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乳膠漆抗開裂性能的研究,探討了中高PVC(顏料體積濃度)的乳膠漆在成膜過程中易開裂的問題
2019年06月08日    閱讀量:427    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

重點討論乳膠漆配方設計中基料、成膜助劑,以及顏填料的選擇和搭配對乳膠漆開裂性能的影響。

乳膠漆抗開裂性能的研究

陳明毅1,陳炳耀1,羅智斌2,陳炳江2

(1. 廣東三和化工科技有限公司,廣東中山 528429 ;2. 廣東順德三和化工有限公司,廣東佛山 528325)


0 引言

乳膠漆施工后,漆膜容易出現細小裂紋,嚴重時甚至會出現大片脫落和剝離等弊病,此時漆膜失去原有的保護和裝飾作用。乳膠漆開裂有施工的原因,也有配方設計等因素的影響中國建材網cnprofit.com。本研究通過對乳膠漆配方設計中成膜機理的研究,分析造成乳膠漆漆膜開裂的原因,從基料、成膜助劑,以及顏填料的選擇及搭配等方面解決乳膠漆開裂的問題,如通過適當提高填料的粒徑,降低其吸油量;采用一些纖維狀或片狀填料或玻璃化溫度低的乳液;增加成膜助劑用量,以及調整配方的顏料體積濃度(PVC)等措施來降低乳膠漆漆膜開裂的風險。

 

1 試驗部分

1.1 原材料與基本配方

乳膠漆抗開裂性能的研究,探討了中高PVC(顏料體積濃度)的乳膠漆在成膜過程中易開裂的問題 中國建材網,cnprofit.com

乳膠漆原材料與基本配方見表1。

乳膠漆原材料與基本配方

1.2 性能測試

1.2.1 低溫成膜性

用具有厚度梯度的刮膜器將乳膠漆刮涂于涂有底涂的水泥纖維板上,放入冷凍箱中,溫度設定為5℃。待漆膜完全干燥后觀察其是否開裂以及開裂厚度。開裂厚度越厚,表明涂料的低溫成膜性越好。

1.2.2 抗開裂性

底材采用Leneta 無封底的測試紙,分別用800 μm和1 000 μm 厚度的刮膜器將乳膠漆刮涂于測試紙上,然后將測試紙放入抗開裂測試器內,在一定風速下干燥,分別測試800 μm 和1 000 μm 厚度漆膜的開裂情況。測試溫度:10~12℃。

1.3 漆膜龜裂厚度試驗

裂縫是由于漆膜干燥收縮應力大于其抗拉強度而產生的。隨著顏填料比表面積的增大,漆膜干燥收縮應力提高,就容易產生裂縫。漆膜龜裂厚度試驗板涂布濕膜可以表示漆膜的開裂程度,涂布后的濕膜在(23±2)℃、相對濕度(50±5)% 的標準條件下養護48 h,觀察干膜的開裂情況,開始開裂的干膜厚度就是該乳膠漆抗干燥收縮裂縫的極限,以μm 來表示。對于基層平整度較好的內墻乳膠漆,漆膜抗干燥收縮裂縫最好在500 μm 以上;對于基層平整度較差的外墻乳膠漆,漆膜抗干燥收縮裂縫最好在1 000 μm以上。


2 結果與討論

2.1 乳膠漆成膜機理及漆膜開裂原因

乳膠漆施工后,漆膜中各組分,包括顏填料、聚合物顆粒等隨水分揮發逐漸靠攏,而分子間存在的靜電斥力和空間位阻使分子分散。隨著水分進一步揮發,分子顆粒表面的吸附層破壞,成為不可逆接觸,達到緊密堆積,在分子驅動力作用下,顆粒變形,聚結成膜。如果在成膜過程中受力不平衡,成膜不完全,漆膜就會開裂。

2.2 臨界顏料體積濃度(CPVC)對漆膜開裂性的影響

臨界顏料體積濃度是指基料聚合物恰好覆蓋顏填料粒子表面,并充滿顏料和填料粒子堆積所形成空間時的顏料體積濃度,以CPVC 表示。

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顏料體積濃度,以CPVC 表示

式(1)中:OA為吸油量,g/100 g ;ρ 為顏料密度,g/cm3 ;93.5 為亞麻仁油密度,×100。

如果乳膠漆顏料體積濃度(PVC)處于CPVC 區域附近,乳液聚合物對粉料的填充與包裹處于連續與分散的臨界點,漆膜在干燥時容易導致應力集中,漆膜的抗開裂性就較差,因此在配方設計時需要關注配方的PVC 與CPVC,盡量不要將PVC 落在CPVC附近的危險區域。如圖1 所示,PVC 為60% 時,漆膜開裂現象比較嚴重,這表明CPVC 在60% 左右。

