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低VOC内墙涂料用新型杂化树脂为采用日光照明创造条件

作者:研究技术专家Henry Eichman,研究员Zhenwen Fu,技术服务经理Art Leman,技术服务家Bingquan Li和应用开发部负责人Leo Procopio,陶氏涂料材料业务部,美国宾夕法尼亚州Collegeville   |  发表于:2016-02-23   |  关键词:,固化剂,树脂,环氧树脂,光稳定剂,成膜助剂   | 摘自: 2015年美国PCI中文版电子杂志12月刊

一种满足耐紫外光和耐化学品性要求的公共场所低VOC内墙涂料用新型杂化树脂

环氧涂料体系是公共场所内墙装饰的传统解决方法,因为它们能提供优异的耐化学品性,能抵抗通常在这些高客流量场所所采用的严格清洗方案和清洁剂的作用。然而不幸的是,暴露于紫外光的环氧体系会导致粉化、黄变和光泽度降低等问题。因此这也一直限制了环氧体系在外墙涂料体系的应用。目前,对于内墙涂料体系来说,也引出了类似的新问题,即室内日益普及的采光。

按照能源部(DOE)的要求,采用自然光照明的室内空间可以将总能源成本降低高达三分之一1。其它研究表明,用日光照射室内能改善健康和提高建筑物内人员的工作效率、提高零售销售额、甚至提高学生的考试成绩2。然而,随着时间的推移,用于建筑物照明的自然光的广泛使用也会使保护地板、墙壁和天花板的环氧涂料变暗及发黄。

为了改善涂层的耐久性和耐紫外光的功能,陶氏涂料材料业务部开发了一种用于双组分(2K)涂料体系的低VOC杂化树脂3。MAINCOTE™ AEH-10丙烯酸环氧杂化分散体结合了丙烯酸树脂耐候性和耐紫外光性以及环氧树脂耐化学品性。当与丙烯酸固化剂一起使用时,该技术的VOC<100克/升,当与胺固化剂一起使用时VOC<50克/升。

应用于混凝土的优点

如图1所示,水性环氧混凝土涂料通常采用以下三种类型之一。I型体系是由纯的液体环氧树脂(LER)和水性胺固化剂组成。它们需要使用表面活性剂来提高液体环氧树脂(LER)、溶剂或稀释剂的乳化来降低黏度。配制的I型体系能提供较高的硬度和耐性,并且用于商业用途性价比最高;然而,它们硬度的形成速度也更慢,因此需要较长的时间才能投入使用。

图1

II型体系使用预分散的水性环氧树脂。它们更容易使用,因为不需要在混合步骤中进行环氧树脂的乳化。典型的性能包括:通过物理(喷涂)干燥后具有更好的柔韧性和更快的硬度形成速度。然而,这些预分散的环氧体系往往带来一些VOC溶剂,并且与I型体系相比具有较高的成本。它们的适用期也较短,往往只有1至3小时。

III型体系也使用预分散的环氧树脂(通常为LER)作为A组分,但是使用一种丙烯酸乳液作为B组分。

这些体系需要依赖于酸-环氧反应来固化,并通过叔胺催化。虽然I型和II型体系通常用于混凝土地坪,III型体系是混凝土墙面的主导技术。它们能提供优良的耐化学品性,但缓慢的反应时间需要更长的时间来形成所有性能。

图2

图2给出了MAINCOTE AEH树脂技术,该技术引入了第四种类型的环氧体系实现低VOC配方,而且不影响固化速度、适用期或性能的形成。这种全能技术在丙烯酸乳液颗粒内部有环氧官能团。在湿阶段中,丙烯酸乳液充当固化剂和环氧树脂之间的屏障,这有助于延长适用期。当配制的涂料与空气接触时,配方中的水蒸发,从而使该杂化树脂和固化剂接触。交联迅速形成,由于杂化树脂具有相对较高的EEW值,对固化剂的使用需求降低。需要的成膜助剂的量也少,因为在乳液粒子中的环氧树脂有助于降低丙烯酸类聚合物的最低成膜温度(MFFT)。固化剂可以是胺类固化剂、或含羧酸官能团的丙烯酸聚合物,如MAINCOTE AE-58丙烯酸固化剂。

表1

图3 表2

试验结果

为证明新型丙烯酸-环氧杂化技术的性能优点,用MAINCOTE AEH-10丙烯酸环氧杂化树脂和MAINCOTE AE-58丙烯酸固化剂配制了双组份(2K)涂料体系,与五种市售混凝土用水性墙面涂料体系一起进行了测试。这些体系列于表1,对混凝土墙面涂料的五种主要性能进行了评价:附着力、耐磨性、耐化学品性、保色性和光泽保持率。结果表明,MAINCOTE AEH-10能提供这些重要性能的优异平衡,同时配方的VOC<100克/升,在不添加紫外光稳定剂的情况下具有更好的光泽保持率和保色性。耐化学品性的一个实例见图3,图3给出了暴露于10%氢氧化钠溶液后涂层的照片,显示了具有丙烯酸-环氧杂化体系明显的优势。表2中的结果还表明,对于常用的清洗剂,杂化体系具有与市售配方相同或更好的耐化学品性。表3显示了Taber耐磨性、耐擦洗性、耐冲击性和轴棒法柔韧性等多种试验结果,这些试验描述了涂层如何容易抵抗各种机械损伤。

表3

耐紫外光性和耐久性

与标准的水性环氧体系相比,新的树脂技术的一个显著优点是具有耐紫外光的额外功能。如图4和5中的数据所示,在整个1600小时的测试中,基于MAINCOTE AEH-10的涂层体系被证明具有优异的色彩和光泽保持性。

结论

对于低VOC涂料以及建筑物中越来越多的采用日光照明来降低建筑能耗的愿望正在推动低VOC丙烯酸体系产品的研发,它们能提供显著的抗紫外光的性能,同时能满足客流量大的商业和公共建筑物耐久性的需求。经常清洗和使用腐蚀性清洁剂需要双组份(2K)涂料具有较高的耐化学品性,MAINCOTE™AEH丙烯酸环氧杂化树脂能提供很好的耐久性、低VOC、以及改善的耐紫外光性能。

参考文献

1,http://saveenergy.about.com/od/savingenergyattheoffice/qt/Daylighting.htm

2,http://www.archlighting.com/technology/the-benefits-of-natural-light_o

3,Fu, Z.; Dombrowski, G.; Hejl, A.; Swartz, A.; Tepe, T.; Procopio, L. Proc. American Coatings Conf. 2014.

™陶氏化学公司或陶氏附属公司的商标(“Dow”)。



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