金贞玉;邹国华
【摘 要】采用一种无机改性交联剂可以有效屏蔽聚乙烯醇(PVA)上部分羟基,改性后的PVA与硅溶胶产生半互穿网络(Semi-IPN)连接,形成复合胶.所得的复合胶既有聚乙烯醇的优良成膜性,又有硅溶胶的耐水性和硬度,再加入优质廉价的颜填料,适当调节体系性能,便可生产出性价比高的环保水溶性建筑涂料.%The use of an inorganic modified - crosslinker could effectively shield off part of the hydroxyl group in polyvinyl alcohol (PVA) , and the modified PVA and silicasol formed a semi -interpenetrating network (semi -IPN) connection, resulting a compound adhesive. The compound adhesive could provide good film forming ability of PVA, as well as the water resistance and film hardness of the siliconsol. Adding quality cheap pigments and fillers in the compound adhesive and properly adjusting system performance, a cost -effective, environmental friendly watersoluble architectural coatings could be formulated. 【期刊名称】《涂料工业》
【年(卷),期】2013(043)003
【总页数】5页(P41-45)
【关键词】聚乙烯醇;硅溶胶;半互穿网络;交联剂;环保水性涂料
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口袋罪【作 者】金贞玉;邹国华
【作者单位】江西省建材科研设计院,南昌330001
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ635.5
曲率驱动
钢筋混凝土我国是涂料生产和消费大国。虽然我国建筑涂料在近十几年发展迅速，但是，目前涂料产品还是以中低档为主，真正的环保、高功能涂料产品所占比例不高，某些环保涂料的技术含量还远远落后于国外知名品牌。
目前，我国建筑内墙涂料主要以功能性乳胶漆为主［1］，虽然乳胶漆较溶剂型涂料在施工
、VOC 释放、涂膜性能和装饰性等方面有一定优势，但其高昂的售价，易溶胀鼓泡及仍有少量VOC 和游离甲醛释放是其被广泛使用的障碍。
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水溶性涂料以聚乙烯醇(PVA)及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及水溶性无机高分子材料等。目前，国内市场上的水溶性建筑涂料［2］基本为聚乙烯醇或改性聚乙烯醇［3－4］(甲醛改性已禁用)灰钙粉类涂料。这类涂料虽有无毒、无害、成膜性能优良、价格低等优点，但因PVA 分子中含有一定的羟基，亲水性大，所以涂料耐水、耐碱性都较差，涂层质软，受潮后容易剥落，同时还易泛黄变。而水溶性无机高分子材料又因耐水性问题和涂膜柔韧性问题很难单独应用于建筑涂料。
本课题利用特种改性交联剂屏蔽PVA 上部分羟基，并使其与硅溶胶生成半互穿网络，所得的复合胶既有PVA 的优良成膜性，又有硅溶胶的耐水性和硬度。加入颜填料并适当调节体系性能，就能生产出与环保乳胶漆性能相似，与PVA 灰钙粉类涂料成本相似的水性建筑涂料。
1 实验部分
1.1 原料和设备
实验所用主要原材料的名称、规格和生产单位见表1。实验设备的型号和生产厂家见表2。
1.2 基础配方
本研究的涂料(白内墙涂料)基础配方如表3 所示。
1.3 胶料的制备与改性
(1)制备PVA 质量分数为3%的水溶液。称取计量的PVA 固体于烧杯中，加入定量的水，静置2 h，放入水浴中搅拌加热到100 ℃，恒温搅拌，直至PVA 固体全部溶解，冷至常温，待用。
(2)称取定量上述PVA 溶液入烧杯，边搅动边滴加硅溶胶和消泡剂，持续搅动15 min，再缓慢滴加MC，持续搅动0.5 h，调整pH 为8 ～9，成半透明均一溶液即得基料，密封待用。
表1 主要原材料的名称、规格和生产单位Table 1 Names，specifications and origins of the main raw material生产单位聚乙烯醇(PVA)1999原材料规格/型号内蒙古双欣资源集团浙江宇达化工有限公司改性交联剂(MC)自制硅溶胶LS－30重庆钛业股份有限公司化工尾料(1)8
00 ～1 000 目江西乐平某化工厂二氧化钛R258江西上高县雪峰粉体有限公司高岭土MCP－9090 苏州美克凯锐化工有限公司滑石粉1 000 目江苏省海安石油化工厂高效分散剂HT－5040聚乙二醇PEG－400南通市晗泰化工有限公司
注：(1) —化工尾料的主要成分为超细SiO2。
