水性貝殼粉涂料甲醛凈化率的研究

蓋廣清，王卓清

吉林建筑大學,材料科學與工程學院,長春 130118

隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,綠色建材已成為當今建筑行業(yè)的主流.綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度地節(jié)約資源,保護環(huán)境和減少污染,為人們提供健康適用和高效的使用空間[1].綠色建筑材料是綠色建筑的核心與靈魂，亦是生態(tài)建筑材料,是采用清潔生產(chǎn)技術(shù),不用或少用天然資源和能源,大量使用工農(nóng)業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性,達到使用壽命周期后可回收利用、有利于環(huán)境保護和人體健康的建筑材料[2].綠色是一種全新的概念,它需要的是人們從可持續(xù)發(fā)展的角度去利用自然資源,建立生態(tài)平衡,在維護自然環(huán)境的同時創(chuàng)造綠色節(jié)能的建筑,最終回歸自然.

涂料是由高分子物質(zhì)和配料組成的混合物,并能涂覆在基材表面形成牢固附著連續(xù)涂膜的新型高分子材料[3].而以水作為分散介質(zhì)的涂料即為水性涂料[4].水性涂料作為一種環(huán)保涂料,其具備無毒無異味和揮發(fā)性有機化合物(VOC)含量較低等優(yōu)良性質(zhì),但其依然存在干燥速度較慢、色澤較差及耐水性較弱等缺點,因此,水性涂料還有待進一步研究.本文通過實驗研究,制備了一種以貝殼粉為主要填料的貝殼粉水性涂料,并通過調(diào)整填料與基料的摻量,確定具有最大甲醛凈化率的配比.在此基礎(chǔ)上,其他性質(zhì)均符合國家及行業(yè)的標準要求,具有較好的實用前景.

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1 實驗材料

金紅石型鈦白粉(沈陽順豐實業(yè)集團有限公司);CR 501重鈣粉(沈陽順豐實業(yè)集團有限公司);ECO 702凈味乳液(德國巴斯夫應用化工有限公司);貝殼粉(遼寧圣島納米貝殼生物科技有限公司);消泡劑、分散劑、潤濕劑、成膜助劑和增稠劑等功能助劑.

1.1.2 實驗儀器

電子天平ES 1200;馬弗爐SXL-1200 C;電熱鼓風干燥箱DHG-9245 A;大氣采樣器GDYK-60;標準養(yǎng)護箱SHBY-40 A;組合套裝線棒BGD-216.

1.2 涂料制備與實驗方法

1.2.1 涂料基本配方

本實驗設計的基本配方為:水350 g、消泡劑2 g、纖維素醚1.5 g、多功能助劑2 g、分散劑8 g、潤濕劑2 g、成膜助劑5 g、丙二醇8 g、金紅石型鈦白粉100 g、貝殼粉100 g～200 g、重鈣粉125 g～225 g、乳液40 g～120 g、防腐劑2.5 g和增稠劑適量.通過調(diào)整顏填料的比例來分析涂料的性質(zhì).

1.2.2 涂料制備工藝

取一定量蒸餾水加入消泡劑和纖維素醚,高速攪拌5 min～10 min,待分散完全后依次加入分散劑、潤濕劑、防腐劑、丙二醇及成膜助劑,攪拌均勻即可.依次加入鈦白粉、重鈣粉和貝殼粉并高速攪拌30 min,期間根據(jù)情況可加入少量的水用于砂磨過程.以低速攪拌狀態(tài)下加入乳液、消泡劑和防腐劑,攪拌均勻后測試涂料粘度,根據(jù)其粘度值及攪拌流暢度加入適量的水或增稠劑.

1.2.3 實驗方法

貝殼粉作為涂料的重要功能填料,其摻量對涂料的各方面性能具有較大影響,具有重要研究意義.實驗中,選擇固定量的鈦白粉100 g、乳液120 g、水350 g及各種多功能助劑用量,僅改變貝殼粉和重鈣粉的用量比例,探究涂料的各種性能的變化.實驗中貝殼粉的摻量依次為100 g,125 g,150 g,175 g和200 g,保持填料的總量不變,重鈣粉的摻量依次為225 g,200 g,175 g,150 g和125 g,對應編號為A1,A2,A3,A4和A5,不同貝殼粉摻量下的涂料配方如表1所示.

表1 不同貝殼粉摻量下涂料配方Table 1 Coating formula with different amount of shell powder

續(xù)表1

優(yōu)質(zhì)的內(nèi)墻涂料所用的乳液不僅對顏填料要有較高的承載力,而且要求其展色性能好,耐水、耐堿、耐候性能好,這也是檢測乳液性能的重要手段[5].

乳液在涂料體系中起到增加涂料成膜性、提高其表面耐擦洗能力的保護作用.因此,涂料品質(zhì)與乳液有著最直接的關(guān)系.本實驗保持顏料、填料的摻量不變,僅改變?nèi)橐旱挠昧?探究涂料的各性能的變化.實驗中各組分的摻量為:貝殼粉175 g,重鈣粉150 g,乳液摻量為40 g,60 g,80 g,100 g和120 g,對應編號為B1,B2,B3,B4和B5,不同乳液摻量下的涂料配方如表2所示.

表2 不同乳液摻量下涂料配方Table 2 Coating formulations with different emulsion contents

2 實驗結(jié)果分析

2.1 貝殼粉摻量對涂料甲醛凈化率的影響

表3 不同貝殼粉摻量下涂料的甲醛凈化率Table 3 Formaldehyde purification rate of coatings with different contents of shell powder

由表3可知,依據(jù)標準測量方法,隨著涂料中貝殼粉的摻量增加,涂料的甲醛凈化率逐漸升高.這是由于貝殼粉材料中含有大量的氨基酸、甲殼素及多糖物質(zhì),當遇到甲醛氣體時,甲殼素中的部分氫鍵斷裂生成殼聚糖,甲殼素和殼聚糖具有生物降解性、細胞親和性和生物效應等許多獨特的性質(zhì),尤其是含有游離氨基的殼聚糖,是天然多糖中唯一的堿性多糖[6].利用殼聚糖中的游離氨基可對甲醛分子進行分解.

2.2 乳液摻量對涂料甲醛凈化率的影響

不同乳液摻量下涂料的甲醛凈化率測量結(jié)果見表4.根據(jù)表3～表4,獲得如下實驗結(jié)果:涂料對甲醛的凈化效果取決于其吸附性,涂料接觸甲醛并通過貝殼粉材料的特有性質(zhì)對其進行吸附與降解反應;然而隨著乳液含量的增多,貝殼粉被乳液包裹的面積增大,與甲醛接觸的面積則減小,導致其吸附能力降低,最后使得整個涂料的凈化效果減弱.實際情況中,可對乳液的摻量進行適度調(diào)整,以滿足個性化的需求.

表4 不同乳液摻量下涂料的甲醛凈化率Table 4 Formaldehyde purification rate of coatings with different emulsion contents

2.3 涂料的其他性質(zhì)

涂料其他性質(zhì)見表5.

3 結(jié)論

本文通過以上實驗,得出以下結(jié)論:

(1) 隨著涂料中貝殼粉摻量增加,涂料的甲醛凈化率提高,吸附性增強.

(2) 對涂料吸附性影響較大的是乳液的摻量.當乳液的摻量較低,涂料的吸附性較大,但同時涂料的耐洗刷性降低,涂料質(zhì)量也將變低.因此,須根據(jù)實際情況及需求,調(diào)整乳液用量,在滿足耐洗刷要求的前提下,盡量少用乳液,以提高涂料的甲醛凈化率.