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建筑涂料的技术发展与应用

2012年11月14日

一、国外近年乳胶涂料技术的主要开发点

1.聚合物乳液合成技术

水乳型建筑涂料的技术发展着重点在于合成树脂乳液的改进,包括乳液粒子设计改进、乳液粒子结构改进,减少乳化剂或不使用乳化剂,用其它材料改进涂膜性能和使用助剂改进涂料施工性及使用颜填料改进涂料的耐候性和装饰性等。

采用无表面活性剂自乳化技术的特点是:聚合技术使多种不同单体组成聚合物呈层状结构存在于同一胶粒中,从而达到调节玻璃化温度、保证产品性能的目的。使产品既具有一定的硬度、耐污染性,又便于施工,易于进行。通过定向聚合、辐射聚合、互穿网络聚合等方法产生聚合物乳液,以改进涂料的性能和增加使用功能。

合成树脂乳液粒子设计与结构改进

威廉希尔常规乳液粒子为均质结构。为了改进Tg与MFT之间的关系和涂膜弹性、抗污能力等,可把乳液粒子设计为梯度渐变型、核壳型、多核壳型。粒子结构主要以球形为主,根据需要还可设计其它现状的粒子,粒子现状不同可赋于许多独特的性能。

无皂乳液及涂料开发

威廉希尔无皂乳液是不使用外参乳化剂(表面活性剂),而使用参与反应的交联型乳化剂。目的是改进涂膜的耐水性和耐候性。无皂合成树脂乳液已有工业化产品,但无乳液所制备的涂料还处于研制开发阶段。

2.助剂及颜填料配套

多年来,人们一直想使水乳型建筑涂料的主要性能尽量接近溶剂型涂料,其途径之一是开发应用性能优良的各类助剂,如成膜助剂、润湿分散剂、增稠剂和消泡剂等。国外对乳胶涂料使用的这些主要助剂研究极为重视。近年来开发出了许多性能优良的产品品种,还有各种颜料、色浆产品。填料则向超细化方面发展。

3.高自动化的生产工艺

国外填料生产基本上实现了现代化电脑控制和液体输送管道化,采用气动和机械输送固体物料及自动控制、计量。

4.先进的检验技术

对于涂料性能的评价已不再单凭外观、颜色、光泽、硬度、冲击等宏观检测,而且将射线分析(EP-NA)、X射线光电子光谱仪(ESCA)、自动电子光谱仪(AES)、离子微分析仪(INA)、富里埃变换红外光谱仪(FT—IR)、紫外光谱仪、核磁共振、色差计等现代化仪器用于涂膜性能测试,深入到了内部组成结构和状态等微观检测。

二、我国近年建筑涂料的发展方向与重点

威廉希尔随着对建筑物内外装饰和居住环境质量要求的日益提高,21世纪前10年,我国建筑涂料将向高性能、环保型、功能型方向发展,重点是:

威廉希尔l.适应高层建筑外墙粉刷、外装饰的需要,重点发展具有高耐候性、高耐玷污性、高保色性和低毒性高性能的外墙涂料。主要包括:

威廉希尔水乳型外墙涂料(如纯丙类、聚氨酯类、硅丙类、叔醋类等)。这些涂料不仅具有相当优异的耐候性,同时又具有水性涂料无污染的优点,是国际上重点推广研究的涂料品种。

交联型丙烯酸系列高弹性乳胶漆。目前着力于提高乳胶漆的耐候性、耐玷污性、抗裂性和高弹性。

威廉希尔有机硅丙烯酸树脂外墙涂料。具有优异的耐候性、耐玷污性,耐候性可达10-15年,适用于混凝土、钢结构、铝板、塑料等基材表面涂饰保护。

威廉希尔脂肪族溶剂丙烯酸聚氨酯外墙涂料。低污染,固体份含量达60%以上。为高固体组分涂料,具有优异的耐老化性及耐玷污性。

威廉希尔有机氟树脂超耐候性涂料。其耐候性可达15—20年,适应超高层建筑、公共建筑以及市政工程装饰保护的更高要求。

2.适应健康、环保、安全的要求,发展低VOC环保型和低毒型建筑涂料。主要包括:开发推广水性涂料系列,开发绿色环保型内墙乳胶漆;发展安全型聚氨酯木质装饰涂料;开发高固体分涂料和发展粉末涂料及辐射固化涂料。

3.为满足建筑物的特殊功能要求,发展防火、防腐、防碳化、保温等建筑功能涂料。

威廉希尔防火涂料分木结构和钢结构两大类,当前重点发展既具有装饰效果,又能达到一级防火要求的网结构防水涂料。

防腐涂料重点发展钢结构的防锈、防腐以及污水工程混凝土及钢结构防腐材料。

防碳化涂料重点发展用于钢筋混凝土构筑物的防碳涂料,防止混凝土表层碳化,保护钢筋免遭锈蚀,以确保桥梁等构筑物的百年大计。

4.发展高品质的水性建筑涂料,研究开发新型乳液聚合技术,重点采用无皂乳液聚合、微细化、溶胶化、有机—有机和有机—无机核壳复合乳液聚合以及互相穿网络等新技术;开发具有优异的耐水性、低温成膜性、抗回黏性和卓越的耐候性的乳胶漆,并实现工业化生产。要建成几个年产5—10万吨级的乳液生产企业。

5.为全面提升我国建筑涂料的档次,重点解决好金红石型钛白、耐久性好的红、黄、蓝、黑颜料、各种超细粉末填料、高效的消泡剂、分散剂、增稠和防沉淀等系列配套材料,并做好稳定生产供应。

