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建筑涂料的技术进展建筑涂料的技术进展叶玮庭

叶玮庭    
2022年10月11日

建筑涂料的技术进展,建筑涂料的技术进展

建筑涂料的技术进展 一、巨大市场需求与涂料水性化 随着我国经济的持续发展,建筑及其配套的装饰装修业也同步进入前所未有的高速发展时代。特别是国家新颁布的“内墙涂料”、“木器涂料”、“建筑颜色的表示方法”等强制性标准,为生产环境友好型涂料提供了十分有利的条件。建筑涂料,作为建筑内外墙装饰主体材料的地位正在确立但高性能涂料,尤其是外墙涂料的发展相对滞后。目前,我国建筑外墙装饰材料中,涂料应用率相差甚远。国家化学建材产业“十五计划的2010年发展规划纲要要求”;2005年建筑涂料外墙应用率达到35%,2015年达到60%。即便以2000年至2015年外墙涂料的耗量也将达105万吨,至2015年应达180万吨。国内目前的高档涂料,尤其是外墙涂料市场中,国外品牌所占比例甚高。但国外对涂料的质量控制,尤其是对外墙涂料的耐污耐候指标,远低于我国现实要求,因此,高质量涂料,尤其是外墙涂料的市场需要巨大。 中国人把建筑视为百年大计,要求建筑装饰经久耐用。要大幅提高我国建筑外墙涂料的应用率,就要求涂料的性能有一个飞跃性的提高,即要求高装饰性、强耐沾污性、高耐久性的良好结合,并符合节省能源、无公害、无污染的环保可持续发展要求。从装饰性、耐污耐久的角度,溶剂型涂料比较容易满足要求,但透气性和环保要求难以达到,从环保角度,涂料的一个重要发展方向是水性化。但水性涂料的耐候性、耐污性通常难以与溶剂型涂料相比。这是一个难以“两全”的技术难题。作为建筑涂料,其涂装基层主要是水泥、混凝土、石膏板等亲水性材料,作为基体建筑物,处于自然状态下,必有吸水与干燥的过程,显然建筑涂料对亲水性材料的亲和性和透气性是其必具的基本性能要求,其现场施工的特点对无污染的环保要求更是明确。这两点均是水性涂料的长处所在。因此建筑涂料的高性能化,重点是在于实现水性涂料的高性能化。 二、水性涂料高性能化技术进展 1、乳液合成技术的新进展 涂料性能的最基本决定因素是成膜物质。水性涂料高性能化的最基本决定因素自然是成膜物质的乳液粘结剂。为实现水性涂料高性能化,近二三年中,国内外的水性涂料在乳液合成技术上的主要技术进展有以下方面: 无皂乳液聚合技术——为乳胶涂料从根本上改进其耐水性,提供了技术与基本物质基础。 自交联技术——为改进涂料涂膜硬度,增加其耐沾污性和抗老化性提供了可靠的技术途径。 核壳结构与互穿网络技术——为调和乳胶涂料低温成膜性和高温抗沾污性矛盾及为大幅度降低乳胶涂料的有机挥发物配入提供了有力的保障。 多种官能团改进技术——如有机硅聚氨酯等不同单体改性丙烯酸聚合乳液及氟硅乳液一大批高性能乳液的出现,为不同性能要求的涂料配制提供了胶结材料,为开发相应的高性能涂料提供了物质基本保障。这些技术与产品在这 二、三年中迅速地经由国外公司、国内的合资公司到国内的销售公司、生产公司,形成技术扩散,逐步扩大应用。 2、高性能助剂、高分散技术与设备的开发应用 成膜粘结剂是涂料的基本物质基础,恰当的助剂应用是制备性能优良涂料的关键技术点,高分散技术与设备是高性能涂料制备的工艺保障,这是涂料产品制造的三个主要技术环节。 涂料助剂品种繁多,是高技术机密性的精细化工产品,其生产应用涉及的技术面广。过去由于国内涂料厂家生产技术条件有限,对此不够重视或难以重视,近年已有较大改观:众多的国内外专业助剂生产公司大量推出助剂新产品,并为销售其产品而对涂料生产厂家加强了技术服务力度。我们从涂料技术开发与服务角度也在不遗余力的宣传:涂料助剂要用得恰当,用得精。不能以简单的价钱、用量分好坏,要以恰到好处为原则,这些需要精细的研究试验。助剂生产厂家的产品开发试验的。由于不同成膜物质和大量助剂品种上的不断推陈出新,凭一个配方开涂料厂的年低已经成为过去。 涂料还有一个重要组成就是颜料。随着超细填料的普遍使用,一些新的分散技术与设备在涂料生产中得到应用。最典型的是高剪切乳化系统取代过去涂料生产常用的高速搅拌分散—研磨—调整的工艺流程,连续流态工艺取代间歇工艺。新工艺与新设备的采用,大大提高了对于涂料配制至关重要的物料分散性,在提高产品性能和质量保障的同时,大大减少了先前工艺的多次清洗造成的物料的损失和废水污染处理负担。 3、氟树脂及其涂料技术 氟树脂因其分子结构中的氟碳原子间的强力结合形成的氟碳键的极高键能和氟碳键的空间效应,对氟碳聚合物中的碳碳链形成特殊保护,从而具备极为独特的优良机械性能和极强的抗老化性能,所以氟树脂做成的塑料被称为“塑料王”。