（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）建筑涂料作為建筑物的裝飾、保護材料涂刷在建筑物表面,要求有一定的細度、附著(zhù)力、遮蓋力、耐沾污、耐洗刷、耐老化、耐熱性、流平性、較短的干燥時(shí)間、適宜的最低成膜溫度等性質(zhì)。當以常規的配方制備的建筑涂料達不到要求的性能時(shí),就要求對其進(jìn)行改性。
由于非金屬礦物具有其他礦物材料所不具備的多種特性,如可塑性、粘性、高強度和化學(xué)穩定性等,因而人們在制備建筑涂料時(shí),常加入各種非金屬礦物材料,用于改善或增強涂料某方面的性能,同時(shí)還可以降低涂料的成本。
在建筑涂料的改性制備中,常用的幾種非金屬礦物有膨潤土、硅藻土、高嶺土以及累托石等。膨潤土是以蒙脫石為主要成分,與眾多礦物如高嶺石、水鋁英石和綠泥石等伴生的一種非常重要的粘土礦物;硅藻土是一種水合鎂、鋁、硅的粘土礦,主要成分主要為高嶺石、水云母、蒙脫石和少量的石英、長(cháng)石及有機質(zhì);高嶺土是以高嶺石為主體,由多種粘土礦物組成的含水鋁硅酸鹽混合體;累托石是一種由類(lèi)云母單元層和蒙脫石單元層在特殊自然條件下構成有序混層結構的稀有粘土礦物。以上幾種非金屬礦物在建筑涂料改性中的應用主要有以下幾個(gè)方面。
1 改善涂料分散性、穩定性
膨潤土系層狀硅酸鹽礦物,具有優(yōu)良的親水性,與適量水結合成膠體狀,在水中能釋放出帶電微粒,這種微粒的電斥性使之在涂料中具有良好的分散、懸浮、穩定等特性,因此常用于涂料中作分散劑。以膨潤土、水玻璃和水等為原料制備水性?xún)葔ν苛?試驗表明,在水性?xún)葔ν苛现屑尤脒m量膨潤土制出的涂料比一般涂料分散更均勻(不易沉淀),更耐水,涂料膜更平整光滑均勻,保色性、耐候性更好。
蒙脫石礦物晶體構造屬2∶1型層狀硅酸鹽,構造單位層由兩片(Si-A l)-O四面體和中間的一片[Al(Mg,Fe)-(O,OH)]八面體組成,結構單元層中存在著(zhù)陽(yáng)離子異價(jià)類(lèi)質(zhì)同象置換,使得蒙脫石晶胞像一個(gè)帶電的“大陰離子”,具有吸附陽(yáng)離子的能力,但是陰陽(yáng)離子間的束縛力較弱,這些陽(yáng)離子可以交換。正因如此,蒙脫石可與涂料成膜物中有機分子中的極性基因生成“蒙脫石-有機分子”復合物,這種復合物一旦生成后不可逆轉,失水后成為疏水性物質(zhì),因而增加了涂膜的耐水性。
以聚乙烯醇(PVA),輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、膨潤土、適量助劑為原料制成了涂料。試驗結果表明,加了膨潤土的涂料和未加膨潤土的涂料相比,耐水性由1d變?yōu)?d,涂膜由掉粉變成了不掉粉。高嶺土作為涂料工業(yè)的添加劑,能改善涂料體系儲存穩定性、涂刷性、抗吸潮性及抗沖擊等機械性能,還能改善顏料的抗浮色和發(fā)花性。
用水洗高嶺土、鈦白粉、碳酸鈣、成膜助劑等多次制備建筑涂料,試驗發(fā)現,使用高嶺土制得的涂料在長(cháng)時(shí)間保存后,其表面未發(fā)現其它乳膠涂料常見(jiàn)的分水現象。試驗還測得:含有15%高嶺土的乳膠涂料的觸變指數為3. 8,而用等量的碳酸鈣取代高嶺土后制得的乳膠涂料的觸變指數為2. 5,這說(shuō)明含有高嶺土的涂料具有良好的觸變性、儲存穩定性。這樣在施工時(shí)就會(huì )不流掛,還具有良好的流平性。采用高嶺土作添加劑,有助于滿(mǎn)足對涂料提出的日益嚴格的性能和耐久性方面的許多要求。當要求制備低VOC,高固體涂料而要求更薄和無(wú)疵平滑,光亮的涂膜時(shí),尤其如此。
由于累托石粘土顆粒極細,其鋁硅酸鹽礦物結構中Si-O四面體與Al-O八面體片中的羥基或氧原子和有機硅樹(shù)脂中烷氧基或環(huán)氧樹(shù)脂中的羥基與環(huán)氧基形成氫鍵,形成交織網(wǎng)狀結構,使得累托石礦物與涂料中有機物彼此連結,使體系的粘度和稠度增加,起到防止或減緩涂料中填顏料礦物的沉降作用。
以有機硅樹(shù)脂、鈦白粉等為原料,以鈣基累托石取代部分填料制備有機硅樹(shù)脂涂料,將制的涂料干燥成膜后,在200℃下烘烤3h,試驗表明,鈣基累托石作高溫涂料,涂層附著(zhù)牢固,無(wú)起泡脫落現象,且放置過(guò)程比較穩定不沉淀結塊,涂層外觀(guān)質(zhì)量明顯改善。經(jīng)鈉化改型的累托石分散于水中,其電動(dòng)電位增大,顆粒不易絮凝而具有良好的懸浮效果。
以累托石為懸浮劑制備涂料現場(chǎng)試驗證實(shí),累托石在涂料中的懸浮性和觸變性好,涂料的流平性、涂刷型、防裂開(kāi)性、涂層表面強度和耐高溫性等指標均優(yōu)于膨潤土作懸浮劑配制的涂料。
