貝殼粉干粉涂料性能研究

蓋廣清，祁庶瑒

吉林建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130118

0 引言

隨著人們生活水平的提高,室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量問題逐漸成為評(píng)價(jià)建筑使用性的重要指標(biāo)之一,而作為室內(nèi)墻面裝飾材料的重要分支,涂料的品種結(jié)構(gòu)也向著降低VOC釋放量的方向發(fā)展[1].貝殼粉干粉涂料是一種綠色內(nèi)墻涂料,具有凈化有害揮發(fā)物質(zhì)和異味、抑菌、殺菌、抗靜電和防火等優(yōu)異功能,主要成分為貝殼粉、各種外加劑、無機(jī)填料及高分子粉狀材料[2].貝殼粉是將廢棄貝殼通過高溫煅燒、粉碎后制成的,主要成分為碳酸鈣、氧化鈣和氫氧化鈣等鈣化物[3-4].與其他類別的內(nèi)墻涂料相比,貝殼粉干粉涂料非常具有優(yōu)勢(shì),具有成本低、能耗小和本身無污染的特性,同時(shí)能凈化室內(nèi)有害氣體[5],具有良好的應(yīng)用前景.本文研究了貝殼粉干粉涂料的原材料及纖維素醚、可再分散乳膠粉對(duì)貝殼粉干粉涂料的易分散性、粘結(jié)性、保水性和易施工性等性能的影響規(guī)律,并得到最佳配比,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有一定指導(dǎo)意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

貝殼粉,青島萬源生物科技有限公司;1250目重鈣,青島萬源生物科技有限公司;VINNAPAS-5044乳膠粉,德國(guó)瓦克化學(xué)公司;纖維素醚,山東瑞泰新材料科技有限公司;水,本實(shí)驗(yàn)用水均為自來水.

1.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

BGD 750/1砂磨、分散、攪拌多用機(jī),廣東標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器藥品有限公司;稱量天平,精度0.001 g;量筒,100 mL,50 mL;攪拌皿,用于盛放貝殼粉涂料漿體;燒杯,用于盛放貝殼粉、增稠劑、乳膠粉、重鈣;玻璃棒,用于攪拌貝殼粉涂料漿體.線棒,80 μm,120 μm.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

對(duì)填料進(jìn)行篩分,采用電子秤對(duì)原材料進(jìn)行稱量,然后按配方采用砂磨、分散、攪拌多用機(jī)對(duì)干粉涂料進(jìn)行分散混合.之后與水混合攪拌10 min停止機(jī)器攪拌,用玻璃棒將其攪勻,再通過攪拌機(jī)保持低速攪拌,20 min后停止攪拌.最后在水泥平板上用120 μm線棒將涂料涂刷均勻,待凝固后再用80 μm線棒二次涂刷.

1.2.2 正交實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)采用以貝殼粉、乳膠粉和增稠劑為因素的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),固定干粉重量為200 g,確定選擇貝殼粉干粉涂料的最佳配合比.各因素及其水平如表1所示.

表1 正交因素及水平Table 1 Orthogonal factors and levels

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考察性能指標(biāo)項(xiàng)為:易施工性、易分散性、粘結(jié)性、保水性、抗裂性和抗脫粉性,對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用“好(5)、較好(4)、中(3)、較差(2)、差(1)”評(píng)價(jià).根據(jù)水平因素?cái)?shù),采用L 9(34)(即3水平4因素9組實(shí)驗(yàn))表.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案制作試塊并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test results

續(xù)表2

2.1 極差分析

表3 綜合性能極差分析Table 3 Range analysis on combination properties

依據(jù)表3的極差大小,因素影響的主次排序?yàn)锳(貝殼粉)>C(增稠劑)>B(乳膠粉),表2中實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案為第7組(A3C3B1).在用干粉重量相同的條件下,C(增稠劑)和B(乳膠粉)的合理用量能使貝殼粉干粉涂料的粘結(jié)性、保水性、易施工性和易分散性等得到較好的體現(xiàn),所以取第7組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為最佳配合比,即A(貝殼粉)60 g，B(乳膠粉)4 g，C(增稠劑)1.2 g，重鈣134.8 g和水130 mL.

