環境友好型高性能多用途涂料的研制*

歐陽振圖，馬 玫

(1廣東千色花化工有限公司，廣東江門529100;2廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)

近年來國內的建筑用乳膠漆、木器用涂料、金屬用涂料，市場和技術都得到長足的發展，各種超低VOC的產品已在市場上大量銷售［1－4］。另一方面，在家庭裝飾裝修中，經常遇到對墻壁、木材以及金屬都要做相應的裝飾和保護需求。按常規的方式，用戶會分別購買乳膠漆、木器漆和金屬漆進行相應的工作。這不僅給用戶帶來麻煩、增加支出，甚至產生不必要的浪費。因此本研究開發超低VOC的多用途涂料，能滿足水泥砂漿墻面、木材、金屬等常見基材表面的裝飾和保護。

對底漆而言，以常規的純丙烯酸酯乳液作為主要粘結材料，難以同時滿足在上述幾種基材上使用的性能要求;通過引入環氧基團，對純丙乳液進行改性，可增強在不同基材，尤其是金屬表面的粘結力性能。在面漆方面，以硅丙乳液為主要成膜物質，利用氟碳乳液的特性，按一定比例復配，可提高漆膜表面的耐候性、保色性、耐沾污性;同時添加陶瓷微珠功能性材料，改善漆膜的硬度和耐沾污性。本文研究開發出環境友好型高性能多用途涂料，解決了目前在不同基材上應用存在的一些問題。

1 試驗部分

1.1 原料

環氧改性丙烯酸酯乳液，國產;硅丙乳液，國產;氟碳乳液，國外進口;顏填料，國產;陶瓷微珠，美國;助劑等。

1.2 試驗儀器

高速分散攪拌機，上海環境工程技術有限公司;斯托默粘度計，KU－2，美國Brookfield;對比率測定儀，C84－Ⅱ，上海環境工程技術有限公司;耐洗刷儀，JTX－Ⅱ，上海環境工程技術有限公司;鉛筆硬度儀，PPH－Ⅰ，上海環境工程技術有限公司;QFH附著力測定儀，上海環境工程技術有限公司;原子力顯微鏡(AFM);VG ESCALAB MKⅡ型光電子能譜儀;紫外線加速老化儀，美國Q－lab;等。

2 試驗討論與結果

2.1 底漆的設計與性能

針對多種表面的底漆附著力是關鍵。本研究選用了四種丙烯酸乳液，由表1可知，環氧改性丙烯酸酯乳液的適用性優于純丙乳液，尤其在金屬(馬口鐵)材質表面的附著力，表現更為突出。

表1 環氧改性丙烯酸酯乳液與純丙乳液在不同基材上的附著力測試結果Table 1 The substrate adhesion in different substrates of epoxy modified acrylate emulsion and pure acrylic emulsion

本涂料底漆是由乳液、顏填料、各種助劑組成的水性組合物，通過正交試驗及PVC梯度試驗優選出來的結果。具體試驗配方如表2，且達到表3性能。

表2 環境友好型高性能多用途底漆組成Table 2 The composition of environment friendly high-performance multi-purpose primer

表3 環境友好型高性能多用途底漆的性能Table 3 The performance of environment friendly high-performance multi-purpose primer

2.2 面漆組分的設計

面漆是由硅丙乳液、氟碳乳液、顏填料、功能性材料、各種助劑組成的水性組合物。

2.2.1 成膜物質的表面張力、XPS及耐沾污性分析

測試硅丙乳液K1膠膜和硅丙乳液K1/含氟乳液F1復配乳液膠膜在空氣界面的表面接觸角，然后按照SELL.Neumann實驗式計算表面張力，結果列于表4。

表4 水在膠膜表面的接觸角θ和聚合物表面張力Table 4 The surface contact angle θ of water in the film and the tension of polymer surface

從表4中可以看出，隨著含氟乳液用量的增加，成膜物膠膜的接觸角增加，表面張力降低，在成膜物質中氟乳液F1的用量為5%時，成膜物膠膜的表面自由能由57.3 mN/m降至44.5mN/m，表明只用較少的氟乳液就可使表面性能有較大的改善，使得涂膜具有較低的表面張力和較好的憎水性。

借助X射線光電子能譜(XPS)對 K1/FI為90%/10%的復配乳液進行元素含量的表層和底層分析，結果見圖1。

圖1 復配乳液膠膜的XPS譜圖Fig.1 the XPS spectra of film

從圖1可以看出，底層C1s、O1s的峰高在增大，F1s的峰高在減小，在涂膜底面，只有很微弱的F1s信號，在表層 F1s的峰最高;這表明，K1/F1為90%/10%的復配乳液膠膜的表面上含氟組分富集于膠膜表面層，而底層含有的氟組分非常少。可以看出成膜過程中，含氟乳液會遷移到涂膜的表面，降低膠膜的表面張力。

但是當氟乳液用量達到10%和15%時，表面張力雖然有少許下降，但接觸角的變化已不大，見表4。這是因為涂膜表面的C－F基團已達到一定的程度，在此含量遷移到膠膜表面的氟化組分的凈增量增加不多，主要增加膠膜表層下的含氟組分，所以對膠膜表面性能的影響已不明顯。

參照GB/T 9755－2001標準中耐沾污性的測試方法，以PVC為35%的配方為基礎，比較不同乳液的耐沾污性，結果見表5。

表5 含氟乳液與硅丙乳液復配比例對耐沾污性的影響Table 5 The influence of the ratio of fluorocarbon emulsion and silicone-acrylate emulsion on the stain resistant

綜合上述因素，選用的成膜物質為硅丙乳液K1/氟乳液F1為90%/10%的復配乳液，性能較理想。

2.2.2 陶瓷微珠的應用

陶瓷微珠能有效提高涂料的填充性、硬度、耐磨性和耐污性。本研究以PVC35%的面漆配方為基礎，分別向涂料體系中引入以上3種陶瓷微珠，進行了應用研究。主要性能參數見表6。

表6 陶瓷微珠在面漆中的效能Table 6 The efficiency of ceramic beads in finish

數據顯示，G－102添加量為6.0%的樣品W4綜合性能最理想。

2.2.3 面漆的組成與性能

經過反復試驗，優選出上述材料，并按相關的標準進行性能檢測，性能全部符合要求。見表7、8。

表7 環境友好型高性能多用途面漆組成Table 7 the composition of environment friendly high-performance multi-purpose finish

表8 環境友好型高性能多用途面漆的性能檢測Table 8 The performance of environment friendly high-erformance multi-purpose finish

3 結語

(1)環境友好型高性能多用途涂料產品選用不含壬基酚、VOC未檢出。底漆在金屬、水泥砂漿、木材等多種基材上具有良好附著力;面漆有優異的耐沾污、耐候性。

(2)加入陶瓷微珠，能有效提高漆膜的硬度、耐沾污性和耐候性。

(3)環保友好型高性能多用途涂料底漆產品和面漆產品有機結合和配套，形成完整的涂裝體系，達到最佳的涂層性能表現。

［1］李輝.環境友好水性聚氨酯涂料的種類與應用研究［J］.渤海大學學報(自然科學版)，2010，(1):11 －16.

［2］劉薇薇，江慶梅，張心亞，等.超低VOC建筑內墻乳膠漆的配方設計［J］.河南化工，2006，(11):5 －7.

［3］陳立軍，陳麗瓊，張欣宇，等.超低VOC內墻涂料用核殼結構苯丙乳液的制備研究［J］.新型建筑材料，2007，(3):57 －62.

［4］李桂林.環境友好涂料配方設計的應用技術［J］.涂料工業，2008，(2):69 －71.