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高耐候水性氟碳铝粉涂料的研制研究



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    表10水性氟碳铝粉涂料性能检测结果

表10水性氟碳铝粉涂料性能检测结果

赵兴顺,赵洪良,李缙成,刘洪珠,高达

(大连振邦氟涂料股份有限公司,辽宁大连116036)

摘要:通过选择优质水性铝浆、高效分散剂、高耐候水性氟树脂和适宜抗老化助剂,研制出耐人工老化高达5000h以上的水性氟碳铝粉涂料。

关键词:高耐候;水性;氟涂料;铝粉涂料;金属涂料

0前言

溶剂型仿铝塑板氟碳金属涂料,具有耐腐蚀、耐盐雾、耐酸雨、耐各种复杂环境、使用期限长、逼真的扣板效果以及造价低、施工简便等优点,越来越多地被建筑外墙高档装饰工程所采用。但在实际应用过程中,溶剂型仿铝塑板氟碳金属涂料存在涂膜透气性差、溶剂易渗透到基材损坏保温板、需要清漆罩面等缺点,涂层易起皮、剥落。水性氟碳铝粉涂料安全、环保、透气性佳,同时具有良好的耐候性、耐沾污性和耐化学品性以及造价更低、施工更方便等特点,成为高档外墙涂料重要品种,逐步得到市场的认可。目前水性氟碳铝粉涂料的耐人工加速老化一般在3000h左右,无法满足市场对更高性能涂料的要求。本研究主要从优质水性铝浆的选择、高效分散剂的选择、高耐候水性氟树脂的选择和适宜抗老化助剂的选择等4个方面,提高水性氟碳铝粉涂料的耐老化性能,研制高耐候的水性氟碳铝粉涂料。

1试验部分

1.1主要原材料

水性氟树脂:自制;水性铝浆:爱卡、新博来、东洋、舒伦克、崇明、族兴、金阳洋等;其他助剂均为市售。

1.2涂料配方及制造

水性氟碳铝粉涂料的配方见表1。

制备工艺如下:

(1)先将水、润湿分散剂、助溶剂、消泡剂、抗氧化剂、防腐剂预混合,加入水性铝浆,中速搅拌15~20min,分散均匀,制成铝浆水溶液。

(2)在乳液中加入成膜助剂,搅拌均匀,然后缓慢加入上述铝浆溶液。搅拌均匀后加入定向排列剂、增稠流平剂、中和剂调至合适黏度。

1.3性能检测

按照GB/T97552001各项指标规定的方法进行检测。

表1 水性氟碳铝粉涂料参考配方

表1 水性氟碳铝粉涂料参考配方

2结果与讨论

2.1水性铝浆的选择

要制造高耐候的水性氟碳铝粉涂料,必须选择稳定性好的水性铝浆。目前市场上的水性铝浆都是经过包膜处理,主要有无机包膜、有机包膜、有机/无机包膜3种。通过试验发现采用无机包膜的铝浆贮存稳定性、耐人工老化性均好于有机包膜铝浆,见表2。国外水性铝浆的性能总体上要略好于国内产品,部分国内水性铝浆产品的耐人工老化性能与国外产品已十分接近(见表3)。但是有的国内产品生产工艺还不稳定(见表4),因此对于国内水性铝浆生产厂家来讲,保证工艺稳定和各批次产品的质量稳定非常重要。

    表2不同包膜处理铝粉的性能对比

表2不同包膜处理铝粉的性能对比

注:铝粉用量5%(质量分数),树脂氟含量12%(质量分数)、用量55%(质量分数),刮涂制板。

    表3国内外部分厂家铝粉性能对比

表3国内外部分厂家铝粉性能对比

注:铝粉用量5%(质量分数),树脂氟含量12%(质量分数)、用量55%(质量分数),刮涂制板。

    表4国内1号厂家不同生产时间的铝粉性能对比

表4国内1号厂家不同生产时间的铝粉性能对比

注:铝粉用量8%,2006年、2007年树脂氟含量12%,2008年、2009年树脂氟含量18%,刮涂制板,均为质量分数。

在选择水性铝浆时,粒径也是需要重点考虑的因素。粒径大,易施工,金属效果好,但遮盖力差;粒径小,遮盖力好,但施工难,金属质感差。对于建筑外墙装饰工程来讲,综合考虑,一般选择粒径为30μm左右的水性铝浆。但需要注意的是即使同一厂家同一工艺生产的水性铝浆,由于粒径不同,铝粉性能也可能有明显差异,有的厂家大粒径铝粉的性能好,有的厂家却是小粒径铝粉的性能好于大粒径的,见表5。

