水性贝壳粉涂料甲醛净化率的研究

盖广清，王卓清

吉林建筑大学,材料科学与工程学院,长春 130118

随着建筑业的迅猛发展以及人们生活水平的不断提高,绿色建材已成为当今建筑行业的主流.绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源,保护环境和减少污染,为人们提供健康适用和高效的使用空间[1].绿色建筑材料是绿色建筑的核心与灵魂，亦是生态建筑材料,是采用清洁生产技术,不用或少用天然资源和能源,大量使用工农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性,达到使用寿命周期后可回收利用、有利于环境保护和人体健康的建筑材料[2].绿色是一种全新的概念,它需要的是人们从可持续发展的角度去利用自然资源,建立生态平衡,在维护自然环境的同时创造绿色节能的建筑,最终回归自然.

涂料是由高分子物质和配料组成的混合物,并能涂覆在基材表面形成牢固附着连续涂膜的新型高分子材料[3].而以水作为分散介质的涂料即为水性涂料[4].水性涂料作为一种环保涂料,其具备无毒无异味和挥发性有机化合物(VOC)含量较低等优良性质,但其依然存在干燥速度较慢、色泽较差及耐水性较弱等缺点,因此,水性涂料还有待进一步研究.本文通过实验研究,制备了一种以贝壳粉为主要填料的贝壳粉水性涂料,并通过调整填料与基料的掺量,确定具有最大甲醛净化率的配比.在此基础上,其他性质均符合国家及行业的标准要求,具有较好的实用前景.

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

1.1.1 实验材料

金红石型钛白粉(沈阳顺丰实业集团有限公司);CR 501重钙粉(沈阳顺丰实业集团有限公司);ECO 702净味乳液(德国巴斯夫应用化工有限公司);贝壳粉(辽宁圣岛纳米贝壳生物科技有限公司);消泡剂、分散剂、润湿剂、成膜助剂和增稠剂等功能助剂.

1.1.2 实验仪器

电子天平ES 1200;马弗炉SXL-1200 C;电热鼓风干燥箱DHG-9245 A;大气采样器GDYK-60;标准养护箱SHBY-40 A;组合套装线棒BGD-216.

1.2 涂料制备与实验方法

1.2.1 涂料基本配方

本实验设计的基本配方为:水350 g、消泡剂2 g、纤维素醚1.5 g、多功能助剂2 g、分散剂8 g、润湿剂2 g、成膜助剂5 g、丙二醇8 g、金红石型钛白粉100 g、贝壳粉100 g～200 g、重钙粉125 g～225 g、乳液40 g～120 g、防腐剂2.5 g和增稠剂适量.通过调整颜填料的比例来分析涂料的性质.

1.2.2 涂料制备工艺

取一定量蒸馏水加入消泡剂和纤维素醚,高速搅拌5 min～10 min,待分散完全后依次加入分散剂、润湿剂、防腐剂、丙二醇及成膜助剂,搅拌均匀即可.依次加入钛白粉、重钙粉和贝壳粉并高速搅拌30 min,期间根据情况可加入少量的水用于砂磨过程.以低速搅拌状态下加入乳液、消泡剂和防腐剂,搅拌均匀后测试涂料粘度,根据其粘度值及搅拌流畅度加入适量的水或增稠剂.

1.2.3 实验方法

贝壳粉作为涂料的重要功能填料,其掺量对涂料的各方面性能具有较大影响,具有重要研究意义.实验中,选择固定量的钛白粉100 g、乳液120 g、水350 g及各种多功能助剂用量,仅改变贝壳粉和重钙粉的用量比例,探究涂料的各种性能的变化.实验中贝壳粉的掺量依次为100 g,125 g,150 g,175 g和200 g,保持填料的总量不变,重钙粉的掺量依次为225 g,200 g,175 g,150 g和125 g,对应编号为A1,A2,A3,A4和A5,不同贝壳粉掺量下的涂料配方如表1所示.

表1 不同贝壳粉掺量下涂料配方Table 1 Coating formula with different amount of shell powder

续表1

优质的内墙涂料所用的乳液不仅对颜填料要有较高的承载力,而且要求其展色性能好,耐水、耐碱、耐候性能好,这也是检测乳液性能的重要手段[5].

乳液在涂料体系中起到增加涂料成膜性、提高其表面耐擦洗能力的保护作用.因此,涂料品质与乳液有着最直接的关系.本实验保持颜料、填料的掺量不变,仅改变乳液的用量,探究涂料的各性能的变化.实验中各组分的掺量为:贝壳粉175 g,重钙粉150 g,乳液掺量为40 g,60 g,80 g,100 g和120 g,对应编号为B1,B2,B3,B4和B5,不同乳液掺量下的涂料配方如表2所示.

表2 不同乳液掺量下涂料配方Table 2 Coating formulations with different emulsion contents

2 实验结果分析

2.1 贝壳粉掺量对涂料甲醛净化率的影响

表3 不同贝壳粉掺量下涂料的甲醛净化率Table 3 Formaldehyde purification rate of coatings with different contents of shell powder

由表3可知,依据标准测量方法,随着涂料中贝壳粉的掺量增加,涂料的甲醛净化率逐渐升高.这是由于贝壳粉材料中含有大量的氨基酸、甲壳素及多糖物质,当遇到甲醛气体时,甲壳素中的部分氢键断裂生成壳聚糖,甲壳素和壳聚糖具有生物降解性、细胞亲和性和生物效应等许多独特的性质,尤其是含有游离氨基的壳聚糖,是天然多糖中唯一的碱性多糖[6].利用壳聚糖中的游离氨基可对甲醛分子进行分解.

2.2 乳液掺量对涂料甲醛净化率的影响

不同乳液掺量下涂料的甲醛净化率测量结果见表4.根据表3～表4,获得如下实验结果:涂料对甲醛的净化效果取决于其吸附性,涂料接触甲醛并通过贝壳粉材料的特有性质对其进行吸附与降解反应;然而随着乳液含量的增多,贝壳粉被乳液包裹的面积增大,与甲醛接触的面积则减小,导致其吸附能力降低,最后使得整个涂料的净化效果减弱.实际情况中,可对乳液的掺量进行适度调整,以满足个性化的需求.

表4 不同乳液掺量下涂料的甲醛净化率Table 4 Formaldehyde purification rate of coatings with different emulsion contents

2.3 涂料的其他性质

涂料其他性质见表5.

3 结论

本文通过以上实验,得出以下结论:

(1) 随着涂料中贝壳粉掺量增加,涂料的甲醛净化率提高,吸附性增强.

(2) 对涂料吸附性影响较大的是乳液的掺量.当乳液的掺量较低,涂料的吸附性较大,但同时涂料的耐洗刷性降低,涂料质量也将变低.因此,须根据实际情况及需求,调整乳液用量,在满足耐洗刷要求的前提下,尽量少用乳液,以提高涂料的甲醛净化率.