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文檔簡介

22乳膠漆用顏填料乳膠漆的制備及其性能測試設計性實驗一、引言建筑涂料包括水性建筑涂料和溶劑型建筑涂料,溶劑型建筑涂料因其固化過程釋放有毒溶劑,不符合環(huán)保要求而在建筑涂料中受到限制,但由于溶劑型涂料的高分子成膜物耐老化性強、附著力好、涂層光潔、耐沾污、耐磨性、耐酸堿、耐水性等優(yōu)于一般水性涂料,在高層建筑的外墻裝飾中仍在使用。從長遠看,會被水性氟碳、硅丙等高性能涂料取代。水性建筑涂料分水溶性涂料和水乳膠涂料(乳膠漆),因乳膠漆工藝成熟,應用廣泛,乳膠漆是以聚合物乳液為基料,加入顏料、各種助劑和去離子水,經(jīng)特定加工工藝制備而成。聚合物乳液和顏料構成分散相,水為連續(xù)相。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,人們物質生活的不斷提高,環(huán)保意識的增強,對建筑室內(nèi)外裝飾用乳膠漆的要求越來越高。水性建筑涂料的主要成膜物質為聚合物乳液。在乳液制造技術上,現(xiàn)廣泛采用的無皂聚合,核殼聚合,室(常)溫自交聯(lián)聚合技術等等,為優(yōu)秀乳膠漆制造奠定了堅實的基礎。乳膠漆的品質主要由乳液、填料和助劑來決定。其中乳液的高低制約了乳膠漆的質量,彈性涂料乳液的一般在℃,成膜性能好,但抗污性能較差,普通乳膠漆乳液的較高,耐沾污性能好,但成膜性能差。而我國對乳膠漆的標準又定得很低,所以人們很難區(qū)別乳膠漆質量的優(yōu)劣。高性能乳膠涂料突出的優(yōu)點是耐候性好,耐水、耐堿、耐酸雨,抗污染性好、附著力強、涂膜吸水性小、透氣性大,是一種具有高性能、高裝飾性的環(huán)境友好型建筑涂料。如:硅丙乳膠涂料經(jīng)納米改性后,降低了表面張力、接觸角、涂膜的孔隙尺寸,使得涂料對基體的潤濕性和流平性有了明顯的改善。對于這種高耐候性、高耐沾污性、高保色性和低毒性的高性能涂料應精選優(yōu)質的顏料和各種助劑,以形成合理的匹配,并合理安排生產(chǎn)工藝,建立起完善的質量控制體系。以發(fā)揮系統(tǒng)的功能,制造出名副其實的高性能產(chǎn)品。二、乳膠漆的主要成分介紹1乳膠漆的基料乳膠漆分內(nèi)墻和外墻兩大系列,常規(guī)基料(乳液)主要有醋酸乙烯共聚物和均聚物、乙烯一醋酸乙烯共聚物、醋丙乳液、苯丙乳液、純丙乳液、環(huán)氧乳液、聚氨酯乳液,硅丙乳液以及氟碳乳液等。內(nèi)墻乳膠漆的成膜物以醋酸乙烯、苯丙乳液為主,外墻乳膠漆的成膜物主要以苯丙乳液、純丙乳液和硅丙乳液為主。在選擇最低成膜溫度時,外墻乳膠漆的應高一些,內(nèi)墻乳膠漆的應相對低一些。除了考慮乳膠漆的耐老化性、耐沾污性、防水性以外,對乳液的機械穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性等也要進行檢測,它們對涂料儲存和運輸?shù)姆€(wěn)定性影響很大。為提高乳液對基材的附著力,往往在乳液聚合過程中加入少量含羧基、羥基或乙烯基的功能性單體,以增強對金屬、水泥砂漿、木材等底材的附著力。顏料在乳膠漆中主要提供遮蓋力和裝飾性,填料可提高涂膜的機械性能和降低涂料成本。顏填料在乳膠漆中所占的比例在多數(shù)情況下都是最大的。在半光和平光漆中,顏填料與乳液的質量比多在1.:51甚至:以上,有光乳膠漆中的顏填料與基料比,多為 ?1,顏填料在乳膠漆中的作用應給予重視。