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HYM-21与化学乳液胶联共聚技术

周广德(北京环益美高分子聚合物研究所,北京101113

   Zhou guangde (Beijing Huan Yi Mei lnstitute of polymer ,Beijing 101113)

摘要 现有乳胶漆涂料采用HYM-21,可以一遍盖底,增加涂膜的结构强度、附着力、遮盖率、保色性和增强装饰效果、节省原材料及施工工料成本、降低涂料中有害物含量等。  

    关键词  HYM-21   胶粉  植物胶粉 外墙涂料      

    前言

    通过不同规格、质量的分子相互作用,利用骨料作用,使不同分子之间、软硬骨料之间、胶凝材料与骨料之间形成多维网络结构,可以大大提升乳胶漆漆膜的结构强度、稳定性、附着力、遮盖率、保色性、漆膜硬度、存放稳定性、施工性、以及装饰美观效果。

本技术可节省化学乳液、化学助剂、化学色浆等化合物的使用量,提升了乳胶漆的环保性,HYM-21中的功能性离子可以激发与分离涂料中的甲醛、VOC、氨等易挥发性有害化学物质尽快随水分挥发,减少残留和消除化学有害物质对人居环境和人体健康的长期污染和危害。

1乳胶漆问题

    1.1 基层泛碱问题

    因建筑工程施工过程中,由于工程进度很快,墙体中存在大量的水气,会导致砌筑材料、砌筑砂浆、抹灰砂浆中Ca(OH) 2氢氧化钙)继续溶解并与空气中CO2(二氧化碳)发生反应,生成CaCO3(碳酸钙),碳酸钙会随水气迁移到涂层表面,形成白色晶体或霜状物,一旦产生,会严重影响涂层颜色的美观效果,特别是深颜色,颜色反差较大,影响就越大。

由于砌筑、抹灰等墙体材料大都为碱性,甚至是较高碱性,遇湿、遇潮容易泛碱,而乳胶漆中的化学乳液、化学色浆、化学助剂,最怕的就是碱、特别是强碱,因此,外墙乳胶漆施工前,必须使用专用封闭底漆,但封闭底漆同样怕碱,因其主要成分是化学乳液或聚乙烯醇,所以,封闭底漆或称抗碱底漆的封闭碱、抗碱能力是有限的。

1.2基层要求及处理

    建筑外墙基层的平整度较差,而乳胶漆的漆膜具有一定光亮度,如墙面不平整,容易影响乳胶漆涂料的装饰效果,特别是当太阳光通过漆膜折射泛光时,饰面效果比较差。因此,乳胶漆施工工艺要求,必须先用腻子批刮找平墙面,并用砂纸打磨平整,要耗用大量的人力、物力和时间,增加工程造价。全国几乎100%外墙腻子都是以水泥(PO普硅水泥或PW白色水泥)为主要胶凝材料,因水泥的水化反应条件、薄厚不均与干缩变形、界面“冷接”与粘附力、保水与水养护等因素,常出现老化、粉化、空鼓、龟裂、脱落等通病,对涂料施工及装饰效果影响极大(相关参考文献《外墙腻子的性能与施工技术分析》www·zgjf·cn中国胶粉与腻子网,作者:北京环益美高分子聚合物研究所总工程师周广德)。

    1.3漆膜老化问题

    化学乳液漆膜软(特别是高温暴晒),变形系数大,抗紫外线能力差,膜膜容易老化。

  1.4环保问题

    建筑内外墙乳胶漆涂料是以化学乳液、助剂、填料、颜料为原材料,采用高速分散、砂磨等工艺等制成,乳液为主要成膜物,但化学乳胶的分子结构不很稳定:其成膜困难,需要加入0.4-0.7%的成膜助剂;生产时,还必须加入分散剂、消泡剂;涂料粘度不稳定时,需要加入增稠剂、防沉剂;遮盖效果不好时,需要加入钛白粉、轻质碳酸钙;保质期短,需要加入杀菌剂、防霉剂;施工性不好,还要加入触变剂、流平剂、润湿剂,化学乳胶中含有大量剧毒的致癌物质,如甲醛、苯、乙苯、二甲苯、氨等,需要加入化学“遮味剂”,以达到“0VOC”、“环保水漆”、“ 净味”、“ 清味”、“ 无味”等开罐效果。此外,还有抗结皮剂、增光剂、消光剂、增硬剂、疏水剂、憎水剂、催干剂、滑爽剂、乳化剂、防粘连剂、防缩孔剂、防发花剂、防浮色剂、防胶凝剂、黏度稳定剂、抗氧化剂、除味剂、锤纹剂、导电剂、防静电剂、增白剂等上百种助剂,用这么多的化学品制成的乳胶漆,却难以使涂料的性能与建筑同寿命。

