低VOC地聚物基涂料的制備

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)境保護稅法》正式實施，同質化嚴重的涂料企業(yè)紛紛向環(huán)保方向轉型靠攏。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，嚴重壓縮了涂料企業(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)保化發(fā)展的有力路徑。

地聚物(Geopolymer)，是一類新型的無機縮聚三維網絡結構的膠凝材料，其優(yōu)良的力學性能及低VOC排放的特性在建筑材料領域得到廣泛的應用。本文主要探討了地聚物基涂料的制備及涂層的性能[1]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

1)基料：偏高嶺土，速溶硅酸鈉(模數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：纖維增強硅酸鈣板(150×80 mm)。

1.2 地聚物基低VOC涂料的制備過程

通過選擇合適的原材料，并對部分原材料進行改性，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

1.3 基材的處理

實驗選擇纖維增強硅酸鈣板為基材。用水將樣板表面清洗干凈，用砂紙打磨平整后待用。

1.4 涂層試樣的制備

纖維增強硅酸鈣板作為涂層機械性能測試的基材，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，之后貼好標簽，在35℃烘箱中養(yǎng)護7d。

1.5 涂層的物理機械性能測試

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。

2 結果與討論

2.1 低VOC地聚物基涂料

VOC是揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds)的英文縮寫，我國通常將涂料產品中在常壓下沸點不大于250?℃的任何有機化合物都定義為揮發(fā)性有機化合物(VOC)。地聚物基涂料是以微細粉末狀存在的無機固體涂料，施工時配水，以液態(tài)狀轉移到被涂物上，經烘烤熔融、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。

2.2 滑石粉含量對涂層抗裂性能的影響[2]

選擇細度為600目的滑石粉為填料，滑石粉占涂料質量分數取值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，沉降收縮產生的應力大于涂料的表面張力，導致涂料易產生裂縫。此外，由于涂料表面固化速率較快，表面固化時內部漿料還未完全硬化，其表面和內部存在一個應力梯度層，當應力差達到一定程度時，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。當滑石粉含量達到一定值時，涂層抗裂性也達到最優(yōu)值。根據實驗結果，滑石粉質量分數在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)現該涂料在微觀上基本上沒有裂紋，和宏觀上表現一致，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。

2.3 地聚物涂料耐沾污性研究[2]

由于本涂料是用無機基料地聚物成膜，且成膜致密、強度高、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，充分攪拌均勻后，取樣，按國家標準中所述的方法進行試驗。共制取5張樣板，每塊樣板各取3個測量點。反射系數下降率如表2所示。

表 2 反射系數下降率Table 2 The rate of decline about reflection

測試中反射系數下降率均小于20%，符合國家標準。

圖3為乳膠漆、憎水無機涂料和地聚物基無機涂料耐沾污性對比圖。

(A)乳膠漆; (B)憎水無機涂料耐; (C)地聚物基無機建筑涂料圖3 乳膠漆、憎水無機涂料和地聚物基無機涂料耐沾污性圖Fig.3 Contaminates resistance of emulsion paint,inorganic coating and inorganic coating based on geopolymer

2.4 地聚物基涂料綜合性能

地聚物基低VOC涂料按相應標準制備樣板并檢測其各項性能，結果見表3[3]。

表3 地聚物基涂料性能檢測結果Table 3 Properties of coating based on geopolymer

3 結語

(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到使用標準。

(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。