功能涂料（精选8篇）
功能涂料 篇1
据报道,日产汽车公司正在试验一种能够进行“自我清洁”的车身涂料,使用一种全新的涂层技术,有抗雨水、防止油污腐蚀的作用。
在英国的日产欧洲技术中心的研究人员正在测试Versa Note紧凑车型的车身涂料。但是,日产发表声明称,正在考虑只将该技术作为经销商售后选择,而不是出厂必备的标准配置。日产公司将该技术称为“超恒干”技术。
日产公司将这款涂层描述为“特别设计的超疏水疏油涂料”,可抵制“泥和雨水的腐蚀及日常污垢,这就是说,车主可能永远不必再洗车”。
根据该声明,这一车身表面的工作原理是:“在油漆和外界环境之间生成一个空气保护层,阻止溅水及路面污浊腐蚀车身。”
2007年,日产公司以Scratch Shield为名,推出了针对英菲尼迪EX和FX车型的涂层,被称为自我修复涂料,但现已不再销售。该涂层具有极低的流动性,可以与阳光产生化学反应,将车身划痕自然修复。
功能涂料 篇2
http://2011年11月04日08:53防腐涂料网
徐斌
（扬州工业职业技术学院，江苏扬州225127）
[摘要]介绍了符合环保要求的绿色功能涂料，结合功能涂料的发展趋势，阐述了抗菌、防火、防污等新型绿色环保功能涂料的现状，并展望了未来新型环保功能涂料的发展前景。
[关键词]绿色；涂料；进展
[中图分类号]TQ63 [文献标识码]A [文章编号]1003-5095(2010）06-0046-02 随着哥本哈根世界气候大会的召开，人们认识到环境污染问题已经影响到整个地球，威胁到了全体人类的生存。绿色环保是对涂料“健康、环保、安全”属性的评价，包括对生产原料、生产过程、施工过程、使用过程和废弃物处置五大环节的分项评价和综合评价[1]。当前对绿色环保涂料的要求主要表现在两个方面：一方面，在涂料的生产过程中减少挥发性有机物的总量，减少由挥发所造成的环境危害；另一方面，有机物总量减少的同时要控制有机物的毒性，避免在生产、施工和长期使用过程中造成相关人员的中毒。1绿色环保涂料的发展现状 1.1隔热涂料
为了达到良好的建筑物以及装置设备的隔热降温的目的，同时降低能源消耗，减少二氧化碳排放量，近年来，隔热涂料的发展迅速。隔热的原理主要有阻隔、反射和辐射型，在实际应用中以反射和辐射型居多。
反射型隔热涂料主要通过高反射率涂层来反射太阳光达到隔热的目的，其材料的选择多种多样，可以是树脂、金属或者金属氧化物等。
隔热填充材料的选择对于隔热效果相当重要，一般要求对可见光和近红外光的吸收越少越好，同时对涂料的施工厚度也有一定的要求，如采用水性硅丙树脂、绢云母和空心微珠所制备的涂料，最佳厚度在500μm[2]。
辐射性隔热涂料的作用机理是以热发射的形式将吸收的热量辐射出去，达到隔热的效果。辐射性隔热涂料的显著特点是可以在涂层的内外层以相同的速率降温。
所以，辐射型涂料的研究有着积极的意义。当前，辐射型材料的选择主要集中于红外辐射率高的系列金属氧化物，例如Fe2O3、MnO2[3]。
1.2抗菌涂料
绿色环保功能涂料中，抗菌涂料越来越引起人们的关注。目前，抗菌涂料的制备主要通过在涂料中添加抗菌剂实现。抗菌剂可以选择天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂。天然抗菌剂安全、无毒、方便，但稳定性差、寿命短、使用范围狭窄，使得其在使用中有很大的限制。有机抗菌剂的使用效果好，合成制备较简单、品种多、范围广，但容易产生抗药性并且容易导致对人体产生毒副作用，因而它的使用具有局限性。
无机抗菌剂在各方面的性能都优于前二者，因此在工业生产中得到了大量使用。实验证明，无机抗菌剂中的金属离子从抗菌剂中溶出，可以使得生物体中的蛋白质产生变性，从而简单地实现了抗菌的效果，例如现在常用添加的Ag+、Zn+、Cu+等。
