予涂膜强韧、致密、轻质、隔热的特殊功效。

2.1.3 功能填料及添加剂的选择

2.1.3.1 空心玻璃微球

选择进口的空心玻璃微珠作为反射隔热的功能性填料,以增进和保证整体涂层的保温隔热及反射功效。空心玻璃微珠具有低密度、导热系数低、良好光热反射性、强度好、耐久稳定的优良特性,可赋予涂膜良好的保温隔热和防水功效,也是目前反射隔热涂料的关键性材料。经试验确认,砂岩质感涂料中选用的空心玻璃微珠与常规隔热保温涂料还有所不同,应具有粒径级别大(平均80目,可提供质感型外效)、合适壁厚和强度、空心结构均匀完整、热屏障性优异、使用中不易破损的基本特性和要求,目前多以进口的空心玻璃微珠为更适用和可满足,如美国3M、波特公司的空心玻璃微珠产品。

2.1.3.2 隔热增强添加剂

单纯的空心玻璃微珠因为轻质性,其在有效添加量范围内通常很难获得可满足性的涂膜保温隔热功效,为获得可满足性的节能隔热型涂膜,该体系中特别选用硅藻土和纳米远红外添加剂作为隔热功能的增强添加剂。其中硅藻土具有特殊多孔性结构,于体系中可良好增容和增大孔隙体积,从而增强涂膜的隔热作用;纳米远红外添加剂为远红外陶瓷粉的纳米级分散液,其红外辐射率可高达88%,可有效赋予涂膜一定的红外辐射能力。实效协同和增强空心玻璃微珠的阻隔性作用,使涂膜获得实效的隔热功效和性能。

2.1.4 石英砂的选择

石英砂作为砂岩质感涂料体系的主要填料,能够赋予质感涂层粗犷颗粒状的砂岩外观,而且于质感涂料体系中也能起到显著的增强(提升强度)作用。通常选用纯净高白的圆粒石英砂为最佳,采用60目、80目、100目进行级配,根据质感纹理外观进行设定。

2.1.5 助剂的选择

助剂用量是涂料不可或缺的组成部分,于该砂岩体系中同样需要正常使用下的成膜助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、保水剂、流变剂、杀菌防腐剂、pH值调节剂等,为降低涂层被水蚀后的溶胀性,于此体系中还引入有机硅助剂,进一步降低涂膜的整体吸水率,以利于更强耐久。

2.1.6 流变增强剂的选择

砂岩质感涂料作为厚浆型的批刮或喷砂型体系,必须具有良好的基材适用性和批刮性要求,该体系中采用具有触变结构的流变增强剂对体系进行流变改性和增强,使其具有良好的可批刮性和基黏性,可以高保水以适应批刮,而且对体系状态的均匀性和稳定性进一步提升。

2.2 测试结果及性能分析

2.2.1 常规性能测试结果(见表2)

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由表2中的数据表明,该涂料的性能完全符合JG/T 24-2000《合成树脂乳液砂壁状质感涂料》(W外用型)的标准要求。从检测的具体结果和数据也可看出,该涂料于施工性、耐沾污性、粘结强度、耐人工老化性项目上均明显优于标准要求的技术指标。也充分表明,该涂料体系具有良好的标准满足性和适用性。

2.2.2 功能性项目测试

2.2.2.1 试样透水性测试结果

按照上述1.4.2.1.2中(2)的方法分别同时对试样A、试样B、试样C进行透水性试验测试,测试结果见表3。

试样透水性的对比测试结果

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从表3的测试结果可以看出,24 h和48 h后透水率为0.40和0.62,相比试样C而言,试样A和试样B的透水性数值均有显著降低,也说明试样A、试样B均具有一定的抗透水性即防水性能,而且从数据也体现出试样A的防水性能最优。


分析其涂膜机理,主要是两点:一是功能隔热型质感涂料自身包裹机理上能够具有良好的防水性能,二是功能隔热型质感涂料自身作为厚质型砂岩涂膜体系,其弹性厚膜也有效地保证了防水性能。砂岩型质感涂料于实际应用中实际膜厚在0.8~1.5 mm,所以上述两点机理对防水的贡献,于实际应用中都有着实效意义。