乳膠漆對顏填料的要求可從以下幾方面考慮:(1給)涂料提供合適的顏色,使涂層能夠遮蓋底材,使顏色看上去賞心悅目;(2影)響涂料的光澤,使涂層的光澤增加、降低或消失;(改善涂膜的強度,改善涂膜對基材的附著力;(4使)涂膜的耐候性、耐光、耐水、抗酸堿、抗腐蝕、耐損傷等性能有所改善;(5在)盡量不降低涂料綜合性能的前提下,降低成本;(6改)善涂料的流動性和施工性能。滿足以上要求的顏填料,要從其色相、鮮艷度、遮蓋力、折光指數(shù)、粒徑及其分布、吸油值、密度、耐光性、耐熱性、化學反應性、抗?jié)B性、防腐蝕性、易分散性等性能指標方面衡量。在乳膠漆中使用最多、效果最好的白色顏料是鈦白粉。鈦白粉分為金紅石型和銳鈦型2類,金紅石型鈦白粉具有優(yōu)異的遮蓋力和耐候性,主要用于外墻涂料中。銳鈦型鈦白粉遮蓋力比金紅石型鈦白粉稍差,且易粉化,多用于內(nèi)墻涂料中。其他白色顏料,如立德粉、氧化鋅等,因其遮蓋力、白度及其它性能不理想,在內(nèi)外墻涂料中很少使用。紅色顏料有:氧化鐵紅、鎘紅、偶氮類有機紅、高性能有機紅,如鮮佳紅、永固紅等;黃色顏料有:鉻黃、氧化鐵黃、偶氮類有機黃、高性能有機黃類;黑色顏料有:炭黑、石墨粉、氧化鐵黑等;此外,酞菁藍、酞菁綠顏料也較為常用。有色建筑涂料的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是將干粉顏料加入去離子水、各種助劑經(jīng)機械研磨制成色漿,再與乳液、去離子水、助劑等調(diào)配成成品涂料。這種生產(chǎn)工藝工序長,產(chǎn)品質量的影響因素多,生產(chǎn)管理復雜,批次間顏色難以一致,花色品種比較單一,機械難以清洗,無法實現(xiàn)產(chǎn)品顏色的多樣性、準確性、重復性以及快速的客戶服務。另外,為乳膠漆選擇顏料時,要注意顏料的鮮艷度、極性,顏料表面處理和分散性問題,還要注意顏料的耐酸堿性以及相容性等問題。有機顏料耐光等級高、耐候性良好、色彩鮮艷的品種才可用于外墻乳膠漆中。乳液、分散劑、增稠劑等乳液成分都是極性物質;而大量用于乳膠漆的顏料,如有機顏料、炭黑等都是非極性或極性很小的物質,有的很難分散或親油性,存在顏料分散后在乳液中的穩(wěn)定性問題,因此對分散劑的選擇和分散工藝提出了較高的要求,不然就會產(chǎn)生絮凝、浮色,發(fā)花、著色力下降、色相偏移、光澤降低、涂料穩(wěn)定性降低等問題。顏料要有較好的耐堿性,主要由于建筑涂料值一般大于8偏,堿性,而作為外墻的水泥砂漿堿性更強,所以耐堿性不好的無機顏料(如鐵藍、鉛鉻黃等)不可使用。綜上所述,配色問題也是影響建筑涂料質量的關鍵因素之一。乳膠漆用助劑乳膠漆生產(chǎn)中要使用多種助劑,這是乳膠漆的一大特點,但卻不是優(yōu)點。在乳膠漆的混合體系中,組分間既可能有很好的協(xié)同作用,也可能相互干擾,產(chǎn)生不良影響。因此,調(diào)配乳膠漆的技術關鍵是各種助劑的最佳化選擇和配方的平衡。3.潤1濕分散劑分散劑的主要作用是:使顏填料的表面濕潤,協(xié)助機械剪切作用將顏填料從二次結構研磨成初級結構(一次結構),并使分散穩(wěn)定化。其作用機理是:離子型分散劑被吸附于顏填料表面形成雙電層,借同性電荷的相斥使分散體系穩(wěn)定化;另外,離子型和非離子型分散劑也會在顏填料表面形成親水性吸附層,因位阻效應使分散體系穩(wěn)定化。