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低VOC净味内墙乳胶漆的研究探讨
发布时间:2012-01-11   点击次数:121次

 

薛小倩 刘洪亮 董立志

    (河北晨阳工贸集团有限公司,河北保定072550)

    摘要:通过对乳胶漆诸组分乳液、助剂、颜填料的分析,发现乳液、成膜助剂、pH调节剂既是乳胶漆气味的主要来源,又是VOC的主要来源。配制低VOC净味内墙乳胶漆时应考虑这些组分的影响,由此可制得综合性能优良的乳胶漆。

    关键词:低VOC含量;内墙乳胶漆;组分

    0引言

    目前我国内墙乳胶漆的品种繁多,但多数品种在干燥成膜过程中会散发出大量有害物质,严重危害人们的健康。随着生活水平提高和环保意识增强,人们对内墙乳胶漆的性能(如装饰性、环保性、功能性等)的要求越来越高。本文着重探讨了集装饰性、环保性、功能性于一体的高级内墙乳胶漆研制时应考虑的问题及注意事项。

    1乳胶漆中VOC及气味的主要来源

    VOC(挥发性有机化合物)含量是指“1L涂料中挥发性有机化合物含量”,它的计算公式是:

    VOC含量=(X%-H2O%)×Dc×1000

    式中:X%——涂料中挥发性物质含量;

    Dc——水性涂料的密度,g/mL;

    H2O%——涂料中含水量(质量分数)。

    VOC会影响人的中枢神经系统和免疫功能,引起头痛、疲劳、注意力不集中等症状。乳胶漆中VOC的主要来源是乳液、成膜助剂、pH调节剂、防腐杀菌剂等;净味的关键因素是乳液,但是pH调节剂、成膜助剂等也会造成乳胶漆的难闻气味。

    2原材料的选择

    2.1乳液的选择

    乳液是乳胶漆中必不可少的成分,关系着乳胶漆的综合性能,例如涂膜的光泽、附着力、耐碱性、耐擦洗性、抗开裂性等性能。因此,在设计涂料配方时,首先应考虑乳液的VOC含量、游离甲醛含量、气味大小等。应选择不需要或者只需少量成膜助剂和溶剂就能自行成膜,并且漆膜性能良好的乳液。乳液中未聚合的单体不仅是乳胶漆中VOC的来源,还是产生气味的关键。可以通过选用核壳结构乳液、单组分常温自交联乳液以及乳液混拼技术来降低VOC的含量。

    2.2成膜助剂的选择

    虽然成膜助剂在一般的乳胶漆中是必不可少的组分,可以降低乳液的MFT(最低成膜温度),使乳胶漆能在低温下成膜,但它终究是高沸点的有机溶剂,在成膜过程中缓慢挥发,也是VOC的一部分,对人体会造成伤害,而且一般的成膜助剂都有难闻的气味。因此,设计涂料配方时,在选好乳液的前提下,最好不用成膜助剂,否则,要通过大量的实验比较不同类型的成膜助剂及其用量,从中选择添加量小、成膜好、无味的成膜助剂。目前常用的成膜助剂是Texanol、醇醚、溶剂汽油及苯甲醇等。它们不是助成膜效率一般,就是本身气味较大。不同成膜助剂的对比实验结果见表1。

    2.3助溶剂的选择

    常用的助溶剂是乙二醇、丙二醇,它们能软化或溶解乳胶微粒,协同成膜助剂促进乳胶漆成膜,其挥发速度比水慢,可以优化施工时的搭接性,避免出现接痕,并且它们的冰点较低,可以提高乳胶漆的冻融稳定性,但它们是涂料中VOC的主要来源之一。因此,应通过多次试验确定助溶剂的品种及其适宜的用__量,以尽可能少的用量,达到良好的使用效果,以减少涂料中的VOC含量。

表1不同成膜助剂对比实验结果

表1不同成膜助剂对比实验结果

    2.4消泡剂

    涂料用助剂大多数都属于表面活性剂,能改变涂料的表面张力,使涂料生产和施工过程中容易起泡,影响乳胶漆的质量。消泡剂品种甚多,常分为石油烃类(矿物油类)和硅酮类。石油烃类消泡剂有芳香族类和脂肪族类两类,它们对人们的身体健康和环境会产生危害,而且对中至高光涂料有严重的消光现象。鉴于以上两点,同时为了满足超低VOC含量要求,设计涂料配方时应选用非矿物油类消泡剂,且消泡剂应尽量分在配漆和研磨两个阶段加入,加入后要充分搅匀,且在泡沫基本消失后再加入增稠剂,因为黏度高时不利于消泡。

