环境友好型高性能多用途涂料的研制*

欧阳振图，马 玫

(1广东千色花化工有限公司，广东江门529100;2广州合成材料研究院有限公司，广东广州510665)

近年来国内的建筑用乳胶漆、木器用涂料、金属用涂料，市场和技术都得到长足的发展，各种超低VOC的产品已在市场上大量销售［1－4］。另一方面，在家庭装饰装修中，经常遇到对墙壁、木材以及金属都要做相应的装饰和保护需求。按常规的方式，用户会分别购买乳胶漆、木器漆和金属漆进行相应的工作。这不仅给用户带来麻烦、增加支出，甚至产生不必要的浪费。因此本研究开发超低VOC的多用途涂料，能满足水泥砂浆墙面、木材、金属等常见基材表面的装饰和保护。

对底漆而言，以常规的纯丙烯酸酯乳液作为主要粘结材料，难以同时满足在上述几种基材上使用的性能要求;通过引入环氧基团，对纯丙乳液进行改性，可增强在不同基材，尤其是金属表面的粘结力性能。在面漆方面，以硅丙乳液为主要成膜物质，利用氟碳乳液的特性，按一定比例复配，可提高漆膜表面的耐候性、保色性、耐沾污性;同时添加陶瓷微珠功能性材料，改善漆膜的硬度和耐沾污性。本文研究开发出环境友好型高性能多用途涂料，解决了目前在不同基材上应用存在的一些问题。

1 试验部分

1.1 原料

环氧改性丙烯酸酯乳液，国产;硅丙乳液，国产;氟碳乳液，国外进口;颜填料，国产;陶瓷微珠，美国;助剂等。

1.2 试验仪器

高速分散搅拌机，上海环境工程技术有限公司;斯托默粘度计，KU－2，美国Brookfield;对比率测定仪，C84－Ⅱ，上海环境工程技术有限公司;耐洗刷仪，JTX－Ⅱ，上海环境工程技术有限公司;铅笔硬度仪，PPH－Ⅰ，上海环境工程技术有限公司;QFH附着力测定仪，上海环境工程技术有限公司;原子力显微镜(AFM);VG ESCALAB MKⅡ型光电子能谱仪;紫外线加速老化仪，美国Q－lab;等。

2 试验讨论与结果

2.1 底漆的设计与性能

针对多种表面的底漆附着力是关键。本研究选用了四种丙烯酸乳液，由表1可知，环氧改性丙烯酸酯乳液的适用性优于纯丙乳液，尤其在金属(马口铁)材质表面的附着力，表现更为突出。

表1 环氧改性丙烯酸酯乳液与纯丙乳液在不同基材上的附着力测试结果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、颜填料、各种助剂组成的水性组合物，通过正交试验及PVC梯度试验优选出来的结果。具体试验配方如表2，且达到表3性能。

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

表3 环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 面漆组分的设计

面漆是由硅丙乳液、氟碳乳液、颜填料、功能性材料、各种助剂组成的水性组合物。

2.2.1 成膜物质的表面张力、XPS及耐沾污性分析

测试硅丙乳液K1胶膜和硅丙乳液K1/含氟乳液F1复配乳液胶膜在空气界面的表面接触角，然后按照SELL.Neumann实验式计算表面张力，结果列于表4。

表4 水在胶膜表面的接触角θ和聚合物表面张力Table 4 The surface contact angle θ of water in the film and the tension of polymer surface

从表4中可以看出，随着含氟乳液用量的增加，成膜物胶膜的接触角增加，表面张力降低，在成膜物质中氟乳液F1的用量为5%时，成膜物胶膜的表面自由能由57.3 mN/m降至44.5mN/m，表明只用较少的氟乳液就可使表面性能有较大的改善，使得涂膜具有较低的表面张力和较好的憎水性。

借助X射线光电子能谱(XPS)对 K1/FI为90%/10%的复配乳液进行元素含量的表层和底层分析，结果见图1。

图1 复配乳液胶膜的XPS谱图Fig.1 the XPS spectra of film

从图1可以看出，底层C1s、O1s的峰高在增大，F1s的峰高在减小，在涂膜底面，只有很微弱的F1s信号，在表层 F1s的峰最高;这表明，K1/F1为90%/10%的复配乳液胶膜的表面上含氟组分富集于胶膜表面层，而底层含有的氟组分非常少。可以看出成膜过程中，含氟乳液会迁移到涂膜的表面，降低胶膜的表面张力。

但是当氟乳液用量达到10%和15%时，表面张力虽然有少许下降，但接触角的变化已不大，见表4。这是因为涂膜表面的C－F基团已达到一定的程度，在此含量迁移到胶膜表面的氟化组分的净增量增加不多，主要增加胶膜表层下的含氟组分，所以对胶膜表面性能的影响已不明显。

参照GB/T 9755－2001标准中耐沾污性的测试方法，以PVC为35%的配方为基础，比较不同乳液的耐沾污性，结果见表5。

表5 含氟乳液与硅丙乳液复配比例对耐沾污性的影响Table 5 The influence of the ratio of fluorocarbon emulsion and silicone-acrylate emulsion on the stain resistant

综合上述因素，选用的成膜物质为硅丙乳液K1/氟乳液F1为90%/10%的复配乳液，性能较理想。

2.2.2 陶瓷微珠的应用

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%的面漆配方为基础，分别向涂料体系中引入以上3种陶瓷微珠，进行了应用研究。主要性能参数见表6。

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

数据显示，G－102添加量为6.0%的样品W4综合性能最理想。

2.2.3 面漆的组成与性能

经过反复试验，优选出上述材料，并按相关的标准进行性能检测，性能全部符合要求。见表7、8。

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

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

3 结语

(1)环境友好型高性能多用途涂料产品选用不含壬基酚、VOC未检出。底漆在金属、水泥砂浆、木材等多种基材上具有良好附着力;面漆有优异的耐沾污、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)环保友好型高性能多用途涂料底漆产品和面漆产品有机结合和配套，形成完整的涂装体系，达到最佳的涂层性能表现。

［1］李辉.环境友好水性聚氨酯涂料的种类与应用研究［J］.渤海大学学报(自然科学版)，2010，(1):11 －16.

［2］刘薇薇，江庆梅，张心亚，等.超低VOC建筑内墙乳胶漆的配方设计［J］.河南化工，2006，(11):5 －7.

［3］陈立军，陈丽琼，张欣宇，等.超低VOC内墙涂料用核壳结构苯丙乳液的制备研究［J］.新型建筑材料，2007，(3):57 －62.

［4］李桂林.环境友好涂料配方设计的应用技术［J］.涂料工业，2008，(2):69 －71.