無機潤濕分散劑有聚磷酸鹽類,如六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、四偏磷酸鈉等,它們價格低廉,分散效果較好,但對乳液的穩(wěn)定性有一定影響;有機類潤濕分散劑有陰離子型、陽離子型和非離子型表面活性劑,其特點是分散效果好,但產(chǎn)生泡沫多;另外一類是高分子樹脂類分散劑(如聚丙烯酸鹽類),其特點是:價格適中,用量較少,分散效果好,泡沫少。3.成2膜助劑成膜助劑又稱聚結劑,它能促進乳膠聚合物的塑性流動和彈性變形,改善其聚結性能,能在較低的施工溫度下成膜,又不使涂膜過于柔軟。成膜助劑是一種易揮發(fā)的暫時性增塑劑,因而不會使于膜太軟或發(fā)粘。選用的成膜助劑一般應符合下列要求[2]:(1能)明顯地降低聚合物的最低成膜溫度,并與聚合物的相容性好,是聚合物的良溶劑,有助于提高涂膜的光澤。(2具)有較高的沸點和一定的揮發(fā)速度,但其揮發(fā)速度至少低于水,使聚合物成膜前保留在涂料中,而在成膜后逐漸揮發(fā)掉。(3應)微溶于水或具有一定的水溶性,易為乳液粒子吸附而聚結。滿足以上要求的成膜助劑應具有高效、用量少,功能多,滿足乳液多種組分的要求;應凍結點低,利于運輸、低溫包裝和儲存;有助于改善涂膜性能,使涂料的成膜性、耐候性、展色性、耐擦洗性等均有較大的提高。常用的成膜助劑有3類,第1類是乙二醇、丙二醇、己二醇、苯甲醇等,它們水溶性強,有防凍作用,但降低成膜溫度的效果較差,加量較大;第2類是醇醚類(乙二醇、丙二醇、丁二醇醚類),它們水溶性強,降低成膜溫度的效果一般,加量適中,有防凍作用;第3類是醇醚—12等,此類助劑水溶性差,降低成膜溫度的效果好,加量少,毒性小。消3泡劑由于乳膠漆中使用了表面活性劑,如乳化劑、分散劑等,易產(chǎn)生泡沫,會造成涂膜缺陷,使涂膜保護性能和裝飾性能隨之下降,因此,消泡劑的使用必不可少。消泡劑分硅類消泡劑和非硅類消泡劑,硅類消泡劑效率高,消泡力持久,但分散性較差,易出現(xiàn)過縮孔、油點、縮邊、再涂性較差;非硅類消泡劑分散性好,不易出現(xiàn)過縮孔、油點、縮邊,但消泡效率較低。消泡劑的用量一般在 ?之間,通常,在分散階段加/?/涂料調(diào)配階段加/?/。有時要加入2種以上消泡劑,保持消泡性和貯存穩(wěn)定性的統(tǒng)一。3.增4稠(流變)劑由于水性建筑涂料乳液和顏填料體系粘度太低,沒加入增稠劑之前易出現(xiàn)分層、絮凝、沉淀等問題,涂料的貯存穩(wěn)定性、開罐性能、施工性能都不令人滿意,加入增稠劑之后,改善了涂料的流變性,這些缺陷基本上可以消除。增稠劑的種類很多,主要有無機增稠劑(以膨潤土、超細二氧化硅為主)、有機增稠劑(纖維素類、堿溶脹型丙烯酸乳液類、締合型聚氨酯增稠劑)。有機類中纖維素類增稠劑的增稠機理是由于它們具有很強的吸水能力,在乳液中體積大幅度膨脹,使乳液粘度顯著增加,從而起到增稠效果;堿溶脹型增稠劑的增稠機理首先在于它自身能吸附在乳液顆粒表面形成包覆層,使乳液粒子的體積增大而導致粘度提高。其次它還能進入水性體系使粘度增大;締合型聚氨酯增稠劑增稠機理在于它們的分子中存在憎水劑和強極性基團,能與乳膠漆的聚合物和顏料發(fā)生締合作用,形成瞬間網(wǎng)絡結構。這類增稠劑具有優(yōu)異的流變性。在低成本、高含水量的乳液中,羥乙基纖維素具有較高的中、低剪切粘度,有利于乳膠漆的貯存,避免分層,但其明顯的缺點是高剪切粘度太低,豐滿度低,流平性差、易霉變、易飛濺。