    2.5防霉剂

    乳液、纤维素、颜填料和助剂等物质为微生物提供了生存及繁殖的条件,乳胶漆中的微生物会导致难闻的气味,使漆膜出现霉斑、变色,甚至起泡、脱落。为了防止乳胶漆在贮存期间变质及成膜后长霉,必须加入防腐剂、防霉剂,一般其添加量为0.05%~0.10%。防霉剂品种有取代芳烃类、杂环化合物、胺类化合物、甲醛释放剂、其他防霉杀菌剂,在超低VOC乳胶漆中不宜选用含有甲醛的防霉杀菌剂,同时要经过大量实验,筛选用量少、效果好的防霉剂。

    2.6润湿分散剂

    涂料需要靠颜填料使涂膜具有遮盖作用,因此内墙乳胶漆中常加入大量的颜填料来提高涂膜的遮盖力和强度等性能。但是不能只靠水来分散,还要借助润湿分散剂才能将颜填料充分润湿分散,依靠体积位阻及静电斥力将颜填料稳定、均匀地分散在涂料体系中。常用的润湿剂有阴离子型和非离子型等;分散剂包括无机类、有机类和高分子类3类。所用的润湿分散剂并不是百分百的有效成分,常含有大量的溶剂,因此应选用有效成分含量高、溶剂含量低的润湿分散剂,以减少涂料中的VOC含量。

    2.7pH调节剂

    乳胶漆的pH值对其稳定性、抗菌性和消泡的难易都有影响,常控制在偏碱性,这对乳胶漆的生产及性能的稳定非常重要。pH调节剂应是挥发性物质,若留在涂膜中会影响其耐水性、耐擦洗性等性能。常用的pH调节剂为氨水、AMP-95等。氨水具有很强的刺激性气味,会影响人体健康,污染环境;AMP-95是一种多功能助剂,调节并稳定体系的pH值,提高乳胶漆光泽等,但是它的挥发性和刺激性气味使之成为VOC的来源之一,也使乳胶漆有气味。NaOH和KOH也可以用来调节pH,但是它们不挥发,会影响乳胶漆的某些性能,也未被广泛应用。因此,pH调节剂仍有待人们的开发。

    2.8增稠剂

    增稠剂是一种流变助剂,不但能调节乳胶漆的黏度,还能使涂料具有优异的机械及物理化学稳定性。目前,常用的增稠剂有纤维素醚类[通常使用羟乙基纤维素(HEC)]、聚丙烯酸酯乳液类和缔合型增稠剂3类。HEC和聚丙烯酸酯乳液类增稠剂对低剪切黏度贡献最大,可以抗斥水、防流挂;缔合型增稠剂对高剪切黏度贡献大,使涂料施工后具有良好的流平性。因此乳胶漆中常将这两种增稠剂配用,使涂料具有良好的贮存稳定性和施工性。但是聚丙烯酸酯乳液类增稠剂和缔合型增稠剂中有未聚合的单体及一些溶剂,这些物质会在成膜过程中慢慢挥发,成为VOC的组成部分。应选择无溶剂型增稠剂。

    2.9颜填料

    颜填料是乳胶漆中的必要组分。在内墙乳胶漆中,颜料主要用来提高涂膜遮盖力,以及增强涂膜的强度和耐老化性;填料不仅可以降低成本,还可以增强涂膜的耐磨性、耐久性等性能。因此,要使低VOC净味内墙乳胶漆具有优异的性能,应合理搭配颜填料,但是颜填料中常含有重金属离子等,对于环保型内墙乳胶漆,应严格控制颜填料中的重金属离子含量。

    3结语

    开发综合性能优良的低VOC净味内墙乳胶漆是__当前乳胶漆领域研发的主要方向,应考虑如下因素:第一,选择超低VOC、净味、最低成膜温度低、尽量不使用成膜助剂、冻融稳定性好的乳液,减少防冻剂的用量;第二,合理选择低VOC、无味的助剂,同时满足性能要求;第三,合理搭配颜填料,在低成本的情况下,满足涂膜性能要求,同时要控制原材料中的重金属含量。原材料选择好之后,还要通过大量实验,选出每种原材料的最佳用量。小试后,再经中试,检测涂层各项性能是否合格。