将配方量的水、纤维素、消泡剂等加入混合罐 , 开动搅拌 , 用 AMP-95 调节 pH 值至 8 . 0 ～ 8 . 5, 再加入颜填料、分散剂 , 高速分散约 40 ～ 50 min, 然后加入混合基料、 Texanol 酯醇等助剂 , 充分搅拌均匀后过滤即得成品 , 其工艺流程如下 :

1. 3 　产品性能指标产品的性能指标见表2 。

表2 　产品性能指标

2 　结果与讨论

2. 1 　复合基料成膜机理

硅溶胶是以水为分散介质的无机高分子聚偏硅酸的胶体溶液 , 其二氧化硅粒子多以球状单个或多个聚结体分散 , 能牢固地附着在底材和填料颗料表面 , 随着水分的不断蒸发 , 二氧化硅粒子间能形成牢固的 Si — O 键而成为连续涂膜。

由硅溶胶本身所形成的无机涂层比较脆 , 且涂层中残留少量的亲水基团和较大的孔隙率。引入有机高分子乳液后 , 乳液中的有机高分子均匀地分布在 “— Si — O — Si —” 无机涂层的间隙中 , 以有机物特有的较好的弹性弥补硅氧键的韧性不足 , 屏蔽无机涂层中残存的亲水基团。同时还能在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲 , 并使涂层具有一定弹性。这样不仅可以改善无机材料在成膜后发硬变脆的弊病 ; 同时又避免或减轻了有机材料易老化、不耐沾污、耐热性差 等问题。

2. 2 　硅溶胶用量的影响

硅溶胶作为主要成膜物 , 其用量直接影响涂膜的附着力 , 见表 3 。硅溶胶用量低时二氧化硅粒子不能包覆颜填料颗粒 , 不能形成连续涂膜 , 故附着力低 ; 硅溶胶用量高时 , 二氧化硅粒子对固体颗粒包覆层加厚 , 使颗粒之间及颗粒与基层之间附着力降低 , 且使涂料成本增加。试验表明 , 硅溶胶用量以 30 % ～ 60 %( 按固体分计 ) 为宜。

表 3 　硅溶胶用量与涂膜附着力的关系

2. 3 　复合涂料贮存稳定性的影响因素

2. 3. 1 二氧化硅粒径的影响

硅溶胶的二氧化硅粒径对涂料贮存稳定性的影响见表 4, 二氧化硅粒径对涂膜性能的影响见表 5 。

表 4 　二氧化硅粒径对涂料贮存稳定性的影响

表 5 　二氧化硅粒径对涂膜性能的影响

　　由表 4 、 5 可见 , 二氧化硅粒径过大 , 涂料的贮存稳定性变差 ; 二氧化硅粒径过小时 , 涂料常温脱水缩合交联反应增多 , 脱水量大 , 固化时间长 , 涂膜疏松且易产生裂纹 , 因而附着力、耐水性较差。综上所述 , 选用粒径 10 ～ 20 nm 的硅溶胶品种较好。

2. 3. 2 p H 值的影响

有关资料介绍 [5] , 硅溶胶的稳定性与 pH 值之间有着密切的关系。当硅溶胶的 pH 值约为 7 和大于 12 时 , 硅溶胶最不稳定。这是因为当 pH 值等于 7 时 , 硅溶胶颗粒表面双电层消失 ; 而当 pH 值大于 12 时 , 硅溶胶转变为模数等于 5 的水不溶性硅酸钠而发生凝胶 , 导致体系不稳定。本文用来配制复合涂料的硅溶胶大多呈碱性。硅溶胶和苯丙乳液两者都是借助扩散双电层来保持自身的稳定 , 因此 pH 值的控制至关重要。 pH 值的改变会直接导致扩散双电层的破坏 , 从而影响体系的稳定。因而在硅溶胶与苯丙乳液混合时要先测两者的 pH 值 , 只有两者 pH 值相近时才可以直接拼混。复合涂料贮存稳定性与 pH 值的关系曲线见图 2 。