表2 主要实验设备的名称、型号和生产厂家Table 2 Names，models and manufacturers of the main experimental equipment生产厂家电热鼓风干燥箱DK40A设备型号东莞市豪邦工业设备有限公司昆山得欣机电有限公司涂－4#杯黏度计NDJ－5上海伦捷机电仪表有限公司实验分散机AF－200Q上海沪粤明科学仪器有限公司耐洗刷测定仪QFS山东肥城佳贝尔仪器有限公司白度仪SBDY－1附着力测试仪QFH 苏州圣光仪器有限公司
表3 涂料基础配方Table 3 Basic fourmulation of the coatingw/%PVA 溶液(3%)原料36.0 15.0化工尾料(处理后)32.0硅溶胶10.0高岭土3.0滑石粉2.0 MC1.0二氧化钛0.3高效分散剂0.3杀菌防腐剂0.2消泡剂0.1聚乙二醇其他0.1
1.4 填料的加工与混合
(1)分别定量称取高岭土和二氧化钛，手工粗混均匀，待用。
(2)分别定量称取化工尾料和滑石粉，加入到已混好的高岭土和二氧化钛中，用机器混合10 min，即为填料。
1.5 涂料的合成
将基料缓慢加入到填料中，再加入少量高效分散剂、杀菌防腐剂和增稠剂，稍微搅拌后加入实验分散机中混合研磨30 min即得水性建筑涂料［5］。
生产工艺流程如图1 所示。
图1 涂料生产工艺流程Fig.1 Coating production process
1.6 涂料及涂膜性能测试
参照国家建材行业标准JC/T 423—1991《水溶性内墙涂料》，将所研制的涂料涂覆在石棉水泥试板上进行涂料的施工性能和涂膜的基本性能测试，结果如表4 所示。
表4 涂料基本性能参数Table 4 Basic performance parameters of the coating测试结果施工性项目指标涂刷二道无障碍0.5实干时间/h24表干时间/h 10 级(完全流平)抗流挂性无流挂流平性无结块、沉淀和絮凝黏度/s30 ～7552容器中状态无结块、沉淀和絮凝13 ～15遮盖力/(g·m－2)≤300180细度/μm ≤100 94涂膜外观平整，泽均匀平整，泽均匀白度/%≥80 100耐水性无脱落、起泡和皱皮 无脱落、起泡和皱皮附着力/%100耐干擦性/级≤1(Ⅱ类)0耐洗刷/次≥300(Ⅰ类)≥500
2 结果与讨论
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2.1 MC 的用量
参考PVA 的缩甲醛改性原理［6］，PVA 与硅溶胶在催化剂作用下通过MC 发生改性并形成半互穿网络［7－9］连接。MC的设计与用量在本研究中起到至关重要的作用。使用量太小则涂料的耐水等性能不能很好地改善，使用量太大则涂料过早胶化或凝固。经过反复试验，发现选用一种合成的无机络合物作为改性交联剂能使PVA 和硅溶胶发生双向改性交联作用［10－11］，其作用机理如式(1)所示。
式中:x、y、z—1 ～9 的不同数字;M、N、O—不同的无机分子基团。
为了确定MC 添加量，本研究做了如表5 所示的实验。
从表5 中可见，当MC 添加量为复合胶总质量的2%时，胶的各项性能都很好，最适合用做涂料。
2.2 聚乙烯醇(PVA)与硅溶胶比例的影响
从PVA 与硅溶胶复配成复合胶的作用机理可见，硅溶胶既是半互穿网络的参与者，有助于改善涂膜的机械性能，又是主要成膜物质，但其本身成膜容易开裂，因此，PVA 与硅溶胶的比例直接影响到复合涂膜的性能，结果见表6。
从表6 可见，当PVA/硅溶胶质量比较大时，硅溶胶的量不足以形成较好的半网络穿插，涂膜较软，耐水性能较差;当PVA/硅溶胶质量比较小时，富余的硅溶胶形成杂乱连接，近程无序，干燥时易引起收缩开裂，所以，最佳比例应是4∶1。
表5 MC 添加量对复合胶的影响Table 5 The effects of the MC amount on the compound adhesivew(MC)/%胶的抽丝长/cm 胶的物理状态＜1透明液体状，流动好，耐水性不好，有轻微分层透明液体状，流动好，耐水性一般，无分层2 1 0.2 0.5稍黏稠透明液体，流动较
好，耐水性好，无分层黏稠液体，流动较困难，耐水性好，轻微失透4＞2.0黏稠难流动胶状体，耐水性很好，3 1.0完全失透
表6 PVA 与硅溶胶的比例对涂膜性能的影响Table 6 The effects of the proportion of PVA and silica sol on the coating film项目m(PVA)∶m(硅溶胶)6∶1涂膜性能大面积开裂，脱落1∶1 2∶1 3∶1 4∶1 5∶1局部开裂，耐水好，硬度4H边缘微裂，耐水好，硬度3H不开裂，耐水好，硬度3H不开裂，耐水一般，硬度2H不开裂，不耐水，硬度HB
2.3 主填料的选择
考虑到碳酸钙类填料会造成硅溶胶类涂料后溶胀和后增稠，本研究选用了一种成本更低的化工尾料做主填料。该化工尾料由生产NaF 产品时的副产物，主要成分为超细SiO2，其基本性能参数如表7 所示。淀法白炭黑相近，但比后者便宜。考虑到实际生产中这种尾料来源的不确定性，也可用1 000目左右的石英粉或硅微粉代替，但成本会有所增加。
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