低VOC地聚物基涂料的制备

张哲滔

(广东万和新电气股份有限公司，广东 佛山 528303)

2018年1月1日，《环境保护税法》正式实施，同质化严重的涂料企业纷纷向环保方向转型靠拢。与此同时，丙烯酸、钛白粉等原材料的涨价，人们环保观念的增强，严重压缩了涂料企业的生存空间。面对各方面压力，开发新型的环保涂料成为涂料企业确立环保化发展的有力路径。

地聚物(Geopolymer)，是一类新型的无机缩聚三维网络结构的胶凝材料，其优良的力学性能及低VOC排放的特性在建筑材料领域得到广泛的应用。本文主要探讨了地聚物基涂料的制备及涂层的性能[1]。

1 实验部分

1.1 主要原材料

1)基料：偏高岭土，速溶硅酸钠(模数2.0)、钛白粉(金红石型)，乳胶粉，滑石粉(600目)等；

2)助剂：分散剂，润湿剂，保水剂，消泡剂，流平剂等；

3)基材：纤维增强硅酸钙板(150×80 mm)。

1.2 地聚物基低VOC涂料的制备过程

通过选择合适的原材料，并对部分原材料进行改性，通过图示来说明低VOC地聚物基涂料的制备过程，如图1[2]。

图1 地聚物涂料制备工艺流程图Fig.1 The process flow diagram of geopolymer coating

1.3 基材的处理

实验选择纤维增强硅酸钙板为基材。用水将样板表面清洗干净，用砂纸打磨平整后待用。

1.4 涂层试样的制备

纤维增强硅酸钙板作为涂层机械性能测试的基材，尺寸为150 × 80 (mm)，涂层厚度为90μm。本实验采用线棒涂布，将涂料均匀的涂布在试板上，之后贴好标签，在35℃烘箱中养护7d。

1.5 涂层的物理机械性能测试

按GB/T 1730-2007测定涂层的硬度；按GB/T 1731-1993测定柔韧性；按GB/T 9286-1998测定涂层的附着力；按GB/T 1732-1993测定抗冲击强度；按GB 1728-1979测定漆膜干燥时间；按GB/T 1733-1993和GB/T 1763-l989检测涂料耐水和耐酸碱性能。

2 结果与讨论

2.1 低VOC地聚物基涂料

VOC是挥发性有机物(volatile organic compounds)的英文缩写，我国通常将涂料产品中在常压下沸点不大于250?℃的任何有机化合物都定义为挥发性有机化合物(VOC)。地聚物基涂料是以微细粉末状存在的无机固体涂料，施工时配水，以液态状转移到被涂物上，经烘烤熔融、固化从而成膜的涂料。与传统涂料相比，地聚物基涂料不含树脂、固化剂、溶剂，VOC排放接近为零，是绿色环保的涂料。

2.2 滑石粉含量对涂层抗裂性能的影响[2]

选择细度为600目的滑石粉为填料，滑石粉占涂料质量分数取值0%、5%、10%、15%、20%，依次递增，按照目测的测试方法测涂料抗裂性，如表1所示。

表1 不同配方涂层表面情况Table 1 The surface condition of different coatings

地聚物基涂料开裂的主要原因是由于其自身的收缩变形。地聚物基涂料在其完全固化前，地聚物基料在自重的作用下沉降，水分上升，沉降收缩产生的应力大于涂料的表面张力，导致涂料易产生裂缝。此外，由于涂料表面固化速率较快，表面固化时内部浆料还未完全硬化，其表面和内部存在一个应力梯度层，当应力差达到一定程度时，表层硬壳被拉裂造成开裂。

从表1可以看到配方添加滑石粉，抗裂性能有所提升，分析原因可能是片状的滑石粉起到桥接作用，很好地提高了抗裂作用。当滑石粉含量达到一定值时，涂层抗裂性也达到最优值。根据实验结果，滑石粉质量分数在10%～15%左右时，涂层抗裂效果较好。

SEM扫描电镜图如图2所示。

(A)1000倍；(B) 600倍

图2 涂层扫描电镜图

Fig.2 SEM photograph

我们通过扫描电镜，发现该涂料在微观上基本上没有裂纹，和宏观上表现一致，同样均匀致密。而且涂层表面呈片状交错叠加排列，从而一定程度上提高了涂层的抗裂性能。

2.3 地聚物涂料耐沾污性研究[2]

由于本涂料是用无机基料地聚物成膜，且成膜致密、强度高、在高温下不回粘，因而耐沾污性相对较好。

制备地聚物基涂料，充分搅拌均匀后，取样，按国家标准中所述的方法进行试验。共制取5张样板，每块样板各取3个测量点。反射系数下降率如表2所示。

表 2 反射系数下降率Table 2 The rate of decline about reflection

测试中反射系数下降率均小于20%，符合国家标准。

图3为乳胶漆、憎水无机涂料和地聚物基无机涂料耐沾污性对比图。

(A)乳胶漆; (B)憎水无机涂料耐; (C)地聚物基无机建筑涂料图3 乳胶漆、憎水无机涂料和地聚物基无机涂料耐沾污性图Fig.3 Contaminates resistance of emulsion paint,inorganic coating and inorganic coating based on geopolymer

2.4 地聚物基涂料综合性能

地聚物基低VOC涂料按相应标准制备样板并检测其各项性能，结果见表3[3]。

表3 地聚物基涂料性能检测结果Table 3 Properties of coating based on geopolymer

3 结语

(1)以资源丰富且价格低廉的偏高岭土基地聚物为原材料制备的低VOC涂料，不但绿色环保，而且涂料的综合性能达到使用标准。

(2)地聚物基涂料的抗裂性能和耐沾污性能优秀，和乳胶漆等涂料性能不存在差距。