硅溶胶型石材防水剂的制备及其性能研究

第 11 期 7 硅溶胶型石材防水剂的制备 及其性能研究 田立朋1，2 王 力1 （1.山东科技大学化学与环境工程学院，青岛 266510；2.青岛科技大学化学与分子工程学院，266042） 摘 要 ： 以硅溶胶和纯丙乳液为主要原料制备了一种石材涂饰防水剂。 研究了硅溶胶、 石蜡乳液 对其性能的影响。 实验结果表明 ： 在石材涂饰防水剂中添加6%的硅溶胶和适量的石蜡乳液， 可以提 高纯丙乳液的耐水性、 抗老化性和耐沾污性。 关键词 ： 硅溶胶 ； 防水剂 ； 纯丙乳液 中图分类号 ： TQ 637 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1009-1696 （2009） 11-0007-03 0 引言 各类石材及石雕工艺品是现代装饰中的高档建材 产品， 但在使用过程中由于长期暴露在大气中， 经受 较为苛刻的恶劣环境条件， 比如严寒、 潮湿和酸雨等， 其表面会出现不同程度的风化和锈蚀， 需对其表面涂 饰防水剂， 以提高石材及石雕工艺品的耐候性和耐水 性 1 。 恶劣大气环境对涂饰防水剂的性能要求很高， 为提高涂膜的耐水性、 耐老化性和耐沾污性， 采用自 交联型乳液并用硅溶胶进行改性， 以提高涂饰防水剂 的交联密度， 达到增强耐水性和耐沾污性的目的 2-3 。 硅溶胶分子表面具有羟基， 在硅溶胶-乳液复合 涂料中， 水性硅溶胶粒子分散于有机高分子乳液中， 成膜后既提高了涂膜的附着力，又可增加涂膜的韧 性， 大幅度提高该类涂料的性价比 4 。 粒径为纳米级 的硅溶胶在高分子乳液基料中的良好分散， 可以提高 高分子乳胶膜的耐水性和耐沾污性， 有利于提高石材 防水剂的防水性能。 本文将自制的石蜡乳液添加到硅 溶胶-乳液复合型涂料中， 制成了一种性能良好的石 材防水剂。 1 实验部分 1.1 主要原料与仪器 硅溶胶、 自制纯丙乳液、 石蜡、 硅油， 均为化学纯。 上海涂料 SHANGHAI COATINGS 第 47 卷第 11 期 2009 年 11 月 Vol. 47 No. 11 Nov. 2009 收稿日期 2009-08-14 石材样品。 D40-2F型电动搅拌器、加热恒温水浴锅、 离心机。 1.2 实验方法 石蜡乳液的制备 5-6： 将石蜡粉碎成小块， 在烧 杯中加热熔融， 加入复配的表面活性剂和热水， 在一 定温度和1 000 r/min搅拌速度下乳化， 快速冷却后再 加入消泡剂和pH调节剂，搅拌均匀，即制得石蜡乳 液。 乳液的稳定性测定 ： 取少许乳液在离心机上离心 15 min， 不分层、 不浮蜡为合格。 涂饰防水剂的制备 ： 在搅拌下将水、 硅溶胶、 石 蜡乳液、 消泡剂、 成膜助剂混合均匀， 然后加入计量 的纯丙乳液并搅拌均匀， 最后加入消泡剂消泡， 制得 防水剂成品。 涂饰防水剂的配方见表1。 表1 防水剂的基本配方 原 料规 格质量分数/% 纯丙乳液 （自制）52% 固体分91 硅溶胶20%40%碱溶液6 石蜡乳液18% 固体分1.5 成膜助剂Texanol酯醇0.5 pH调节剂氨水适量 消泡剂50A适量 丙二醇 （冻融稳定剂）适量 上海涂料 8 第 47 卷 2 结果与讨论 2.1 涂饰防水剂的性能 防水剂的耐水性、 耐洗刷性等性能测试， 按照国 家标准JC/T 8642000 聚合物乳液建筑防水涂料 进 行。 按照表1配方配制涂饰防水剂， 在石材样品上进 行性能测试， 实验结果如表2所示。 表2 防水剂的性能 检测项目 检测结果 纯丙乳液涂饰防水剂 耐水性90 h无异常120 h无异常 附着力/级1 1 硬度2H3H 耐洗刷性/次10 00023 000 耐沾污性/115 耐老化性 （200 W紫外灯） 600 h不起泡、 不脱落 900 h不起泡、 不脱落 由表2可知 ： 添加硅溶胶的纯丙乳液在耐水性、 耐老化性和耐沾污性等方面的性能有明显提高， 说明 硅溶胶有助于提高乳胶漆的性能。 2.2 硅溶胶对涂饰防水剂性能的影响 改变表1配方中硅溶胶的用量， 考察硅溶胶用量 对防水剂耐水性的影响， 结果如图1所示。 图1 硅溶胶用量对防水剂耐水性的影响 图1表明 ： 随着防水剂中硅溶胶用量的增加， 防 水剂的耐水性逐渐增强，直到一定用量时达到最大 值， 然后随着硅溶胶用量增加， 其耐水性变差。 当硅 溶胶用量在6%左右时， 防水剂的防水性达到最佳。 