2 提高涂料遮蓋力
作為白色填料,高嶺土本身并沒(méi)有遮蓋力,但以一定的比率加入到涂料中,則可起到增亮劑的作用,提高涂料的遮蓋力。高嶺土添加劑已在幾乎所有類(lèi)型的水性和溶劑型涂料中,被用于對許多種顏料進(jìn)行延展。有一個(gè)制造商在一種建筑用醇酸漆中以一種高亮度細粒高嶺土添加劑取代了8%～10%的各色顏料,結果油漆性能幾乎未發(fā)生任何變化。
美國Enge Lhard公司以一種明亮型細粒高嶺土產(chǎn)品取代了17%的酚菁綠顏料和14%的鈦白,所得涂層具有高反射率和顏色強度。這是因為,高嶺土粒子改善了顏料粒子之間的間隔。以高嶺土為基礎的顏料具有不犧牲遮蓋力、光澤、鉛筆硬度、柔韌性和其他性質(zhì),還能使其性能得到改善的能力。
從礦源選擇、加工方法、配方改進(jìn)等方面入手,做了一系列試驗,分別用高嶺土和碳酸鈣在水性涂料中代替15%的鈦白粉,最后結果顯示,在很大的對比顏料體積濃度范圍內,采用高嶺土取代15%的鈦白粉,涂料體系的遮蓋力基本沒(méi)有改變;在相同的用量下,高嶺土比碳酸鈣具有更佳的遮蓋力。
3 制備特殊功能涂料
由于硅藻土多孔,因而具有吸濕和放濕呼吸功能以及優(yōu)良的吸附性能,由合成樹(shù)脂和硅藻土組成涂料,當涂膜表面的溫度低于露點(diǎn)時(shí),可迅速吸收大量的濕氣或結露水;而當高于露點(diǎn)時(shí),能迅速釋放吸收的水分,從而可有效地防止墻面和天花板等處產(chǎn)生結露現象,起到自動(dòng)空調作用,保護物品。
日本報道利用硅藻土成功研制了幾種“綠色”建材:一是用經(jīng)高溫燃燒后的硅藻土多孔粉,加熱烘干,分級后制備成內墻涂料,能有效地調節室內空氣的濕度;二是將一種經(jīng)熔融處理的改良水泥混入硅藻土,并按0.3%～0.5%的配比,在混合物中添加水制成的,把它涂抹在內墻上尤其是廁所的墻面上,具有明顯的除臭功效。瑞典弗倫高技術(shù)公司也利用硅藻土本身有數目為活性炭數千倍的超微細孔,研制成一種能吸收難聞氣味的墻壁涂料,把硅藻土加入灰泥中,涂抹在墻上,具有吸臭作用。
除了上述作用之外,在涂料中加入硅藻土,還可控制涂料的色澤光度。昆明某研究單位研制成一種硅藻土內墻涂料,其特點(diǎn)是墻面不反光,室內光線(xiàn)柔和,而且內墻的顏色可隨室溫變化而改變。
4 降低涂料成本
對于薄利多銷(xiāo)的涂料行業(yè),人們一直在尋找涂料中的一部分基料和其他填料的替代品,從而達到降低涂料成本的目的。譬如目前聚乙烯醇水溶性?xún)葔ν苛系闹饕芯糠较蚴菍で缶垡蚁┐嫉拇闷?并以此來(lái)減少聚乙烯在涂料中的用量。實(shí)驗證明,在以聚乙烯醇(PVA)為主要成膜物的水性涂料中加入膨潤土后,聚乙烯醇和輕質(zhì)碳酸鈣的用量大為減少:聚乙烯醇的用量范圍從3.0～3.5減至2.0～2.5;輕質(zhì)碳酸鈣的用量范圍從15.0～20.0減至13.0～15.0,涂膜的成膜性能幾乎沒(méi)什么變化,而且可避免通常聚乙烯醇涂料存在的冬季凝聚現象,且僅此一項,涂料的成本將下降150元/t。
在涂料中加入適量的改型鈣基膨潤土后發(fā)現,涂料中基料的用量降低了1/3～1/2,從而大大降低了涂料的成本。
在涂料中加入一定量的高嶺土取代昂貴的鈦白粉來(lái)提高涂料的遮蓋力,也可降低涂料的成本。在以聚乙烯醇(PVA)為主要成膜物的水性涂料中,由于高嶺土與聚乙烯醇的聚合作用可以增加涂膜強度,因而可以減少聚乙烯醇用量,使每噸涂料成本降低約400元。
5 結論與展望
隨著(zhù)房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,全球對建筑涂料的需求量越來(lái)越大,人們對建筑涂料品質(zhì)、功能性要求也越來(lái)越高,高性能、高檔次、高性?xún)r(jià)比的涂料越來(lái)越受歡迎。譬如說(shuō)對環(huán)保要求的提高,需要開(kāi)發(fā)出具有抗污染及治理污染物性能的建筑涂料。
非金屬礦物材料由于其在晶體結構、物理和化學(xué)性質(zhì)方面的獨特性質(zhì),所以在建筑涂料性能的提高方面具有較大的應用,例如在基材如膨潤土上覆蓋具有反應活性的材料,使建筑涂料具有抗菌性能及去除有機污染物的性能等等。
隨著(zhù)科技的發(fā)展,對膨潤土、硅藻土、高嶺土、累托石等這幾種非金屬礦產(chǎn)資源研究的逐步深入,其用途將被不斷的開(kāi)發(fā)完善,其在建筑涂料改性中將有著(zhù)更為廣闊的應用前景。
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