張哲滔
(廣東萬和新電氣股份有限公司,廣東 佛山 528303)
2018年1月1日,《環(huán)境保護(hù)稅法》正式實施,同質(zhì)化嚴(yán)重的涂料企業(yè)紛紛向環(huán)保方向轉(zhuǎn)型靠攏。與此同時,丙烯酸、鈦白粉等原材料的漲價,人們環(huán)保觀念的增強(qiáng),嚴(yán)重壓縮了涂料企業(yè)的生存空間。面對各方面壓力,開發(fā)新型的環(huán)保涂料成為涂料企業(yè)確立環(huán)?;l(fā)展的有力路徑。
地聚物(Geopolymer),是一類新型的無機(jī)縮聚三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膠凝材料,其優(yōu)良的力學(xué)性能及低VOC排放的特性在建筑材料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文主要探討了地聚物基涂料的制備及涂層的性能[1]。
1)基料:偏高嶺土,速溶硅酸鈉(模數(shù)2.0)、鈦白粉(金紅石型),乳膠粉,滑石粉(600目)等;
2)助劑:分散劑,潤濕劑,保水劑,消泡劑,流平劑等;
3)基材:纖維增強(qiáng)硅酸鈣板(150×80 mm)。
通過選擇合適的原材料,并對部分原材料進(jìn)行改性,通過圖示來說明低VOC地聚物基涂料的制備過程,如圖1[2]。
圖1 地聚物涂料制備工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of geopolymer coating
實驗選擇纖維增強(qiáng)硅酸鈣板為基材。用水將樣板表面清洗干凈,用砂紙打磨平整后待用。
纖維增強(qiáng)硅酸鈣板作為涂層機(jī)械性能測試的基材,尺寸為150 × 80 (mm),涂層厚度為90μm。本實驗采用線棒涂布,將涂料均勻的涂布在試板上,之后貼好標(biāo)簽,在35℃烘箱中養(yǎng)護(hù)7d。
按GB/T 1730-2007測定涂層的硬度;按GB/T 1731-1993測定柔韌性;按GB/T 9286-1998測定涂層的附著力;按GB/T 1732-1993測定抗沖擊強(qiáng)度;按GB 1728-1979測定漆膜干燥時間;按GB/T 1733-1993和GB/T 1763-l989檢測涂料耐水和耐酸堿性能。
VOC是揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds)的英文縮寫,我國通常將涂料產(chǎn)品中在常壓下沸點不大于250?℃的任何有機(jī)化合物都定義為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)。地聚物基涂料是以微細(xì)粉末狀存在的無機(jī)固體涂料,施工時配水,以液態(tài)狀轉(zhuǎn)移到被涂物上,經(jīng)烘烤熔融、固化從而成膜的涂料。與傳統(tǒng)涂料相比,地聚物基涂料不含樹脂、固化劑、溶劑,VOC排放接近為零,是綠色環(huán)保的涂料。
選擇細(xì)度為600目的滑石粉為填料,滑石粉占涂料質(zhì)量分?jǐn)?shù)取值0%、5%、10%、15%、20%,依次遞增,按照目測的測試方法測涂料抗裂性,如表1所示。
表1 不同配方涂層表面情況Table 1 The surface condition of different coatings
地聚物基涂料開裂的主要原因是由于其自身的收縮變形。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,沉降收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于涂料的表面張力,導(dǎo)致涂料易產(chǎn)生裂縫。此外,由于涂料表面固化速率較快,表面固化時內(nèi)部漿料還未完全硬化,其表面和內(nèi)部存在一個應(yīng)力梯度層,當(dāng)應(yīng)力差達(dá)到一定程度時,表層硬殼被拉裂造成開裂。
從表1可以看到配方添加滑石粉,抗裂性能有所提升,分析原因可能是片狀的滑石粉起到橋接作用,很好地提高了抗裂作用。當(dāng)滑石粉含量達(dá)到一定值時,涂層抗裂性也達(dá)到最優(yōu)值。根據(jù)實驗結(jié)果,滑石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%~15%左右時,涂層抗裂效果較好。
SEM掃描電鏡圖如圖2所示。
(A)1000倍;(B) 600倍
圖2 涂層掃描電鏡圖
Fig.2 SEM photograph
我們通過掃描電鏡,發(fā)現(xiàn)該涂料在微觀上基本上沒有裂紋,和宏觀上表現(xiàn)一致,同樣均勻致密。而且涂層表面呈片狀交錯疊加排列,從而一定程度上提高了涂層的抗裂性能。
由于本涂料是用無機(jī)基料地聚物成膜,且成膜致密、強(qiáng)度高、在高溫下不回粘,因而耐沾污性相對較好。
制備地聚物基涂料,充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅?,按國家?biāo)準(zhǔn)中所述的方法進(jìn)行試驗。共制取5張樣板,每塊樣板各取3個測量點。反射系數(shù)下降率如表2所示。
表 2 反射系數(shù)下降率Table 2 The rate of decline about reflection
測試中反射系數(shù)下降率均小于20%,符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
圖3為乳膠漆、憎水無機(jī)涂料和地聚物基無機(jī)涂料耐沾污性對比圖。
(A)乳膠漆; (B)憎水無機(jī)涂料耐; (C)地聚物基無機(jī)建筑涂料圖3 乳膠漆、憎水無機(jī)涂料和地聚物基無機(jī)涂料耐沾污性圖Fig.3 Contaminates resistance of emulsion paint,inorganic coating and inorganic coating based on geopolymer
地聚物基低VOC涂料按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制備樣板并檢測其各項性能,結(jié)果見表3[3]。
表3 地聚物基涂料性能檢測結(jié)果Table 3 Properties of coating based on geopolymer
(1)以資源豐富且價格低廉的偏高嶺土基地聚物為原材料制備的低VOC涂料,不但綠色環(huán)保,而且涂料的綜合性能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。
(2)地聚物基涂料的抗裂性能和耐沾污性能優(yōu)秀,和乳膠漆等涂料性能不存在差距。