一般來說,僅用一種增稠劑存在不少缺陷,因此,可根據(jù)乳膠漆的不同要求,按照增稠劑的性能靈活選擇一種或幾種配合使用,發(fā)揮其協(xié)同作用。常見增稠劑的基本性能見表1。3.防5霉殺菌劑地球上的霉菌、細菌等微生物無處不在,無處不有,但是它們的大量繁殖必須滿足一定的條件,如有機物和氧的存在、濕度、酸堿性、溫度等。微生物會對乳膠漆帶來很多問題:包裝中的乳膠漆會因細菌的繁殖而出現(xiàn)脹罐、粘度的下降、顏料沉淀、乳液破乳、變臭變色,最終使乳膠漆報廢。乳膠漆在生產(chǎn)和貯存過程中可能發(fā)生的問題是細菌帶來的,可通過改善環(huán)境,生產(chǎn)上嚴格管理及配方措施來解決。在乳液生產(chǎn)的高溫、高濕環(huán)境中,搞好環(huán)境衛(wèi)生是防腐的關鍵環(huán)節(jié)。防止購進的原料帶菌也是一個重要方面,在乳膠漆中加入合適的防腐劑是防腐的根本途徑。乳膠漆漆膜有親水成分,含有微生物的養(yǎng)分,這是長霉的誘因。一般臨時使用的防霉劑可用氨水、無機堿水溶液作調(diào)節(jié)劑,但氨水有味道,堿性水溶液對涂膜的耐水性、耐擦洗性有影響,長效乳液應選擇值穩(wěn)定、毒性較小的有機胺、多酚類防霉殺菌劑。三、乳膠漆的主要生產(chǎn)設備及使用介紹1三輥機主要用途三輥式研磨機廣泛應用于油漆、油墨、墨汁、墨水、涂料、染料、塑料、橡膠、鉛芯、皮革、醫(yī)藥、食品、化妝品及絕緣材料等化工行業(yè)原料的濕式粉碎,它具有粉碎、分散、乳化、均質、調(diào)色等多種功能。能使原料高度的均勻混合,兼可回收廢料。優(yōu)點:使用該機原料粉碎、分散性能好,質量穩(wěn)定、操作方便、換色容易、外型美觀,同時可配合砂磨,膠體磨等設備成套使用效果更佳,適用于各種塑性材料的研磨、煉制。工作原理和流程原料由中后兩輥及兩塊擋料板組成的天然料斗加入,經(jīng)中、后兩輥的相反異步旋轉而引起原料的急劇磨擦翻動,強大的剪切外力破壞了原料顆粒內(nèi)分子之間的結構應力。再經(jīng)中前兩輥高速的二次研磨,從而達到迅速的粉碎和分散,進而達到各種原料的高度均勻混合。沙磨機適用領域臥式砂磨機適用于涂料、油漆、油墨、顏料、染料、食品、化妝品、合成劑等行業(yè)。工作原理該機是連續(xù)操作的全封閉臥式濕法砂磨機。臥式砂磨機是連續(xù)操作的全密閉式的濕法研磨分散機械,由泵浦輸送液體原料進入臥式砂磨機密閉研磨缸內(nèi),再由主機推動介子研磨珠高速運轉,使原料在狹窄的研磨珠間隙中經(jīng)加壓高速旋轉沖擊,產(chǎn)生混合、乳化、分散、搓揉、滾動等研磨功能,迅速將物料顆粒磨細和分散聚集體,從而達到原料要求的細度和很窄的粒度分布范圍。研磨后再由高速旋轉的堅硬鎢鋼分離隙縫輸出研磨缸外,而研磨珠仍被留在缸內(nèi)。為一次循環(huán)研磨作業(yè),連續(xù)循環(huán)研磨細度可達A以下。臥式砂磨機的操作要點第一次啟動臥式砂磨機時:)給鋼球無級變速器加機油至油鏡的一半為止,給臥式砂磨機油箱加相應潤滑油至油鏡的中間位置。并經(jīng)常觀察消耗情況及時補充。檢查電氣線路是否接通。打開冷卻水開關,觀察耗水量是否達到使用要求,用戶可按裝水表備用。2)加入研磨介質車開筒體前的油管活接頭,即可從管口裝砂儀表處的或軟管處的均可。根據(jù)臥式砂磨機說明書推薦值或經(jīng)驗將需要的介質灌入筒體,研磨介質裝入前必須清洗過篩,然后將管道和儀表安裝還原。