硅丙外墙乳胶漆的研究
方允之 竺乐益(上海市涂料研究所〕
方允之 竺乐益(上海市涂料研究所〕
顾国芳 王坚 陈德栓(上海石油化工研究院)
1.前言
建筑外墙涂料具有装饰和保护建筑墙面，美化城市景观的功能，并具有自重轻、施工方便、维修容易、成本低廉等优点。特别是其丰富的色彩在宏观上对美化环境起着重要作用。因此在建筑工程中得到十分广泛的应用。随着国民经济的发展，高层、小高层建筑越来越多，高架、轻轨等市政工程设施对涂料的要求更高，为此人们对于高耐候性、高保色性、耐沾污性好、低污染的高性能建筑涂料引起极大的关注。 我们研究开发的硅丙外墙乳胶漆耐人工老化达1500h,耐沾污性低于10%。它用于建筑物外墙具有优异的性能和良好的装饰性。该涂料的研究开发不仅可提高外墙涂料的档次，而且有利于环境保护，具有广阔的发展前景。
2共聚接枝型硅丙乳液的合成
硅丙乳液的制备大致有两种方法。一种是将有机硅乳液和丙烯酸乳液(或苯丙乳液)混拼，即物理改性法。该方法制造工艺相对简单，原料成本较低，其缺点是容易产生两相分离，贮存期限短，由于体系中不存在活性有机硅基团，因而对提高乳胶漆的耐候性和附着力等性能不明显。另一种方法是将乙烯基有机硅单体在乳液聚合的反应过程中，共聚到丙烯酸酯聚合物主链上。此种结合方式，乳液稳定性更佳，乳液的性能也更优异。当乳液干燥成膜时，硅氧烷水解，缩聚可在聚合物分子之间，或聚合物和基材之间形成交联牢固的
结合, 使涂膜具有优异的耐候性、耐沾污性、耐水性和附着力。我们采用(甲基)丙烯酸及其酯类单体，有机硅类单体，在三元复合乳化剂中以过硫酸钾为引发剂，进行半连续乳液聚合，制得贮存稳定性好、有机硅含量为8%的硅丙乳液。
结合, 使涂膜具有优异的耐候性、耐沾污性、耐水性和附着力。我们采用(甲基)丙烯酸及其酯类单体，有机硅类单体，在三元复合乳化剂中以过硫酸钾为引发剂，进行半连续乳液聚合，制得贮存稳定性好、有机硅含量为8%的硅丙乳液。
3硅丙外堵乳胶漆的研究
3.1乳液的影响
乳液是乳胶漆中的主要成膜物质，是影响乳胶漆性能好坏的重要因素. 我们采用了不同品种、相同配方和配漆工艺，配制成硅丙、纯丙、苯丙乳胶漆后，进行了性能比较。
表1显示乳胶清漆膜中，硅丙乳液的耐水性好，纯丙、苯丙都很差。从漆膜耐沾污性来看，硅丙乳胶漆好仅为6.1%，纯丙乳胶漆次之，苯丙差，达17.1%。从天然爆晒样板来看，不论是白色或浅兰色，都是硅丙好，ΔE<1。苯丙差，△E2.19.。
硅丙乳液中，有机硅的si一O共价键键能为450KJ/mol，远大于普通乳液中C一C键键能(345KJ/mol)和C一0键键能(351KJ/mol)。从而赋予硅丙乳胶漆耐热性和优异的耐候性，而且它具有极低的表面张力，使漆膜大大提高憎水性，水滴在其表面呈露珠滚动而不渗人，涂层不易积灰，耐沾污性好。而纯丙乳胶漆由于其主链结构稳定，不易氧化和水解，在受紫外光照射下不易裂解和黄变，因而耐候性也较好，但要比硅丙乳胶漆差。苯丙乳胶漆中，由于苯乙烯结合在芳环中的叔碳原子对氧化敏感，一旦氧化就与主链切断，生成了发色基团，容易使涂膜变色，因而耐候性、保色性差。
3.2颜料和填料
白色颜料