2.2 各因素對(duì)涂料易施工性的影響

各因素對(duì)貝殼粉干粉涂料易施工性的影響見表4.由極差分析可知,在影響涂料易施工性能的各因素中影響程度依次為:B(乳膠粉)>A(貝殼粉)>C(增稠劑),乳膠粉對(duì)涂料的易施工性影響程度最高.

表4 易施工性極差分析Table 4 Range analysis on easy construction

如圖1所示,貝殼粉、乳膠粉及增稠劑對(duì)砂漿易施工性能的影響均不是單一線性關(guān)系.隨著乳膠粉摻量的增加,涂料的易施工性也在增加,當(dāng)乳膠粉摻入量達(dá)到4 %(8 g)時(shí),易施工性最好,但當(dāng)摻量超過4 %(8 g)時(shí), 涂料易施工性開始下降,這是再分散乳膠粉自身性質(zhì)所致,其表面活性劑成分可在配置涂料時(shí)將引入氣泡,使之起到潤(rùn)滑作用,因此少量添加可起到優(yōu)化涂料工作性能的作用.但當(dāng)摻入量過大時(shí),引入氣體過多形成大量不穩(wěn)定氣泡,反而會(huì)對(duì)涂料的施工性造成負(fù)面影響[6],而貝殼粉和增稠劑的摻入都對(duì)涂料施工性產(chǎn)生一定的正面影響.

圖1 易施工性的值變化Fig.1 The value variation of easy construction

2.3 各因素對(duì)涂料易分散性的影響

各因素對(duì)貝殼粉干粉涂料易分散性的影響見表5.由極差分析可知,涂料易分散性影響程度依次為:B(乳膠粉)>A(貝殼粉)>C(增稠劑).

表5 易分散性極差分析Table 5 Range analysis on easy dispersibility

由圖2可見,乳膠粉對(duì)涂料易分散性影響最大.可再分散乳膠粉自身具有流動(dòng)性好、再分散后粒度均勻且易分散性優(yōu)異等特點(diǎn)[7],但隨著乳膠粉摻入量的增加,涂料易分散性呈下降趨勢(shì).貝殼粉對(duì)涂料易分散性有一定影響,且呈現(xiàn)先減后增趨勢(shì),當(dāng)摻入量為20 %(40 g)時(shí)減至最低點(diǎn)隨后上升,而增稠劑對(duì)涂料易分散性的影響呈相反趨勢(shì),當(dāng)摻入量為0.4 %(0.8 g)時(shí)影響最大而后下降,摻入量為0.6 %(1.2 g)時(shí)又降至最低.

圖2 易分散性的值變化Fig.2 The value variation of easy dispersibility

圖3 粘結(jié)性的值變化Fig.3 The value variation of cohesiveness

2.4 各因素對(duì)涂料粘結(jié)性的影響

各因素對(duì)貝殼粉干粉涂料粘結(jié)性的影響見表6.由極差分析可知,在影響涂料粘結(jié)性的各因素中影響程度依次為:A(貝殼粉)>B(乳膠粉)和C(增稠劑).圖3表明,貝殼粉對(duì)涂料粘結(jié)性影響程度最高,隨著貝殼粉摻量的增加,涂料粘結(jié)性降低,當(dāng)摻入量為20 %(40 g)時(shí)降至最低點(diǎn),摻入量進(jìn)一步增加,涂料粘結(jié)性又開始提升,而乳膠粉隨著摻入量的增加,在2 %(4 g) ～ 4 %(8 g)范圍內(nèi)涂料粘結(jié)性能較為穩(wěn)定,而后隨之提升.這是由于乳膠粉在遇水?dāng)嚢柽^程中會(huì)形成均勻分布于涂料中的乳液,其中含有的聚合物顆粒會(huì)在成型過程中,逐漸堆積于固相表面并聚合成網(wǎng)狀膜,與其他化合物交織在一起,提高了涂料內(nèi)部不同顆粒間的粘結(jié)力.增稠劑與乳膠粉對(duì)涂料粘結(jié)性的影響呈相同趨勢(shì)及0.2 %(0.4 g) ～ 0.4 %(0.8 g)范圍內(nèi)無明顯變化,超過0.4 %(0.8 g)后隨之上升.