    表5不同粒径铝粉的耐人工老化性能对比

表5不同粒径铝粉的耐人工老化性能对比

注:铝粉用量5%(质量分数),树脂氟含量18%(质量分数)。

2.2润湿分散剂的选择

由表6可见,分散剂对涂层耐人工老化性有着比较大的影响。适宜的分散剂可以有效分散铝粉,使铝粉被基料包裹,从而具有良好的耐人工老化性。而如果分散剂选择不当,铝粉不能被很好地分散,存在团聚的铝粉,树脂不能完全包裹,涂膜缺陷多,铝粉得不到有效的保护,从而降低涂层耐人工老化性。

    表6润湿分散剂种类对涂料耐人工老化性的影响

表6润湿分散剂种类对涂料耐人工老化性的影响

注:铝粉为国外1,用量5%,树脂氟含量12%、用量55%,刮涂制板,润湿分散剂用量为5‰,均为质量分数。

2.3水性氟树脂的选择

2.3.1不同氟含量树脂对涂料耐人工老化性的影响

氟是电负性最大的元素,氟的原子半径(0.135nm)仅比氢原子半径(0.120nm)稍大,而比同一主族元素氯原子半径(0.180nm)和溴原子半径(0.195nm)小得多,而氟原子与碳原子形成的F—C键的键能(447kJ/mol)却比Cl—C键的键能(339kJ/mol)和Br—C键的键能(280kJ/mol)要强得多。在含氟聚合物高分子中,由于F—C键的键能比H—C键的键能(422kJ/mol)强,而且氟原子的电子云对C—C键的屏蔽作用较氢原子强,因而氟原子可以保护C—C键免受紫外线和化学品的危害,使得含氟聚合物具有优异的耐候性和耐化学品性。对于同一类型的氟树脂,氟的含量对涂料的耐候性有着直接的影响[1-2]。水性氟碳铝粉涂料的PVC低,氟树脂的性能对涂料性能的影响更加明显。从表7中可以看到,随着树脂氟含量的增加,铝粉涂料的耐人工老化显著提高,当氟含量达到18%时,水性铝粉涂料的耐人工老化接近5000h。

    表7不同氟含量树脂对涂料耐人工老化性的影响

表7不同氟含量树脂对涂料耐人工老化性的影响

注:铝粉用国外1,配方树脂含量55%(质量分数),刮涂制板。

2.3.2树脂用量及涂装方式对耐人工老化性的影响

树脂的用量对耐人工老化性也有重要的影响。当配方中树脂用量过少,树脂不能完全包裹住铝粉,使部分铝粉裸露,导致涂料的耐老化性降低。由表8可见,随着树脂用量的增加,涂料的耐人工老化性显著提高,当达到55%时,耐人工老化达到4910h,此后增加缓慢。此外,刮涂涂膜的耐人工老化性要好于喷涂涂膜,这主要是由于喷涂时雾化,损失部分基料,同时喷涂涂膜不如刮涂涂膜致密,缺陷多所致。

    表8树脂用量及涂装方式对耐人工老化性的影响

表8树脂用量及涂装方式对耐人工老化性的影响

注:铝粉为国外1,用量5%(质量分数),树脂氟含量18%(质量分数)。

2.4抗老化助剂的选择

添加紫外吸收剂、光稳定剂是提高涂料耐老化性的主要手段之一。本研究选用市场上常用的A、B、C3种抗老化助剂,通过试验发现C对提高铝粉涂料耐人工老化性的效果显著,当用量为3.5%时,铝粉涂料的耐人工老化提高了37%之多,达到6755h,而稳定剂选用不当,不能提高甚至会降低铝粉涂料的耐人工老化性,见表9。

    表9抗老化助剂种类及用量对涂料耐人工老化性的影响

表9抗老化助剂种类及用量对涂料耐人工老化性的影响

注:铝粉用国外1,配方树脂含量55%,树脂氟含量18%,用量为占固体树脂百分比,采用刮涂制板,均为质量分数。

3涂料性能检测

经国家化学建筑材料测试中心检验,水性氟碳铝粉涂料的性能符合中华人民共和国国家标准GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》中规定的优等品的技术指标要求,其中耐沾污性、耐老化性尤为突出,见表10。

4结语

水性铝浆、润湿分散剂、水性氟树脂、抗老化助剂等对水性氟碳铝粉涂料的耐候性有着重要的影响。本研究通过对这些组分的考察、筛选,最终研制出耐人工老化高达5000h以上的高耐候水性氟碳铝粉涂料。该涂料装饰性强,成本低,环保无毒,耐候性优异,无需罩面,施工简单,可满足市场对更高性能涂料的要求,具有广阔的应用前景。

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