乳胶材料和乳胶漆涂料中含有甲醛、苯、乙苯、二甲苯、氨等易挥发性有毒害物质和汞、铅、镉、铬等有害重金属,从石油开采→石油化工→化工原料→化学品、→乳胶涂料,整个生产加工链,要多次消耗资源、能源并多次产生环境污染,使用这些材料的过程中,会污染人居环境空气,直接损害人体健康、甚至危及生命安全,影响建筑透气性和缩短建筑使用寿命,材料使用过程及寿命终止后回到环境,还会污染空气、水源、土壤、食物。

 2 HYM-21 可分散植物胶粉的性能及应用

2.1 HYM-21可分散植物胶粉的性能与特点

由北京环益美高分子聚合物研究所研制生产的HYM-21可分散植物胶粉,这是一种以植物高分子材料为主,经过洗涤,在一定温度条件下接枝共聚,再经过干燥、粉末化的一种植物型可分散胶粉,该胶粉能在0℃-40℃温度环境中成膜,其膜为网状结构,离子型、带正电荷,性能十分稳定。

HYM-21可分散植物胶粉的分子比化学乳液的分子稍大,为高强分子,能够与化学乳液小分子中的极性基团在常温条件下发生胶联共聚反应,生成一种性能更好成膜质量更好、性能更稳定的合成树脂乳液。

HYM-21生态功能型树脂本身的粘结强度要高于化学乳液,主要作用是增粘、增稠、增强,该产品与化学乳液共聚成膜后,形成的涂膜接触角更大,粘附力更强,粘稠度、流平性和防流挂性更好,涂膜的遮盖力强,施工操作性有明显改善,涂层强度与质量稳定性也有所提高。

HYM-21生态功能型树脂与化学乳液产生胶联共聚反应后,其成膜物的物理、化学性能更强,可以显著提高涂料成膜能力、膜的结构力学、膜的结构稳定性。可以很切实、形象比喻一下:没有用HYM-21生态功能型树脂的涂料成膜物如同“无纺布”,使用HYM-21生态功能型树脂的涂料成膜物如同“有纺布”。

HYM-21生态功能型树脂是一种低碳、环保、原生态胶凝材料(相关参考文献《生态多功能树脂型可分散系列胶粉的性能及应用范围》www.zglsjc.cn中国绿色建材网,作者:北京环益美高分子聚合物研究所总工程师周广德)。

    HYM-21生态功能型树脂具有国际领先水平,产品不仅在国内市场受到欢迎,还远销海外市场。

    2.2 HYM-21在乳胶漆涂料应用范围

    按HYM-21:洁净常温水=1:9的比例,开启搅拌分散机,将HYM-21功能树脂缓慢加入到水中搅拌,边加边搅拌,直至HYM-21功能树脂全部溶解成乳状液,静停待用。

    2.21 内墙乳胶涂料

    可以用25%—50%等量的HYM-21的水溶液替代等量50%的苯丙乳液,生产内墙乳胶漆涂料。内墙乳胶漆参考配方(略,可另作咨询)。

    2.22 水性内墙环保漆

    按 3%-4%的胶粉添加量或与硅溶胶、硅酸钾水溶液,不用化学乳液,可生产出干摩擦不掉粉的水性内墙环保漆。此内墙乳胶漆参考配方(略,可另作咨询)。

    2.23 真石漆

    可以用0.6%添加量替代25%-30%等量的丙烯酸弹性乳液,生产真石漆涂料,可以显著提高真石漆粘稠度、粘附力、涂膜强度,减少飞砂现象。真石漆涂料参考配方(略,可另作咨询)。