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不同PVC時的漆膜抗開裂情況

2.3 成膜助劑對漆膜開裂性的影響

乳膠漆的成膜是由水分揮發、乳膠分子變形和乳膠分子鏈段擴散纏繞而融合成連續膜,連續成膜的必要條件之一是成膜環境溫度必須高于乳膠漆的最低成膜溫度。成膜助劑是一種高沸點、揮發慢的極性溶劑,在成膜過程中可提供足夠的自由體積,幫助乳膠漆降低其玻璃化溫度及最低成膜溫度。由于顏填料的影響,乳膠漆的最低成膜溫度會高于乳膠聚合物體系的玻璃化溫度(Tg),另外,隨著PVC 的提高,顏填料黏附成膜助劑的量也會增大,導致成膜助劑效能降低,所以需要更多的成膜助劑,以保證乳膠漆的成膜溫度高于其最低成膜溫度,否則乳膠漆不能連續成膜。成膜助劑添加量不足,漆膜成膜不良,就會造成漆膜開裂。

成膜助劑的用量還取決于乳液聚合物的最低成膜溫度和成膜助劑的效能,表2 列出不同的乳液、采用不同用量的成膜助劑Texanol 所能達到的最低成膜溫度。

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不同乳液采用不同用量的Texanol 所達到的最低成膜溫度

不同品種乳液的最低成膜溫度不同,確定成膜助劑用量時,不僅要考慮乳液的低溫成膜性,更應該注意乳膠漆的低溫成膜性,一般以乳膠漆最低成膜溫度為5℃作為成膜助劑的用量要求。

2.4 乳液的選擇

乳液Tg 是高分子鏈運動被激發,即鏈段由凍結狀態到具有足夠熱運動能量以克服內旋轉位壘的轉變溫度,從力學性能上說,這一階段就是乳液從玻璃態到高彈態的轉變過程。乳液最低成膜溫度(MFT)是指乳液在干燥過程形成不開裂的連續膜的最低溫度。MFT 和Tg 是同一性質的兩個不同方面,MFT 表現的是乳液外觀形態上的變化,而Tg 是從力學性質、物態轉變的角度,從乳液分子結構方面對乳液進行表征,對普通乳液來說,溫度低于Tg,乳液不會發生聚結;溫度高于Tg,乳液便會發生聚結而形成致密的薄膜,MFT 經常用來替代Tg。如圖2 所示,Tg 高的乳液成膜時容易造成漆膜開裂。故在滿足各項性能要求的前提下,應盡量選擇Tg 較低的乳液。

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乳液Tg 對乳膠漆抗開裂性的影響

2.5 顏填料的選擇

顏料是乳膠漆中最重要的固體組分之一,能賦予漆膜整體骨架支撐能力。未添加顏料的乳膠漆膜柔韌性優良、致密、整體性好。如果將顏料,特別是較細的粉料添加到涂料中,漆膜的柔韌性變差、易碎,漆膜的整體抗拉強度就越低。所以在乳膠漆配方中,其他組分不變的情況下,使用一些較粗的顏料,如片狀結構的云母粉及滑石粉,能明顯改善漆膜的強度和減少收縮應力,有利于改善漆膜的抗開裂性。

絹云母礦物表面具有活性基團,容易與高分子鏈相結合、纏繞,在漆膜中平行排列,上下重疊,使漆膜內部形成一種致密的網狀結構,從而大大提高漆膜的綜合性能和抗滲透性,提高漆膜強度、抗龜裂性。當云母粉添加量為4%~6% 時,漆膜的抗開裂性能最佳。

滑石粉屬于硅酸鹽系列的粉體,它是一種水合化合物,主要化學成分為3MgO·4SiO2·H2O,其中鎂原子和氧原子結合,夾在兩片二氧化硅之間。滑石粉比較軟,質輕,在漆膜中能吸收伸縮應力,避免產生裂縫。當滑石粉添加量為4%~6% 時,漆膜的抗開裂性能最佳。

云母粉與滑石粉用量對乳膠漆抗開裂性的影響見圖3。

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云母粉與滑石粉用量對乳膠漆抗開裂性的影響

2.6 施工環境的影響

(1) 底材

如果底材自身濕度過高,在涂裝之后隨著底材水分的蒸發,底材表面就會出現裂縫,隨之漆膜表面也會出現裂縫;此外,底材表面如凹凸不平會導致濕膜厚度不一致,干燥速率和產生的收縮應力都不一致,從而導致漆膜開裂。

(2) 溫度

不管是什么類型的涂料,都會有施工溫度要求,一般是5~35℃,如果環境溫度低于或高于此溫度范圍,就會出現脫粉、開裂、附著力差等漆膜弊病。施工溫度的影響見圖4。

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施工溫度對乳膠漆抗開裂性的影響

(3) 濕度

施工時,環境濕度不能高于85%,在較高濕度環境下施工,會導致漆膜水分蒸發緩慢,使得乳膠漆濕膜難以干燥成膜,從而發生開裂。

 

3 結語

乳膠漆施工干燥后開裂是比較常見的問題,在乳膠漆漆膜開裂后直接修補難度較大,通常要將開裂的涂層打磨清除后,再重新涂布施工,這會導致工期延長、原材料浪費、費用增大等。通過對乳膠漆成膜機理的研究,分析造成漆膜開裂的原因,從成膜助劑的選擇、基料以及顏填料的選擇及搭配方面解決乳膠漆開裂的問題。


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