2.2.2.2 水蒸气湿流密度测试结果(见表4)

水蒸气湿流密度的对比测试结果

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由表4的数据结果可看出,功能隔热型弹性质感涂料配套应用于外墙外保温系统的饰面涂层,其透气性是可以良好满足标准要求的,而且优于常规弹性外墙涂料。分析其机理,是因为功能隔热型弹性质感涂层为内部微孔体系,微观孔隙来源于成膜物质与砂岩骨料、空心微球之间包裹粘结后的自然余留所形成,其微孔细微有序且排布均匀,具有防水又透气的“呼吸”效应,对于多孔的建筑水泥基材,涂层防水透气的可“呼吸”性,就防护实效而言,是至关重要的。由此也可知,功能隔热型弹性质感涂料能够更好地适用和配套于外墙外保温系统的涂层饰面。

2.2.2.3 抗裂实效性测试结果

2.2.2.3.1 不同环境下的涂膜柔韧性测试结果(如图3)

从图3可看出,功能隔热型弹性质感涂料无论在常温(25 ℃)还是低温(-10 ℃)以及耐碱浸泡后均具有良好的柔韧性和柔韧保持能力,而且明显优于常规未经改性的质感涂料,尤其是于低温下和耐碱后,功能隔热型弹性质感涂料柔韧性明显。从而也证实该涂料体系自身具有良好的耐碱稳定性和低温柔韧性。

不同环境下的涂膜柔韧性表征图示

2.2.2.3.2 动态抗开裂性测试结果(见表5)

动态抗开裂性的对比测试结果

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注:该表数据为涂膜裂纹初始(断裂开始)时的基板裂纹宽度。

从表5可知,功能隔热型弹性质感涂料具有优异的动态抗开裂性,在标准1 mm膜厚的实际涂装中可抵制不小于1 mm的基层裂纹。分析其机理,是该涂料自身经改性后弹性强、自身厚膜、砂岩体系可增强的综合性的结果。


从试样B和试样C所测得的数据也表明:于动态抗开裂性上砂岩厚膜体系明显强于弹性外墙涂料的薄质涂膜体系,机理是石英砂及骨料于涂膜中可起到显著增强作用,可以有效吸收应力从而缓解和降低应力裂纹的扩展和传导,弹性外墙涂料虽然具有优异的弹性,但因其涂膜薄(0.1 mm),致使实效抑制裂纹的作用并不显著,从表5中动态抗开裂性的数据也可表征出来。


2.2.2.4 保温隔热性能测试结果

2.2.2.4.1 隔热性能测试结果(见表6)

隔热性能检测结果

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从试样送检的结果看出,该功能隔热型弹性质感涂料的太阳反射比和半球发射率均能够达到标准要求。


2.2.2.4.2 保温隔热性对比测试结果

按照1.4.2.4.2中所示测试步骤对试样进行检测,将记录的温度数值绘出温度上升和衰减的梯度曲线,见图4。从图4的温度梯度曲线图可以看出,与B、C两曲线相比,曲线A具有明显的上升和衰减同时缓慢的特点,表明在同等水浴温度的情况下,试样A外壁涂层具有显著的隔热功效。而且曲线A的峰值也明显滞后于曲线B和C的峰值,这也是保温隔热特性的一种鲜明体现。

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图4 试样温度梯度曲线图

从上述的测试结果可以表明,功能隔热型弹性质感涂料涂膜具有热反射和保温隔热的作用,应用于建筑基材尤其是外墙外保温系统的配套饰面涂层,具有增进保温隔热、保护基层基面、降低保温层收缩、减缓温变应力变形的实效意义,而且也符合节能、环保的时代主题和发展趋势。


3 结语

功能隔热型弹性质感涂料具备热反射、隔热保温、防水透气、低温柔韧性、实效抗裂、耐久抗老化、绿色环保的全面特性和优势。相比常规砂岩质感涂料而言,具有更强防水透气性、柔韧性、实效抗裂性和抗沾污性,可以更好地满足建筑墙体的涂层饰面装饰和防护,尤其是作为外墙外保温系统的配套涂层饰面,具有增进保温功效、保护保温层界面、降低温变开裂变形风险、防护耐久性更强的显著优势,并符合当前时代下的节能主题和发展趋势。


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