    2.24 水包水仿理石漆涂料和水包水、水包油多彩涂料

    可以用30%-40%等量的HYM-21的水溶液替代等量的丙烯酸弹性乳液,生产水包水仿理石漆涂料和水包水、水包油多彩涂料(略,可另作咨询)。

    2.25 JS防水涂料

    可以用30%-40%等量的HYM-21的水溶液替代等量的丙烯酸弹性乳液,生产双组分JS防水涂料。JS防水涂料参考配方(略,可另作咨询)。

    2.26 弹性拉毛涂料

    可以用30%-40%等量的HYM-21的水溶液替代等量的丙烯酸弹性乳液,生产弹性拉毛涂料。JS弹性拉毛涂料参考配方(略,可另作咨询)。

    2.27 干粉类无机涂料

    HYM-21与一些化学有机材料起胶联共聚反应外,还可以与矿物材料中的硅、铝、镁、钙等产生无机凝胶反应,生成新的、性能更好的无机胶凝材料、硅铝、硅钙、陶瓷粉等干粉型涂料。

    HYM-21,可以作为喷、滚、刷、抹、弹的薄层与厚浆质感涂料的主要胶凝材料或辅助胶凝材料,如硅藻泥壁材、粘土与矿物涂料、无机干粉涂料、砂壁状涂料等。干料类涂料参考配方(略,可另作咨询)。

    2.28 水性家具木器漆

    可以用20%-30%等量的HYM-21的水溶液替代等量的苯丙或硅丙乳液,生产水性家具木器漆。(略,可另作咨询)

    2.29木材粘合剂、木工胶(略,可另作咨询)

    HYM-21按一定用水比例,再配以适量其它功能材料,调制成胶液或胶乳,可以制成不含甲醛、VOC等有害物的环保木工胶、木材粘合剂等。

    2.210 壁纸胶

HYM-21按一定用水比例,再配以适量其它功能材料,调制成胶液或胶乳,可以制成不含甲醛、VOC等有害物的环保壁纸胶等。

    2.211油墨

    可用5 0.1%的添加量代替25-30%的合成树脂乳液,用于生产环保快干型印刷油墨或喷墨打印油墨。

   2.212其它方面的用途

    铸造;型煤;纸箱、纸盒、纸管等纸制品;办公用胶水;建筑用胶及界面处理剂; 固体废弃物处理及综合利用等。

    3 HYM-21植物胶粉和化学乳液共聚技术

3.1 HYM-21与化学乳液共聚合成树脂乳液的技术性能

2010年7月29日,我所将HYM-21植物胶粉和苯丙化学乳液各500g样品送北京市建筑材料质量监督检验站,委托该质检站:

首先以配制HYM-21可分散植物胶粉的水溶液,然后将其与苯丙乳液混合乳液状流体,其中胶粉:水=1:9(重量比),胶粉水溶液:苯丙乳液=1:1(重量比),配制完成后,按GB/T20623-2006《建筑涂料用乳液》标准要求进行检验,其各项性能指标如下:

序号

检验项目

指标要求

检验结果

本项结论

1

容器中状态

乳白色均匀流体,无杂质,无沉淀,不分层

乳白色均匀流体,无杂质,无沉淀,不分层

符合

2

不挥发物的质量分数,%

≥45

50

符合

3

黏度(23℃±2℃,3#转子,60r/min),mpa.s

--------------

  6000


4

最低成膜温度℃

    --------------

  1.7


5

冻融稳定性(3次)

  无异常

 无异常

符合

6

贮存稳定性

无硬块,无絮凝,无明显分层和结皮

无硬块,无絮凝,无明显分层和结皮

符合

7

稀释稳定性

上层清液≤5%

下层沉淀≤5%

上层清液≤4%

下层沉淀≤5%

符合

8

机械稳定性

不破乳, 无明显絮凝物

不破乳, 无明显絮凝物

符合

9

钙离子稳定性(0.5%CacCl2溶液)

48h无分层,无沉淀,无絮凝物

48h无分层,无沉淀,无絮凝物

符合

10

挥发性有机化合物

(VOC),g/L

≤30

  15

符合

从检测得出的数据,可以判定HYM-21植物胶粉和苯丙化学乳液进行胶联共聚后的合成树脂乳液的性能,完全符合GB/T20623-2006《建筑涂料用乳液》标准要求。

3.2 HYM-21植物胶粉和化学乳液共聚技术方法

先将450-550 kg水加入到具有剪切力的搅拌分散机内,开启电机,调速至200转/分钟,将50 kg HYM-21胶粉缓慢加入水中搅拌3分钟,将电机调速至2000转/分钟,将HYM-21胶粉全部溶解成胶液。