3)調(diào)整三角皮帶的松緊程度,調(diào)整好儀表的控制范圍。4)臥式砂磨機的清洗在第一次使用砂磨機時,由于制造廠為了保證機器不至因裝箱和運輸而使機件銹蝕,往往加有機油和黃油保護機器,因此在機器使用時應該用溶劑或漆料清洗臥式砂磨機筒體管路等部件,其辦法是:放入適量的漆料到缸內(nèi),用泵打入筒體進行循環(huán),同時輕微啟動主電機使分散盤組件進行間歇轉動,最后松開出料方頭螺塞,等到全部清洗溶液排干凈后,通入新洗液清洗一下。)臥式砂磨機初始工作可選擇 的分散盤速度進行生產(chǎn),如果主電機工作電流低于額定電流的20%,出口溫度又低于允許的溫度,那么可以提高速度,反之可降低速度,也可通過調(diào)節(jié)其他參數(shù)來提高效率。在研磨運轉中,先將泵的無級變速度器固定在某個轉速下,待檢查研磨出來的產(chǎn)品細度后,根據(jù)所需要的產(chǎn)品細度調(diào)節(jié)流量,泵的轉速的調(diào)整和研磨分散循環(huán)次數(shù)的安排,是一個工藝選優(yōu)過程,應按具體條件優(yōu)選。注意:臥式砂磨機停車狀態(tài)嚴禁調(diào)速。分散機操作要點1)臺式乳化機先松開剎緊機構,把乳化機頭手搖至所需要位置,再剎緊,才可工作,移動式乳化機把手動液壓缸的加油螺釘擰松,擰緊開關螺釘,按動手柄,使乳化機頭調(diào)節(jié)至所需要位置,一般處在高于容器底2-倍3的乳化機頭直徑為宜。2)根據(jù)被加工物體的性能要求安裝所需的定子頭,并同時調(diào)節(jié)推力反向葉片處最佳位置。3)工作結束后使動力頭處于最高位置,便于取出容器。注意事項:接上電源,使動力頭轉向與箭頭一致。工作完畢后,動力頭及時清洗干凈。拉罐四、乳膠漆(白色)的一般生產(chǎn)工藝介紹將羥乙基纖維素預制成 的水溶膠,并用 調(diào)整其酸堿度。色漿的分散將適量的去離子水,WT-105A增稠劑水溶液, 金紅石型鈦白粉,MB-11、MB-16防腐劑,074、082消泡劑溶液,DP-518分散劑、投入拉罐,然后用高速分散機預分散。色漿的研磨預將分散好的漿料投入臥式砂磨機研磨,直至達到所要求的細度。乳膠漆的調(diào)制把已分散好的色漿放入拉罐,再加入一定量的乳液,074、082消泡劑,WT-105A增稠劑水溶液,MB-11、MB-16防腐劑,丙二醇。再用分散機低速攪拌。在攪拌中逐漸加入羥乙基纖維素預溶液以調(diào)整粘度。隨后在攪拌中加入 ,以調(diào)整值在時,再加入Texnanol成膜助劑。當全部攪勻后,及時進行產(chǎn)品檢測,當確定各項指標合格后,即可分罐包裝。具體配方見表1所示表1一種白色乳膠漆的參考配方原料名稱配比/wt.%備注水160.0自制DP-518分散劑14.0-18.0臺灣德謙074、082消泡劑溶液5.0-6.0臺灣德謙Texnanol成膜助劑30.0伊士曼WT-105A增稠劑4.0臺灣德謙MB-11、MB-16防腐劑2.0;10.0臺灣德謙R706200.0Dupont填料30.0-95.0國產(chǎn)硅丙乳液500.0自制納米硅溶膠50.0自制羥乙基纖維素水溶膠4.0自制DMAEpH值穩(wěn)定劑適量臺灣德謙其他適量國產(chǎn)五、實驗目的1了解乳膠漆生產(chǎn)的配方設計;2了解乳膠漆制備的主要設備和工藝;3掌握乳膠漆的性能

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