图 2 pH 值与复合涂料贮存稳定性关系曲线

由图 2 可见 , 复合涂料 pH 值在 8 ～ 11 之间 , 有一个比较稳定的区域 ,pH 值超过 11 , 贮存稳定性下降得较快。鉴于这种情况 , 将复合涂料的 pH 值调到 8 ～ 11 的范围内 , 有利于涂料的稳定贮存。

2. 3. 3 颜填料的影响颜填料选用不当也会造成复合涂料的不稳定 , 例如复合涂料不能选用氧化锌、轻质碳酸钙等。其原因在于氧化锌活性较大 , 且 Zn 2 + 可能会导致某些阴离子乳化剂乳液破乳 ; 轻质碳酸钙是由氧化钙经过碳化工艺制得 , 碳化不完全时 , 产品中含有一定量残留氧化钙 , 氧化钙遇水水化形成强碱氢氧化钙 , 会改变涂料体系的 pH 值。另外 , 其中游离的钙离子还会影响乳液组分的钙离子稳定性。实验表明 , 对硅溶胶 - 苯丙乳液复合体系 , 选用硅灰石粉、灰钙粉、滑石粉较好。当使用钠基膨润土或经钠化改性处理的钙基膨润土时 , 由于膨润土在水中会电离形成离子 , 因此应与所用乳液进行相容性试验 , 以免因其电离的离子与乳液中乳化剂离子的电性相异而引起破乳现象。笔 者曾将分散好的膨润土分别与醋丙、苯丙、纯丙乳液进行相容性试验 , 结果见表 6 。

表 6 　乳液 / 膨润土混合体系的相容性

　　由表 6 可见 , 膨润土与苯丙乳液、纯丙乳液有良好的相容性 , 它们的混合体系是稳定的 , 而醋丙乳液与膨润土混合时会出现破乳。

2. 3. 4 助剂的影响助剂的使用能增强涂料的性能 , 但用得不当会导致涂料体系不稳定 , 因此在选用时要注意助剂与乳液体系的相容性。分散剂的影响 : 润湿分散剂在颜料浆的制备过程中起关键的作用。分散剂选用不当或是效力不足都会影响涂料的贮存稳定性 , 使涂料发生凝聚或粘度增大 , 因此应尽量选用与复合体系带有相同电荷的润湿分散剂 , 同时对硅溶胶和所选的润湿分散剂进行相容性实验。本实验选用汉高公司的 Hydropalat759 分散剂 , 它是一种磷酸酯的复合物 , 与复合体系相容性较好。而聚羧酸盐类阴离子分散剂对此体系效果较差 , 贮存过程中涂料易发生絮凝 , 粘度上升。增稠剂的影响 : 增稠剂的选用对复合涂料稳定性的影响很大。实验证明 , 羟乙基纤维素和缔合型聚氨酯类增稠剂拼用对硅溶胶 - 苯丙乳液复合体系有极好的增稠效果 , 优异的流平性 , 且涂料贮存 3 个月以 上黏度基本不变 ; 而加入少量的聚丙烯酸钠 , 体系即发生絮凝。

2. 4 　成本分析

本配方中硅溶胶用量 ( 按固体分计 ) 为 50 %, 较大比例地代替了苯丙乳液 , 由于硅溶胶价格便宜 , 因此大大降低了原材料成本 ; 加入膨润土 , 既可以作辅助粘结剂代替部分乳液用量 , 又是无机增稠剂 , 减少了增稠剂用量 ; 硅灰石粉和立德粉的加入 , 可代替部分价格较高的钛白粉 , 而涂料的遮盖力并不降低 ; 多功能助剂的用量少 , 功效大 , 减少了分散剂的用量 , 又调节了 pH 值 ; 分散剂、消泡剂等助剂选用合理 , 相容性好 , 在较低用量内充分发挥了作用 , 涂料性能未受到影响 , 而涂料的总体成本却大为降低。

3 　结　语

以苯丙乳液和硅溶胶为主要成膜物 , 成膜后既保持了无机涂料具有的硬度 , 又具有一定的柔韧性 , 保持了有机涂料的快干和易刷性 , 发挥了两者的优势 , 有利于提高涂料性能 , 降低成本。硅溶胶型建筑涂料原料来源广泛 , 是一种具有发展前景的建筑涂料。