将400-500kg乳液(苯丙或纯丙或硅丙)缓慢加入到HYM-21胶粉水溶液中继续分散搅拌10分钟,进行常温自胶联增稠反应,胶联反应结束后,加入1-2kg水性消泡剂低速搅拌分散5分钟即可。

可将这种HYM-21与化学乳液合成树脂乳液直接用于涂料生产或用于其它用途的胶凝材料使用。

3.3 生产工艺流程

    可在涂料生产过程中直接加入到分散机内分散:按水→ HEC→ 分散剂→ 填料→ HYM-21→ 乳液→ 色浆→助剂,顺序加入并进行分散(请参考本所《外墙合成树脂乳胶漆生产配方及工艺》)。也可以按HYM-21胶粉:水=1:9(重量比),用分散机搅拌分散预制成胶粉水溶液,生产涂料过程中,在加乳液前或加乳液后,缓慢加入即可。

  4 高性能合成树脂外墙乳胶漆涂料的优点

北京环益美高分子聚合物研究所研制这款高性能合成树脂外墙水漆,已在北京、山西、黑龙江伊春地区、河北保定地区的外墙上使用,其优良的技术性能、经济实用性和涂装效果,深受建筑工程承包方及施工人员的肯定和好评。

其主要性能与特点:

4.1 减少乳液、色浆、助剂用量。

采用HYM-21高性能天然树脂,可节省30-50%的化学乳液和减少30%-50%化学色浆及化学助剂用量,节约资源,降低了产品成本。

4.2 改善产品质量。

由于采用HYM-21高性能天然树脂,提高了涂料与基面粘附能力及涂膜强度3倍以上,有效解决了涂料因粘附力着差,而出现的起皮脱层现象。

4.3 涂料存放稳定、存放期长。

本涂料采用HYM-21高性能天然树脂与化学乳液在常温下产生胶联共聚反应,生成一种三维状网络结构,其性能更好、其涂膜结构力更稳定,涂料装桶可长期存放,不易沉淀、不分层。    

4.4 环保健康。

 HYM-21高性能天然树脂具有的天然活性成分,可以激发涂料中甲醛、甲醇、甲苯、二甲苯、乙苯、氨等多种易挥发性有毒害物质,在短时间内随水分快速挥发,减少残留。这比往涂料中添加大量“遮味剂”、“芳香剂”,更为更为经济和环保。  

4.5 触变性好、遮盖力强。

HYM-21具有天然的十分稳定、粘结力很强的极性基团,通过和化学乳液中的小分子团胶联共聚后,会形成紧密、稳定结构的合成树脂,因此,HYM-21具有显著的增粘、增稠、增强作用,其增稠效果比往涂料中添加HEC和化学增稠的要好,涂刷不流挂、不起皱、不花色。

4.6 具有一定透气性。

HYM-21高性能天然树脂与化学乳液(苯丙、纯丙、硅丙)生成合成树脂,其膜强度高、附着牢固、封闭性好,具有微透气,并能有效阻止水分子通过,因此,可在湿基面施工涂刷,涂层遇湿、遇潮不空鼓、不开裂、不起皮、不剥落。

4.7省工、省时、省钱,工料成本低。

只要外墙基面基本平整,就可以不用外墙腻子找平,也可以不刷封闭底漆,直接滚刷一遍即可成活,工料成本仅3.7元/m2。改变了传统外墙涂装工艺:先用腻子刮平并打磨平整,再刷封闭底漆,再滚刷2-3遍乳胶漆的做法。

4.8 涂饰效果自然美观。

HYM-21高性能天然树脂的分子大于乳液分子,中的小分子团胶联共聚后,会形成紧密、稳定的多维结构。HYM-21高性能天然树脂与化学乳液大小分子间,搅拌分散状态下,进行级配组合,逐渐形成三维网络状结构,这种结构紧密、很稳定,这与线性结构有很大的区别,可以减少因光反射、折射、泛光导致涂层光泽度分布不均或因墙面不平而产生的视角偏差,确保涂料达到最佳装饰效果,涂层表面细腻、手感光滑、属自然哑光性涂料。                                                                                        5综述

    化学乳液及水性漆中添加HYM-21可以增加漆膜的结构强度、附着力、遮盖率、保色性和提高装饰效果,节省原材料、工料成本,降低涂料中有害物含量,减少污染,有利健康、保护环境,既具有经济效益,又有社会效益,值得大力推广和应用。