超耐候乳胶漆的研究
尹美娟 冯海涛 陈伟乐 黄康远 钟锡华 陈细容
( 广东轻工职业技术学院轻化系，广东广州510300)
随着建筑业的迅猛发展和美化城市环境的要求不断提高，过去的瓷砖已经满足不了社会的要求，而水性外墙乳胶漆以其环保、色彩丰富、施工便捷等优点使其用量与日俱增，成为涂料工业的一个重要分支。但水性外墙乳胶漆由于其耐候性、保光保色性、耐污性等特点不如溶剂型涂料而制约其发展。随着现代城市建筑对高耐候外墙乳胶漆的要求逐渐增强，高耐候外墙涂料的研制和开发刻不容缓。近年来不少研究者在提高其高耐候、高耐污能力等方面进行了广泛的研究和探索。本课题是利用有机硅中的Si — O 键极性大，表面能低，耐候性好等特点来对外墙乳胶漆进行改进，从而达到高耐候的目的。
1 实验部分
1. 1 制备方法
超耐候乳胶漆的制备方法: 先将水放入搅拌机中，在低速( 约500 r /min) 下加入纤维素，充分溶解后加入AMP -95、分散剂、消泡剂，混合均匀后，将钛白粉和CaCO3慢慢地加入叶轮搅起的漩涡中，加入填料和顔料后提高叶轮转速( 约2 000 r /min) 分散30 min，细度合格后，降低转速( 约500 r /min) ，加入防霉剂、杀菌剂、乙二醇、乳液，混合均匀后加入成膜助剂。调节pH，加入消泡剂消泡后出料。超耐候乳胶漆制备主要原料如表1。
1. 2 性能测试方法和设备
在我国，乳胶漆质量评价按GB /T 9755 -2001 《合成树脂乳液外墙涂料》标准执行的。本文对制备的超耐候乳胶漆的测试方法和数据分析按该国标来执行。乳胶漆的擦洗性测试使用上海现代环境JTX 型耐洗刷仪，耐人工气候老化测试使用LHS -X-Ⅱ65 氙弧灯人工气候老化试验箱。
2 结果与讨论
2. 1 不同乳液类型对乳胶漆的性能影响
对于由不同乳液制备的乳胶漆进行耐水性、耐碱性、耐擦洗性和耐候性测试，数据如表2 所示。
从表2 中可见，在耐水性、耐碱性及耐候性方面，有机硅丙烯酸酯乳液优于苯乙烯丙烯酸酯乳液，苯乙烯丙烯酸酯乳液优于醋酸丙烯酸酯乳液。有机硅丙烯酸酯乳液的耐候性好是由于有机硅丙烯酸酯乳液具有Si — O 键，其键能( 450 kJ /mol) 远大于C — O 键能( 45 kJ /mol) 和C — C键能( 350 kJ /mol) ，而290 nm 的紫外线能量为418 kJ /mol，太阳光中的紫外线能够降解C — C键，但难以降解Si — O，所以有机硅丙烯酸乳液具有优良的耐热性、耐候性、保光性和抗紫外性。而且有机硅树脂分子对称性高，Si — O 间键dΠpΠ相互补偿，极性相互抵消，整个分子呈非极性，从而使其具有很低的表面张力，使涂膜具有很好的拒水性能，另外，Si — O 主链呈螺旋状其基团在界面能定向排列，与基层还可以相连，形成化学键，大大改善涂膜与基层的界面相连，从而提升涂膜的附着力。因此，从理论及测试结果中可知，选用有机硅丙烯酸酯乳液制造的乳胶漆耐候性好。
2. 2 有机硅丙烯酸酯乳液颜料体积分数对其性能的影响
在相同配方基础上，调整配方的乳液含量，并进行测试，数据见表3，从表中得出颜料体积分数( PVC) 等于0. 49%时的性能好。随着PVC 的增大，漆膜的性能逐渐变好，当( PVC) 等于0. 47%时漆膜性能开始下降。在涂料中，基料刚好覆盖颜料粒子表面，并充满颜料粒子堆积空间时的颜料体积分数称为临界颜料体积分数( CPVC) ; 当PVC 低于CPVC 时，颜料粒子就会分散在基料聚合物连续相中，形成“浮岛”结构，如PVC 等于0. 47%时; 如果PVC 超出CPVC 时，基料聚合物就不能将颜料粒子间的空隙完全充满，颜料粒子松散堆积，其间出现空隙，涂膜的耐水性、耐候性和耐沾污性随着PVC 的升高而急剧下降。因此制造出耐候性好的乳胶要使到PVC等于0. 49%。
2. 3 粉体类型对乳胶漆性能的影响
根据表2 和表3 的测试数据，选择好的乳液类型有机硅丙烯酸酯乳液和有机硅丙烯酸酯乳液PVC = 0. 49%进行不同粉体类型对乳胶漆性能的影响，数据如表4。从表4 的数据得出，金红石型的钛白粉制得的乳胶漆的性能好，其次是金红石型和锐钛型的配比，锐钛型的差。产生上述结果的原因是: 锐钛型和金红石型虽同属四方晶体型，但晶体结构的紧密程度不同，金红石的晶体结构堆积紧密，晶体空隙小，是稳定的晶体形态，其硬度密度折射率比锐钛型高，且耐候性和抗粉化性比锐钛型好。另外，锐钛型钛白粉有很高的光活性，因此在户外涂料容易导致涂膜的快速降解。所以锐钛型钛白粉不适合外墙涂料使用。作为超耐候乳胶漆对粉体的选择应选金红石型。
3 结论
通过对不同的超耐候乳胶漆进行测试得出:
( 1) 利用有机硅丙烯酸酯乳液制出的乳胶漆具有很好的耐候性、保色性和耐水、耐碱性能。
( 2) 制造超耐候乳胶漆时要选定其PVC 值，在试验中得出佳的PVC 值为0. 49%。
( 3) 粉体的种类对乳胶漆的耐候性能影响很大，在选定粉体时应选定耐候性好的金红石型钛白粉，少用锐钛型钛白粉和滑石粉。