也有无机抗菌剂的主要成分是金属氧化物，通过氧化物在光照下，尤其是紫外光的照射下所产生的活性物质，与微生物体之间发生化学反应，产生灭菌效果，现在常用的添加剂是TiO2和ZnO。
1.3负离子功能涂料
随着人们对生活质量要求的不断提高，对家装涂料的健康要求也在不断上升。涂料中的各种有害的物质，如醛、苯、氨以及重金属严重污染室内环境，影响人们的身体健康。负离子功能涂料主要通过电磁场机理，在涂料中添加了一些电、磁性物质颗粒，如Fe3O4、电气石等，在使用过程中持续产生电磁场，促使空气中的水分子产生负离子，达到净化室内空气的良好效果，只要涂料没有脱落，效果就持续存在，持续性和有效性优于普通的抗菌涂料，例如北京方浩赛阳科技有限公司生产的以电气石晶体为主要功能材料成分的医用负离子涂料[4]。
1.4防火安全涂料
防火涂料作为一种功能型材料，对于防火阻燃有着重要的作用。防火涂料的研究近年来迅速发展。防火涂料一般可分为膨胀型和非膨胀型两种阻燃耐火
体系。目前，国内应用的比较多的是聚磷酸铵(app)/三聚氰胺(MEL)/季戊四醇(PE)阻燃耐火体系，该体系在火场中发生化学反应形成阻燃碳层的同时会产生大量有毒气体，造成二次污染并对人体产生危害，在火场中容易导致人员伤亡。
因此，对于防火涂料的环保要求主要来源于对阻燃耐火体系具体物质的选择。国外已经开发出新型无毒并符合国际生态安全标准的涂料配方，并已投入实际应用[5]。1.5防污海洋环保涂料
对于海上船舶而言，海洋是一个极为复杂的环境，大约有两千多种污损海洋生物。这些污损生物的附着会使得船底腐蚀污损、摩擦力增大导致浪费能源。据统计，海洋生物污损给全球每年约造成300亿美元的经济损失。广泛使用的传统防污剂效果虽好，但由于含有铜、汞、锌、锡等重污染物，造成严重的环境破坏。国际海事组织(IMO)明确规定，从2008年1月1日起，所有运营舰船将不得使用此类涂料[6]。因此，既要防止船舶污损，又要防止污染环境，防污环保海洋涂料成为当前的研究热点。当前，已经商品化的低毒防污涂料主要是无锡 自抛光涂料(TF-SPC)，这种涂料在海水中可以自行抛光，保持船体表面的光滑性和防污性。立邦漆、日本关西涂料、佐敦涂料等均有商品在市场销售。
2发展前景展望 2.1特定功能不断细分
当前功能涂料是以完成一个功能为主的涂料。随着对涂料的作用机理、流变特性及配方工艺研究的不断深入。功能涂料的分类将不断细化，功能的实现更加具有针对性和目的性。如在医院中不同区域有针对性使用的各种抗菌涂料。2.2使用简单，技术要求降低，效果持久
从经济的角度考虑，更多的施工方便、效果持久的功能涂料将被开发出来。而施工复杂、功能效果持续时间短的功能涂料将逐渐淡出市场。如建筑物外墙涂料、海洋船舶的防污防腐涂料等。
2.3环保要求更高
绿色、健康、对人无害是涂料环保的最终要求。人们对环境和自身健康的重视程度不断加强，对环保涂料的要求将不断提高。
对容易造成污染，尤其是容易造成二次污染的涂料，如防火涂料等，不仅在工艺体系上进行不断改进，并且改进配方，以达到真正的绿色环保效果。
3结语
涂料有着悠久的发展历史。随着人类社会的进步，对涂料的要求将越来越高。尽管当前已经开发出各种涂料，但还难以完全符合人们对绿色化、功能化、个性化的要求，仍然有许多问题等待解决。随着人们认识的不断提高，科学技术手段的不断完善，绿色功能涂料将得到更大的发展。[参考文献]
功能性涂料的生产与应用 篇3
1 功能性涂料的发展前景
随着经济全球化的进一步深化,目前我国的功能性涂料已经摆脱了传统的石灰浆等石灰、水泥混合而成的砂浆材料,现在以聚乙烯醇水玻璃为代表的全新功能性涂料正在被广泛地使用。
当前国家建设“一带一路”,发展振兴老东北工业基地等发展战略,给功能新涂料的生产和应用开发了新的市场。同时,各个行业之间发展转型是互相影响推动的,所以无论是建筑业还是汽车业的发展,也是在无形间促使着涂料业的发展。可以说我国功能性涂料的发展情况总体来说还是令人满意的。
