零VOC 乳胶漆的研制

路国忠    顾 军 王成华( 北京市建筑材料科学研究院, 100041)
吕杰斌 ( 北京纳美科技发展有限公司, 北京100041)

随着社会的进步和人类认识水平的提高, 人们的环保意识日益增强, 无毒、无味、无有机挥发物的健康型涂料越来越受到欢迎, 它将替代含有有机溶剂的涂料。我国于2002 年颁布了环境标志产品认证技术要求水性涂料标准, 对VOC 值作了限定。为了满足日益严格的环保要求和可持续发展的需要, 水性涂料( 即乳胶漆) 正向着对环境更友好的方向发展。低VOC 涂料是指VOC 含量低于30g/ L; 零VOC 是指VOC 含量趋于零的涂料产品。下面介绍如何配制零VOC 涂料。

1  VOC 的来源
在涂料配方中VOC 主要来自于乳液、溶剂、助剂、pH 值调节剂等。 1)乳液: 应选用不需成膜助剂能够成膜的乳液, 且要求乳液的残存单体浓度极低; 2)溶剂: 用于改善成膜性能的成膜助剂,如醇酯- 12, 主要赋予涂料耐冻融稳定性的助剂,如二元醇类。这些是涂料中VOC 的主要来源之一; !3)助剂: 某些矿物油类消泡剂, 改善涂膜流平性能的某些缔合型增稠剂, 及涂料不变质的某些防腐杀菌剂等都含有不同程度的溶剂( 即VOC) ;4) pH 值调节剂: 用于调节涂料体系pH 值的助剂也含有溶剂, 如常用的AMP- 95。

2  原材料的选择和实验
21  乳液
生产零VOC 乳胶漆的关键是合成不需要成膜助剂和溶剂就能低温成膜的乳液。目前此类乳液大体有以下几种。
 1)自交联型丙烯酸乳液: 通过对软、硬丙烯酸酯单体的选择、对比、调整, 以玻璃化温度较低的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等软单体以及少量丙烯酸、甲基丙烯酸等原材料进行乳液聚合, 在聚合过程中加入潜交联剂。这是一种自交联型乳液, 在室温条件下成膜中自交联。
2)乙烯一醋酸乙烯共聚物乳液( 俗称VEA 乳液) : 由于醋酸乙烯酯具有水增塑性, 即水能犹如成膜助剂一样降低醋酸乙烯酯乳液的低成膜温度( 即MFT 值) , 使其在低温下能形成完整的涂膜。
乙烯的Tg 为- 68ºc , 具有独特的内增塑作用, 使其共聚乳液在低温下成膜性好。
3) 在常规乳液中引进功能单体, 如异氰酸酯为交联剂, 通过氧化- 还原引发体系, 可使乳液的MFT大大降低, 降至3ºc 以下, 使其能够在较低温度下无需添加成膜助剂和溶剂也可形成完整的涂膜。

4)核壳乳液: 由于此类乳液具有独特的复相颗粒结构, 在胶乳颗粒中有软相、硬相, 每一颗粒中的软相的低成膜温度( MFT ) 很低, 干燥成膜时, 软相变形填充空隙, 形成连续相, 而硬相赋予涂膜良好的抗粘连性, 所以在不需添加任何成膜助剂和溶剂的情况下, 能够在较低的环境温度下形成具有优秀抗粘连性能的连续漆膜。
对于生产零VOC 乳胶漆, 尽管采用没有成膜助剂和溶剂成膜的乳液, 也是不够的, 还需要这些乳液具有很低的残余单体含量, 因为乳液的单体残留浓度高低也直接影响涂料的挥发性有机物( VOC) 。
对同样的配方, 用以上四种乳液配制成的乳胶漆a、b、c、d 的主要性能比较情况见表2。

由表2 可以看出, 从涂料的常规性能和环保指标考虑, 乳液D 做的乳胶漆d 的综合性能指标好。但由于此类乳液的特殊结构及成膜机理, 要求乳液在配方中的加量要合适。乳液量偏低, 涂料的成膜不充分, 使涂膜的性能不理想, 耐洗刷性下降, 耐水性不好等; 乳液量偏高, 涂膜较软, 耐沾污性差, 光泽高, 透气性差, 作为健康环保型乳胶漆要求其透气性>200g/ m, 光泽( 60º)< 15, 同时增加了VOC 值。通过实验测得乳液用量与涂料性能的关系见图1。

图1  乳液用量与涂料性能关系