这一结果可由硅溶胶的无机粒子特性来解释 ： 当 硅溶胶用量较小时， 由于其颗粒粒度在纳米级别， 所 以硅溶胶颗粒可以均匀地分散在高分子乳液所形成的 漆膜微孔中， 又由于硅溶胶表面的多羟基具有很大活 性， 也可以与乳液或疏水剂发生键合， 增强涂膜的交 联密度， 起到填充防水作用。 但是， 当硅溶胶的用量较 大时， 其总量已经超过微孔的体积， 高分子乳液就无 法对硅溶胶颗粒进行较好的包覆而导致硅溶胶颗粒裸 露在乳液形成的薄膜外， 由于无机硅溶胶粒子的亲水 性导致防水剂的耐水性反而降低。 硅溶胶用量对附着力的影响见图2。 图2 硅溶胶用量对附着力的影响 由图2可见 ： 附着力的变化趋势和耐水性的变化 趋势一致。 虽然该防水剂的成膜物质为纯丙乳液， 但 是由于硅溶胶的多羟基矿物结构， 其对无机底材的吸 附能力较强。由图2可以看出 ：加入6%硅溶胶时防 水剂的附着力最佳。 2.3 石蜡乳液对涂饰防水剂性能的影响 添加石蜡乳液的目的是利用石蜡的疏水性来提 高乳液的耐水性和防污性， 据报道 3 ， 这一作用应该 归因于石蜡的低表面能。 其作用过程如下 ： 当石蜡乳 液被分散到乳胶漆中成膜时， 石蜡乳化颗粒填充到乳 胶漆膜表层的空隙中， 形成一层连续的薄膜。 具有较 低表面张力的石蜡使得漆膜更为憎水， 提高了其耐水 性， 同时也使得漆膜更为致密， 提高了耐沾污性。 在 实验过程中还发现 ： 添加过多石蜡乳液对提高防水剂 的性能并无多大作用， 并且会影响到成本， 所以石蜡 乳液的用量不宜过大。 3 结语 以纯丙乳液为主要成膜物， 添加硅溶胶和石蜡乳 液制成综合性能优良的石材涂饰防水剂。 其中纳米级 第 11 期 9 硅溶胶增强了涂膜的交联密度， 石蜡乳液提高涂膜的 疏水防水性。 实验结果表明 ： 在石材涂饰防水剂中添 加6%硅溶胶和适量石蜡乳液可以提高纯丙乳液的耐 水性、 抗老化性和耐沾污性。 参考文献 1 余剑英， 董连宝， 孔宪明.我国建筑防水涂料的现状与发展 J .新 型建筑材料， 2004 （10） ： 28-32 2 徐峰， 王自银.耐沾污型硅溶胶-丙烯酸酯乳液复合外墙涂料的研 制 J .现代涂料与涂装， 2004 （2） ： 21-24 3 李玉平， 王亚强， 张平， 等. 新型乳胶漆用疏水剂的研制 J .涂料工 业， 2004， 34 （11） ： 4-7 4 田立朋， 孙道兴， 王力.硅溶胶的制备及其在涂料中的应用 J . 上 海涂料， 2006 （11） ： 23-25 5 任晓光， 刘嘉敏.皮革去污上光用乳化蜡的研制 J . 精细石油化工， 2002 （3） ： 39-41 6 刘艳新， 赵传山， 韩玲.影响石蜡乳化的因素 J .中华纸业， 2004， 23 （4） ： 35-37 自清洁粉末涂料的研制 晁 兵 晁 宇 倪 雅 刘国彬 （江苏中矿大正表面工程技术有限公司 徐州市表面工程技术研究中心， 221008） 摘 要 ： 采用自制的活性纳米Al2O3微粒研制成自清洁粉末涂料。 经扫描电镜观察、 接触角等测定， 涂层表面呈现纳米微观结构， 具有明显的超疏水性。 提出了自清洁粉末涂料今后的研究方向。 关键词 ： 粉末涂料 ； 自清洁 ； 纳米Al2O3； 疏水性 中图分类号： TQ 630.6 文献标识码： A 文章编号： 1009-1696 （2009） 11-0009-03 0 引言 当前自清洁涂料的研究与应用已取得了显著成 果。 日本是世界上较早开展纳米粒子光催化活性及用 于涂层自清洁、 抗菌功能研究的国家之一， 20世纪90 年代即实现在陶瓷、 玻璃等材料上的工业应用 1 。 我 国中科院化学所江雷研究员首创二元协同原理， 研制 成超双疏/双亲材料 2 ， 并成功用于高档领带、 丝巾 （艾 利特服装公司） 、 羊绒制品 （鄂尔多斯集团） 、 西服 （杉 杉集团） 等产品上， 超双亲自清洁涂料也被国家大剧 院工程采用。 从2000年开始 3 ， 复旦大学武利民教授 根据荷叶的自清洁原理， 选用不同结构、 形状的无机 颗粒材料进行疏水改性， 制备成涂层表面具有类似荷叶 凹-凸形貌的新型涂料， 在上海闵行区浦江镇世博会动 迁工程、 徐家汇下立交重点工程墙面防护中获得成功应 用， 使用效果良好。 这些研究成果都激励和促进了粉末 上海涂料 SHANGHAI COATINGS 第 47 卷第 11 期 2009 年 11 月 Vol. 47 No. 11 Nov. 2009 收稿日期 2009-08-10 作者简介 晁兵， 男， 主要从事腐蚀与防护技术的研究与应用工作。 涂料技术人员研究自清洁粉末涂料的积极性。 1 涂层自清洁原理 现行亲水性定义为 4-5：正常水接触角150为超疏水。 目前 涂层自清洁机理主要有以下几种 ： 超疏水、