表6 粘結(jié)性極差分析Table 6 Range analysis on cohesiveness

2.5 各因素對(duì)涂料保水性的影響

各因素對(duì)貝殼粉干粉涂料保水性的影響見表7.由極差分析可知,在影響涂料保水性的各因素中影響程度依次為:A(貝殼粉)>C(增稠劑)>B(乳膠粉).由表7可以看出,貝殼粉對(duì)涂料保水性的影響程度最高.如圖4所示,隨著貝殼粉摻入量的增加,涂料保水性降低,當(dāng)摻入量達(dá)到20 %(40 g)時(shí),涂料保水性最低,隨著摻入量的進(jìn)一步增加,涂料保水性又呈上升趨勢(shì),隨著增稠劑的摻入,涂料保水性不斷上升.

表7 保水性極差分析Table 7 Range analysis on water retention

圖4 保水性的值變化Fig.4 The value variation of water retention

隨著乳膠粉摻入量的增加,涂料保水性呈先升后降趨勢(shì),且當(dāng)摻入量為4 %(8 g)時(shí)達(dá)到最大值,這是由于乳膠粉在乳化過程中會(huì)吸附并儲(chǔ)存一定量的水分,而后隨著反應(yīng)的進(jìn)行而逐漸釋放,進(jìn)而達(dá)到一定保水效果,但當(dāng)摻入量超過一定程度后,保水性不再隨乳膠粉摻入量的增加而上升.

2.6 各因素對(duì)涂料抗裂性和抗脫粉性的影響

通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)貝殼粉、乳膠粉和增稠劑的摻入量對(duì)貝殼粉干粉涂料抗裂性的影響不大,其中乳膠粉的干縮率隨摻入量的增加略呈上升趨勢(shì),但其最大干縮率仍滿足規(guī)范要求[8].纖維素醚的摻入量對(duì)涂料收縮性無明顯影響.綜合分析表明,采用各種配合比配制而成的貝殼粉干粉涂料其抗裂性都較好,不存在明顯開裂,而其抗脫粉性則與貝殼粉的摻入量有關(guān),當(dāng)貝殼粉摻入量達(dá)到30 %時(shí),涂料發(fā)生輕微脫粉.

3 結(jié)論

(1) 隨著乳膠粉摻入量的增加, 貝殼粉干粉涂料易施工性提升,當(dāng)乳膠粉摻入量為4 %(8 g)時(shí),涂料易施工性最好,但當(dāng)乳膠粉摻入量超過4 %(8 g)時(shí),涂料易施工性開始降低.

(2) 隨著乳膠粉摻入量的增加,貝殼粉干粉涂料易分散性降低,而當(dāng)增稠劑摻入量為0.4 %(0.8 g)時(shí),涂料有較好的易分散性.

(3) 隨著貝殼粉摻入量的增加,貝殼粉干粉涂料粘結(jié)性提高,而隨著乳膠粉和增稠劑摻入量的增加,涂料粘結(jié)性也有所提升.

(4) 當(dāng)貝殼粉摻入量為10 %(20 g)時(shí),貝殼粉干粉涂料保水性優(yōu)異,而后隨著貝殼粉摻入量的增加,涂料保水性下降,直至20 %(40 g)時(shí)逐漸上升.隨著增稠劑摻入量的增加,涂料保水性逐漸升高.當(dāng)乳膠粉摻入量為4 %(8 g)時(shí),涂料保水性最優(yōu).

(5) 通過實(shí)驗(yàn)確定了貝殼粉干粉涂料的最佳配合比,按最佳配合比配制而成的貝殼粉干粉涂料均能獲得較好的易施工性、易分散性、粘結(jié)性、保水性、抗裂性和抗脫粉性等性能.