高性能疏水防污涂料及其应用.pdf

广东建材2010年第2期
研究与探讨
高性能疏水防污涂料及其应用
黄月文
(中科院广州化学有限公司)
摘要:本文以有机硅氟材料为主要原料,通过化学改性技术和反相乳化技术分别制备了两种溶剂
型和水基疏水防污涂料,用FTIR、DSC和TGA等进行了分析表征,研究了它们的渗透性、疏水防污性、
硬度、附着力和防腐性及其在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品、卫生间的防水抗污处理和泥凝土公路桥
梁养护、文物保护中的一些应用
关键词:疏水防污涂料;水性有机硅:表面处理
疏水涂料能使固体底物很好地直接隔离水和空气、剂、催化剂、乳化剂为自制样品。
酸雨及阳光的直接接触,从而减少或延缓腐蚀,提高材1.2配制方法
料的使用寿命。据文献报道,腐蚀是能量和材料损失的
分别按图1所示的方法制备两种溶剂型氟硅防护
主要原因,全球每年因腐蚀而损失1/5的能量和4.2%涂料和两种水性有机硅防护涂料。
的国民生产总值(GINP),单独美国估计就有超过一千亿
美元的经济损失。
2结果与讨论
有机硅氟材料具有优异的耐候性、高温稳定性、防2.1溶剂型疏水防污涂料的性能及表征
腐蚀性和低的表面张力,是高性能涂料(即高耐候性、高
我们将较小分子的低聚硅氧烷或硅烷混合,在催化
耐沾污染、高保色性和低毒性)的首选材料,特别是水性剂作用下水解成活性成分,在有机醇分子和分散稳定剂
有机硅涂科已在建筑领域得到有效应用,然而国内以水的作用下可稳定一段时间,随着溶剂的挥发,这些活性
和低毒的溶剂汽油为介质的高性能涂料的成功开发应分子互相靠近而聚合成具有较高强度的大分子网络。由
用很少见到报导。
于初始分子量小,NFGS涂料对底材滲透性优异,活性基
我们通过长期的开发研究和市场应用跟踪,在原有团与底物牢固结合,粘附力强(1级,见表1),同时在干
技术的基础上3,通过化学改性技术和机械乳化技术燥过程中低表面能的基团或分子一定程度排向空气
制备了溶剂型和水性有机硅氟涂料,研究了这些涂料的侧,涂膜具有明显的疏水防污性,水接触角高达100°
性能,探讨了它们在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品、卫生以上。这些活性分子在催化剂作用下反应交联,交联密
间的防水抗污处理和混凝土公路桥梁养护、文物保护中度高,强度大(9H),防腐蚀性优良。
的一些应用,大部分已实现产业化。
表1溶剂型防护涂料的性能
1实验
指标
NFGS
NFS
参考方法
涂膜透明性」光亮透明亚光半透明?测
11主要原料
硬度
GB/T6739-1996
四乙氧基硅烷(TEGS)、含氢硅油、羟基徒油、功能性水楼她角19
接触角测定仪
附着力
1级
聚硅氧烷、硅烷、助剂为市售工业品,含氟树脂FS防污
1级CB/T1720-1989
()1O8+
防腐蚀性「在酸、碱、屮3天表面cm17679
化剂
剂
氧
化剂
保色性
室外半年
动的碰Mお涂
有点泛自室外半年无变化涂手水泥
砂浆块
)
含+现化+最一之
含汹乳液
图2是NFGS的热失重分析TGA曲线表明涂膜在
高速
纳米甜溶咬
甲我发
670℃时只失重10%,具有优良的耐热性,与元素有机化
1703氯购
合物的高温稳定性相一致。
水有机破涂
图1溶剂型硅泉涂料()(2)
图3是 NFGS的FTIR红外光谱图。图中除清楚见到
和水性有机硅涂料(3)(4)的配制图示
聚合的Si-0-Si特征峰和C-H吸收峰外,还可见
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万方数据
研究与探计
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表2水性有机硅疏水防污涂料的性能
「指标
水稀释犁
水乳液型
参考方法
涂膜透明性光亮透明半透明至个透明日测
硬度
GB/T6739-1996
水接触角
接触角测定仪
附着力
级
级
GB/T1720-1989
砂浆吸水率
0.20JISA6203
保色性
室外半年
室外半年
涂于水泥
图2NFGS的热失重TGA曲线
有点泛白
有点泛白
砂浆块
表2是两种水性有机硅疏水防污涂料的一些主要
性能,水稀释有机硅涂料具有储存时间长、高硬度及其
成膜憎水防污保色性,水乳液型有机硅涂料具有自交联
成膜、憎水防污和保色性能。
图5是水性有机硅疏水防污涂料的红外光谱图。图
5中可见水稀释有机硅涂膜( water dilutable)中含有
3000
1000
定的羟基(3500cm1附近的宽吸收峰)和C-H(2900cm
浓景(cm1
附近)键,有机硅在催化剂作用下充分水解成Si-H并
图3溶剂型NFGS的FTIR
交联固化成高硬度的聚合物;同时可见水乳液型有机硅
2168cm1的Si-H吸收峰,Si0-H峰很弱。
涂料( emulsion)在2171cm1为涂膜残留的Si-H吸收
含氟树脂防污涂料FS系列具有优异的耐候性和疏峰,而在3300~3500cm1附近没有明显的0-H(Si-OH
水防污性已广泛地应用文化石和外墙涂料上,经其处理吸收峰,羟基硅油中的绝大部分Si-H参与了交联反
的底材基本不改变原有的色彩和光泽,但其表面硬度较应。
低,只有2B,Tg低于100℃,并且成本较高。将有机硅改
性含氟树脂涂料,除可降低凃料的价格外,还可提高涂
wter distale
料的硬度(2H)和附着力。此外,在差示扫描量热仪DSC
测试中还可看到改性复合涂料NFS具有较高的玻璃化
转变温度Tg(275℃,见图4)。
4003500300250020o10010os0o
wave number! cm)
图5水性有机硅涂料的FTIR
2.3疏水涂料的应用探讨
本文结合本课题组的研究和应用基础,着重探讨这
め203
度(℃)
些疏水涂料在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品等防水抗污
图4溶剂型NFS的DSC图
表面处理中的应用。
图6是两种溶剂型琉水防污涂料的应用效果图。经
2水性有机硅琉水防污涂料
NFGS和NFS处理的水泥制品都有显著的憎水荷叶效
水性有机硅疏水防污涂料以水为分散介质,明显具
有环保、节能、减排和经济效益,它的日标之一就是达到
或接近溶剂型涂料的性能,在处理多孔无机底材场合中
非常合适。图1中列出了水稀释和水乳型有机硅两种水
(a)(e)为经NPGS处理:(b)(dの)为经NFS处理:(c)中左上部分为
性憎水防污涂料的配制方法。它们的性能列于表2中。F处理,左下部分为Nジ处理,右下部分为S处理
图6溶剂型琉水防污涂料的疏水防污性
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