威廉希尔三、新进入建筑涂料领域的概念与技术

威廉希尔1.纳米技术与纳米涂料

在最近新材料技术热潮中,“纳米热”将纳米材料、纳米技术等这些高新技术概念变成了大众语言。关于纳米技术的内涵、广泛应用前景与可能产生的深远影响等,已有不少专门著述。对于涂料领域和建筑涂料的技术发展,已开始产生现实影响,并涌现出一批效果比较明显的应用成果:

威廉希尔中国科学院固体物理研究所、中科院化学研究所、中国建材科学研究院、青岛化工大学等单位研究开发成功并与相应的涂料厂家合作建成了若干条纳米粉体材料生产线,已能批量生产氧化钛、氧化硅、碳酸钙、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化铁、氧化锌、银离子承载体等纳米粉体材料,可供建筑涂料改性添加之用。

在这些科研单位的技术帮助下,已有若干涂料研制、生产企业将这些纳米粉体涂料,从不同方面改进涂料的性能。例如:通过加入光催化性纳米粉体材料和杀菌功能物承载粉体来制成具有洁净去污和杀菌功能的涂料;利用对紫外光强吸收性的纳米粉体材料,可以屏蔽紫外线,增强涂料的抗老化性;将有色纳米粉体制作的色泽鲜艳耐晒、耐候的无机色料加入涂料,提高涂料的保色性;加入适当处理的纳米粉体,提高涂料的悬浮性、涂膜强度、附着力等。总体是用作涂料的颜、填料与添加剂。

中科院化学所有关专家最近提出,以纳米技术建筑表面为纳米尺寸凹凸相间的几何结构界面可以稳定吸附气体分子,使其具有疏水疏油的双疏功能,从而实现表面耐污,只是尚未见到具体实施技术报道。

威廉希尔2.自分层涂料理论应用与水性含氟树脂涂料的开发自分层涂料是由性能有差异的多种成膜物组成的涂料体系,一次涂覆在基层上,在介质的挥发或固化过程中,能自发地产生相分离和迁移,形成涂膜组成逐渐变化的梯度涂层,其性能类似多层涂料。其涂膜形成的机理是:不同聚合物极性不同、分子间作用不同、在介质中的溶解度不同,是一个热力学上的不稳定体系。随着涂膜干燥和固化的进行,介质组成不断变化,不同成膜树脂在界面张力梯度的作用下,通过液相对底材选择性润湿,使得两相相对流动,导致树脂间的相分离,形成梯度分层结构。

自分层梯度涂料的设计,首先必须至少含有两种不同的树脂,且它们的表面张力差异要足够大,才有利于树脂间的分离和迁移;其次,涂料各组分必须稳定存在于同一体系内,其分离和迁移只能在干燥和固化过程中发生,而且是逐渐进行,从而形成梯度涂层分布。这是一个亚稳定体系,巧妙平衡体系的稳定与分离,是该涂料设计的关键。

威廉希尔自分层涂料的概念和相关理论技术的不断完善,使水性氟树脂涂料的开发成为可能。水性体系中,由于水的极性和氢键的作用,一般表面张力远大于油性体系。氟树脂是表面张力最小的树脂种类,与其它表面张力略大的树脂组合于水性体系,借助复合助剂的作用,在粘结树脂和氟树脂间保持适当的相容稳定性。随着涂膜的干燥和固化,助剂对氟树脂和粘结树脂的作用力平衡被打破,相容性下降,相互间发生部分分离和迁移,最后形成底部以粘结树脂为主、表面以氟树脂为主的自分层梯度涂层。以粘结树脂为主体的底部使涂层具有良好的附着力,以氟树脂为主的表面使涂层具有很好的不粘性、强耐污和高耐候性。

3.一组新技术综合应用成果

上海大学以多学科技术条件,应用自分层涂料理论,使用无皂乳液纳米材料进行水性有机氟树脂涂料产品开发,实现了水性内外墙涂料高耐污、高耐候性的重要突破。

水性健康型高耐污瓷光壁内墙涂料

威廉希尔以纳米溶胶、水性硅·氟全新材料体系的配方,具有健康无毒、涂层平整细腻、光洁如瓷、耐水洗刷涂料的特性。既具有水性涂料的透气、耐潮、不起皮脱落的特点,又具有溶剂型油漆才能达到、而一般水性涂料难以相比的耐沾污性,如茶叶水、兰墨水等强沾污物都可用洗涤剂轻易洗净。各项技术性能远远超过合成乳液内墙涂料国家标准的相关指标。

威廉希尔水性高耐污、高耐候外墙涂料

以有机硅·氟及其助剂取代现行乳胶漆产品通用的乳液和助剂体系,从根本上解决了乳胶漆耐玷污性差的难题,具有溶剂型油漆才能达到而一般水性涂料无法相比的高耐污性和高耐候性的特点。而其低光泽度、高透气性及无溶剂污染,则是溶剂型涂料无法达到的。作为涂料耐候性考核指标,本涂料人工加速老化试验通过时间在1000小时以上,远远超过合成乳液外墙涂料国家标准规定的250小时指标。

水性高耐污、高耐候真石漆及其罩面材料以无皂乳液、有机氟及其助剂取代现行真石漆产品通用的乳液、助剂体系,从根本上解决了真石漆遇水泛白留渗迹的难题。所使用的纳米溶胶、水性硅·氟全新罩面材料的渗透性、反应性,使涂层快硬、高强,具有一般水性涂料无法相比的高耐污性、耐候性和溶剂型涂料无法达到的低光泽度。高透气性完全消除了溶济污染,其各项技术性能,尤其是耐玷污性和耐老化性远远超过合成乳液砂壁状建筑涂料国家标准的相关指标。

威廉希尔本罩面材料本身就是一种有自分层结构特征的薄层涂料,除用作真石漆配套罩面材料外,还可单独用于天然石及其它亲水性涂料层罩材料。

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