利用氟树脂的这一独一无二的特性制作的涂料,众所周知的便是不粘锅及不沾油排油烟机的表层不粘涂料。最主要析是用其不沾油不沾水的表面 能特性。因其不沾而带来的坏处是难粘结、难涂覆,要使用高温烘烤的办法涂覆。将氟树脂作成涂料用于建筑涂料涂装,始于美国,是用高温烘烤的办法涂覆的。在铝合金板上做成幕墙,耐沾污、抗老化性极好,但极贵,又不能用于现场施工。日本人后来将其改造成常温可涂的双组份反应固化型涂料,可用于现场施工。国内前几年开始开发此涂料,并被称为氟面漆投入市场。但因其用油性有毒溶剂配制,污染环境,且涂料不透气,而且是双组份产品,现场搅拌,施工不便,因此近年来重点进入单组份和水性化的开发。笔者及研究组已在水性化开发方面取得重要研发成果,申报了中国专利,并获有自主知识产权。本项技术成果推介后,反响较大,近一年来开发水性氟树脂,氟硅树脂涂料的进程明显加快。 4、纳米材料与纳米技术应用 纳米材料与纳米技术,是近来好坏参半的炒作进入平常百性话题的一个高新技术概念。纳米材料的纳米技术确有其神奇之处,纳米粒子具有小尺寸效应、宏观量子隧道效应等,只有将这些效应真正发挥出来,才能真正称之为“纳米效应”,其神奇之处乃现。能为涂料有可能利用的纳米效应主要有:小尺寸效应、大比表面积、界面效应与量子效应。 小尺寸效应——如涂料常用的颜料钛白粉TiO 2 和氧化铁FeOx,通常已视为微细、超微细的粉体,其粒径在微米级范围内越细,遮盖力越高。有资料介绍,TiO2粒径达到最短波长可见光的半波长,即0.2μm左右的水平,其遮盖力最高。而当其粒径再细至纳米级,其对可见光完全透明,变成全无遮盖力。FeOx亦如此。还有SiOx,在微米级,对紫外光无明显吸收与反射,而达到纳米级,则有明显的吸收与反射作用,这些特性就可以用来做无机透明颜料用于涂料,大大提高有色涂料的抗老化性。 大比表面积界面效应——粉体材料粒径尺寸,从数微米细至数纳米,比表面积从约1m 2 /g升至450m 2 /g。每个粉体表面积,原子数占粉体原子数的比例从<<1%增至>80%。这个变化将导致粉粒表面活性大大提高,在涂料中与成膜胶结物的结合力大为改观,便出现了小分子无机填料对高分子有机物同时增硬又增韧的奇物现象。由此,便可大大改进涂料的涂膜性能。 量子效应——当粉体进入纳米级,粒子尺寸小至某一值时,原子键价状况改变,电子能级由连续变为离散,分子轨道能级能隙变宽而呈量子化,将导致一些粉体的光量子吸收催化特性。所谓纳米材料在光的作用下催化,杀菌正是这一特性的体现,由此可以制作杀菌和降解有机物的清洁型涂料。 5、建筑涂料与防水功能融合 由于建筑涂料耐水、耐污、耐久功能要求的提高和建筑立面防水问题日益被重视,建筑涂装与防水功能的融合日益明显。尤其建筑物隔热保温要求的提高,内外保温层的广泛使用,保温层的防水与装饰保护对涂料的依赖日益增加。由于近年来涂料耐久性的显著提高,建筑方面对防水涂料的使用信心大为增加;另外,由涂料技术发展促进开发出了一批对水泥混凝土类涂抹型防水材料有了长足的进步,加之对防水材料的无毒化、水性化、浅色化要求提高,使得建筑防水出现了刚性防水柔性材料高弹化,尤其是立面防水与建筑装饰涂装近乎融于一体。这种趋势正在向室内、屋面和地下扩展。 三、高新技术组合创新前程似锦 近一、二年,在实现建筑涂料水性化和高性能化的进程中,上述技术局面的开拓进展加快,我国建筑涂料的技术发展水平上了一个台阶。不同性能的乳液和名目繁多的助剂品种,为我们的涂料配方设计提供了较大的选择余地,能为建筑涂料使用的纳米CaCo3、ZnO、TiO2、SiOx、FeOx等粉体材料的生产已衩具规模。行业内为提高产品的技术含量和产品质量档次的研发出现了好的势头。    在此基础上,建设部组织全国的建筑涂料配套技术协作攻关课题。在课题协作攻关中出现了跨行业的多学科、多技术交叉渗透组合创新的局面。如纳米材料技术用于乳液合成与涂料配制,并出现自洁涂料等全新涂料品种;水泥水化交联高弹性树脂与水泥基材的组合,使水性涂料涂抹层的性能出现令人意想不到的提高。笔者及其研究组组合运用水性氟硅技术和纳米材料及其特殊修饰技术高组合创新,运用涂料自分层原理研制成水性常温固化氟树脂涂料。在涂膜干固过程中,形成极高的疏水、耐污、耐酸碱、滑爽、耐磨、耐划伤和对紫外线良好的高耐候等优良特性,又克服了溶剂型涂料的溶剂污染与涂层不透气、易起皮剥落等毛病,从环保和装饰性、耐污耐候两个方面集中了水性和溶剂型涂料的优点,并肯使涂料水性化,从面获得了水性涂料高性能的突破,实现了耐久、耐污、环保三统一。经实验,人工老化达到2000个小时以上,3倍于外墙涂料国家标准600小时的水平,耐污

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