与此同时,飞速发展的科技技术、人民群众日益增强的环保意识,以及依旧是发展主旋律的低碳、绿色、可持续都对功能性涂料的生产和应用提出了新的要求。按照“十三五”发展规划要求,我国生产应用的高性价比、高环保功能性涂料到2020年应达到半数以上;要开发弱溶剂可溶树脂,着力提高涂料行业科技创新能力;要切实保护生态环境,促进涂料行业的可持续发展。
2 新形势下功能性涂料生产应用的建议
(1)在生产中开发应用新型原材料涂料的原材料是功能性涂料的基础,所以在功能性涂料的生产中开发应用新型原材料是实现功能性涂料绿色长效的重要环节。①开发应用高性能水性涂料用树脂、高性能特种树脂举例来说传统的水性醇酸树脂干燥速度慢、耐水性、耐溶剂性较差;水性聚氨酯树脂的乳液、稳定性不佳、附着力差,这些原材料的应用都会对涂料的性能以及施工性带来负面影响。要解决这些问题,就要开发应用高性能水性涂料用树脂,合成大分子乳化剂,将有机无机杂化技术、纳米技术等多种技术进行综合运用。涂料所应用的不同环境和所发挥的不同功能效用要求涂料需要具有不同结构的树脂,以应对化学腐蚀、耐温防水等要求。因此要进一步开发应用高性能特种树脂,并通过科学的新型的制造技术改进提高原材料的耐候性、分散性,从而进一步应对社会的多样化需求。②新型助剂等新材料的开发应用助剂在功能性涂料生产过程中是提高涂料质量和产量不可或缺的材料。但是因为助剂多为危险化学品,所以不可避免地具有易燃性、爆炸性甚至有毒性。因此使用助剂时必须采取严格的措施保证人身和财产的安全,并充分贯彻绿色环保观念。所以在功能性涂料的生产过程中要进一步开发利用开发低公害、无污染的溶剂,以取代乙二醇醚等危害性、污染性大的溶剂;要使用更为环保的豁免溶剂,并不断扩大其应用范围,以减少对环境的破坏作用。
同时要逐步以纳米材料、石墨烯材料等环保性材料代替镉铅铬系的材料;要注重在生产中减少对重金属防锈颜料的使用;要在功能性涂料中使用更环保的活性稀释剂,以此减轻对环境所造成的压力,推动功能性涂料的绿色化发展。
(2)在生产中投入先进设备、引进自动化环保技术当前的时代最重要的特征就是信息化和科技化,所以在功能性涂料的生产中应当采用现代先进电子信息技术,深化创新技术手段和思维方式,推动功能性涂料的产业优化升级。
也就是要投入更先进的设备、引进自动化环保技术,以打造功能性涂料的密闭型清洁生产线、自动化高效率生产线、低污染环保涂装线。引进密闭式固定型生产罐、环保型过滤回收设备等生产设备,采用密闭式粉料贮存与投放等方式,将功能性涂料的各个环节各个设备串联成一个整体,进行综合的生产流程一体化规划控制。以此在生产中减少三废及粉尘的出现和排放,降低生产流程对于施工人员的依赖性和不利影响,并提高原材料的利用率,提高生产设备的综合使用效率、提高涂料的使用效率和涂膜的质量。
3 以高质量涂料赢得更广泛地应用面
当从功能性涂料生产的角度实现了涂料的创新和科学,提高了涂料的质量性能后就是要采取一定的措施扩大涂料的受众范围。具体来说就是既要生产高性价比的大众性的功能性涂料,也要针对一些特殊行业生产更符合他们使用要求的功能性涂料。除此之外,还要进行详细准确的指导,以避免因使用不当给功能性涂料市场带来的负面潜在影响。
4 结语
从功能性涂料的生产和应用角度入手,进行科学创新化和环保化的转型发展,是符合国家和人民思想潮流的选择,是当前时代的必然要求。这就需要涂料行业的各大生产者、销售者承担起自身的职责使命,真正规范生产销售流程,制造国家和百姓放心的功能性涂料,以实现涂料行业的绿色长期可持续发展。
参考文献
[1]邹琳琳,周立霞,商丽艳,李萍,杨双春.新型功能性涂料的研究进展[J].当代化工,2014,03:365-368.
[2]肖艳.聚焦功能性水性聚氨酯涂料的应用与发展[J].聚氨酯,2013,06:42-49.