乳胶漆通常以浅色漆为主, 主要加人白色颜料。白色颜料品种对乳胶漆的耐候性会产生很大的影响。金红石型钦白粉可以吸收大量的紫外线, 减少紫外线对基料的破坏作用, 而且也极大地减弱了紫外线对彩色颜料的辐射密度, 即可降低乳胶漆的粉化速度和褪色速度, 提高了耐候性, 适宜用于外墙乳胶漆。锐钦型钦白粉吸收紫外线能力差, 使漆膜的耐候性差& 立德粉经曝晒后漆膜易变色、粉化,
都不宜用于外墙乳胶漆。
填料
为了降低乳胶漆的成本, 提高乳胶漆的遮盖力,改善乳胶漆的流动性、开罐性。在配方中加人滑石粉、白炭黑和媛烧高岭土等填充料。
着色颜料
为了提高乳胶漆的耐候性, 必须选用具保色性好的颜料, 使外墙乳胶漆暴露于阳光风雨下, 涂膜不变色、不褪色。无机颜料中氧化铁系颜料色谱齐全,有各种色相, 耐候性好, 是外墙乳胶漆中应用多的颜料。炭黑结构稳定, 是一种很好的紫外线吸收剂,也具有优异的耐候性。有机颜料中酞著颜料由于存在金属铜与氢原子的配位键而形成的铜钦普络合物, 有很好的耐光和耐候性。我们选择了上述各种颜料的水性色浆, 配成浅色漆进行天然曝晒试验。
上述结果显示，样板经天然曝晒2个月后，浅黑色变色小，△E仅为0.26。铁黄、铁红、黄2093、兰B配制的浅色漆△E均小于1.5，被评为0级。黄2RLT、红2030、绿G变色为1级。紫色变化大，△E达3.49，应评为2级。
3.3颜料体积浓度对涂料性能的影晌
乳胶漆的涂膜，主要是以聚合物乳液和颜填料为主要成膜物质，所以乳胶漆的性能不仅取决于乳液和颜填料的种类，而且和基料、颜料之间比率有关。在乳胶漆的配方设计中一般是通过测试不同的颜料体积浓度(PVC).从乳胶漆的综合性能来确定涂料的配方。
涂料的许多性能，如光泽、耐沾污性、耐人工老化等性能都与PVC有着非常密切的关系。随着PVC的变化而逐步发生变化。当PVC超过某一值时，这些性能发生突变时所对应的PVC称为临界体积浓度(CPVC)。在PVC低于CPVC时，涂膜中的基料能够充分湿润颜料粒子并填满颜料粒子间的间隙而有余;在CPVC时，涂膜中恰好湿润并填满;而当PVC高于CPVC时，基料无法充分湿润和填满而出现空隙，从而使涂膜质量变差。可见，高性能乳胶漆的PVC一定要低于CPVC.
上述结果表示：
（1） 表3显示, 随着PVC的增加, 涂膜中颜料增加，涂膜光泽明显降低。
(2)PVC为20%时，耐沾污性差，随着PVC的增加，耐沾污性降低，随后又升高，在PVC为40-50%时，耐沾污性佳。
(3)随着PVC增加，人工老化色差△E也随着增加。
(4)天然曝晒是乳胶漆样板暴露于室外.经受日晒雨淋的考验。表3显示PVC为20%时，虽然它的耐人工老化好，但由于漆膜表面上乳液太多，导致耐沾污性差，△E大。在PVC为40一50%，时，综合性能佳。
4硅丙外墙乳胶漆的品质
4硅丙外墙乳胶漆的品质
本产品经上海市化工产品质量监督检测中心测试，涂料性能优异，耐洗刷性10000次，耐沾污性为2%，人工老化达1500h，大大超过国家标准。详细数据见下表。
5 结语
展望我国涂料工业的未来, 中、高档外墙涂料有着广阔的发展前景。本研究进行了硅丙乳液的合成, 通过不同的PVC 和着色颜料的选择, 配制了耐沾污性、耐候性优异的硅丙外墙乳胶漆, 其性能远远优于苯丙乳胶漆和纯丙乳胶漆, 是新一代高性能环保型绿色外墙装饰材料。