荷叶效应功能在防污涂料中的应用 篇4
当今,模仿生物结构、功能进行设计、施工收到了令人满意的效果,如仿生涂料就是其中一例。将荷叶的功能原理用于涂料可以收到许多奇特的效果,如设计、制备的自洁型防污涂料应用于室外天线,可以防止积雪;应用于舰船,不仅对环境和海洋生物无毒无害,而且防污效果持久;应用于食品和医药包装,可减少表面污物附着污染;应用于管道内壁的涂装,能防止污物沉积,降低腐蚀,提高输送效率;应用于建筑物外墙,干净整洁,可提高耐候性和耐久性,降低维修成本等。然而,仿生学在涂料中的应用起步较晚,范围也较小,主要集中在防污、减阻、伪装等方面,如模仿荷叶设计、制备的防污涂层实现了“荷叶自洁效应”,其开发应用前景广阔。以下就此进行介绍,以其为未来的工程应用提供借鉴。
1 “荷叶自洁效应”原理
仅通过水(如雨水、溪流等)、不用任何洗涤剂或附加的机械作用就能彻底清洗表面的功能称作“自洁效应”。荷叶的主要成分是叶绿素、纤维素等碳水化合物,富含羟基、氨基等极性基团,表象上很容易吸附水分或污渍,实际上当水在荷叶表面的静止接触角达到160°,滚动角只有2°时,叶面上的水会自动聚集成水珠,水珠的滚动会带走叶面的污渍,使叶面保持干净,这种现象称为“荷叶自洁效应”,即荷叶表面具有超疏水性(与水的接触角大于 150°,而滚动角小于 10°)。
荷叶表面的这种超疏水性,出自于其自身的蜡质和微米级乳突结构[1,2,3]:荷叶表面有序分布着平均直径为5~9 μm的乳突,乳突间的距离为20~40 μm,乳突顶端长满了纳米级结构的绒毛,整个表面被0.1~0.3 μm的蜡晶所覆盖;尺寸远大于这种结构的灰尘、雨水等滴落在荷叶表面上时只能与乳突的顶端接触,不能渗透进入乳突之间,乳突之间的空隙充满空气,形成极薄的空气层。
水滴与荷叶的接触角可以通过Cassie方程[4]表述为cosθc=fcosθ -(1-f),其中,θc为表观接触角,θ为Young方程中的接触角,f为水滴与固体表面的接触面积分数。因水滴只与乳突顶端部分接触,所以f极小,θc很大。当水滴落在荷叶上时,两者接触角较大,接触面积较小,摩擦力极小,水滴极易从叶面滚落,叶面表现出良好的荷叶自洁性。当荷叶表面有尘土时,尘土被水润湿,并随水滴的滚落而被洗掉;即使是疏水性污渍,因水和污渍之间的黏着力远大于荷叶乳突与污渍之间的黏着力,也容易随水滴而滚落。
2 “荷叶自洁效应”在防污涂料中的应用
荷叶表面的超疏水结构和自洁功能,为研制优质的防污涂料提供了思路:(1)降低涂层表面的表面能;(2)构造具有微观粗糙度的涂层表面,使其呈现微米级和纳米级相结合的阶梯结构。因此,以有机硅树脂、有机硅改性树脂、氟单体-丙烯酸酯单体共聚物、含氟嵌段共聚物改性丙烯酸酯类树脂、氟硅共同改性树脂等低表面能树脂为基料,添加适当的颜填料和助剂,得到低表面能涂料;在具有一定粗糙度的表面修饰低表面能物质,或改变疏水材料表面的粗糙度和形态,使材料表面的粗糙度增加,从而获得具有特殊粗糙结构的超疏水性涂层。基于这种思路,21世纪以来,防污涂料相继问世,制备出了具有荷叶效应的涂层,其着手点主要是组成和结构,即合成低表面能聚合物和制备二级微观粗糙结构。
2.1 低表面能聚合物的合成
目前,有机氟聚合物和有机硅聚合物常用于防污涂料的研制[5]。
氟原子电负性最大,C-F键能很高,氟化共聚物具有低润湿性、低粘合性及低摩擦系数,含氟类材料表面能较低,其结构极其稳定,耐水、耐化学药品性优异,这类含氟类材料包括氟单体的聚合物、氟单体-丙烯酸酯共聚物等,如聚偏二氟乙烯氟含量为59.3%(质量分数,下同),临界表面张力约为25 mN/m;聚十五氟庚烷基甲基丙烯酸乙酯,氟含量为 59.0%,临界表面张力约为11 mN/m;丙烯酸全氟烷基乙基酯(FAEM)-甲基丙烯酸丁酯(BMA)共聚物,当氟含量达到20.0%时,临界表面张力约为15 mN/m[6]。这些材料应用于涂料的合成与改性,可获得疏水疏油的表面。通过原子转移聚合合成的含氟嵌段共聚物膜具有低临界表面张力和向空气/聚合物界面富集的倾向,可提高共聚物的憎水、憎油性,当含氟嵌段含量达 7.6%时,临界表面张力已达18.7 mN/m,与聚四氟乙烯相当,显示出明显的低表面能特征[7]。
有机硅结构中含有Si-O键,键能为425 kJ/mol,远大于C-C键能(345 kJ/mol)和C-O键能(351 kJ/mol),有机硅类聚合物具有较优异的耐高温和耐候性;有机硅具有四面体结构,硅原子处于四面体中心,C-Si键长较长,侧链基团对主链起屏蔽作用,引入长链烷基,使得分子之间的距离增大、作用力降低,导致表面张力减小,具有很好的疏水性[8]。有机硅系列化合物包括硅氧烷树脂、有机硅改性聚合物等。通常,采用硅烷偶联剂等硅烷化合物或含有反应性官能团的硅氧烷将硅氧键引入有机聚合物中而进行改性,如改性环氧树脂[9]、改性聚酯树脂[10]、改性聚氨酯树脂[11]、改性丙烯酸酯树脂[12]等。用有机硅单体对丙烯酸类树脂进行化学改性后与锌盐反应,可合成出有机硅改性丙烯酸锌树脂,当有机硅含量为20%时,可有效提高涂料的防污性能[13]。利用带活性基团的不饱和有机硅单体与丙烯酸类单体共聚合成一系列有机硅改性丙烯酸树脂,有机硅含量和有机硅侧基结构都对涂料的疏水性有影响[14]:增加不饱和硅烷单体在树脂中的含量,可有效地提高树脂的疏水性,长链侧基的引入也可改善涂膜的疏水性。以甲苯-2,4-二异氰酸酯、聚醚二元醇为主要原料制得-NCO封端的预聚体,并与环氧树脂混合均匀,再用3-氨丙基三乙氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷合成氨丙基聚硅氧烷,利用多元胺作固化剂,合成有机硅-聚氨酯-环氧三元共聚物,随着氨丙基聚硅氧烷相对分子质量的增大,三元共聚物的疏水性增强,当相对分子质量为4 000左右时,共聚物的水接触角达到105°,因为要全面考虑涂膜的力学强度等综合性能,最终选用相对分子质量为3 000的氨丙基聚硅氧烷,用量为5%,得到水接触角为102°的疏水涂层材料[15]。
也有同时用有机硅和有机氟改性树脂降低其表面张力的:用多步种子乳液聚合法,在微波辐射下,以丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸六氟丁酯为原料,制备了具有核壳结构的含氟硅丙烯酸酯共聚物乳液,加少量氟硅单体就能显著降低共聚物乳液的表面张力,且表面张力随着氟硅单体含量的增加不断下降,氟硅单体含量(氟硅单体质量比为5 ∶1)为2%时,共聚物乳液的表面张力降至31.4 mN/m;氟硅单体含量为18%时,共聚物乳液的表面张力为28.5 mN/m[16];以聚氨酯或环氧改性有机硅橡胶为基料,以低表面能的聚四氟乙烯、石墨层间化合物和氟化碳酸盐等粉末为添加剂,研磨制成一种防污涂料,其涂层表面在实海中1年后只有少量的藤壶、绿藻、苔藓虫、水螅附着,海生物的覆盖面积仅为15%左右,防污效果良好[17]。
2.2 多级微观粗糙表面的制备方法
(1)模板法
以多孔阳极氧化铝为模板,采用模板滚压法,制备了聚碳酸酯(PC)纳米柱阵列表面,通过PC分子的再取向,在亲水的PC上得到疏水的PC表面[18]。采用阳极氧化技术制备具有微米和纳米结构相结合的双微观阶梯结构氧化铝模板,在该模板表面采用纳米压印、反应离子刻蚀结合硅烷化处理得到硅基超疏水表面[19]。
(2)粒子填充法
用自由基共聚法制备氟改性丙烯酸树脂的无规共聚物,用粒子填充法将平均原生粒径为7~40 nm的SiO2和平均原生粒径为21 nm的TiO2与氟改性丙烯酸树脂共混,得到超疏水性自清洁涂料,将涂料涂覆在处理后的基材表面,室温干燥后得到水接触角大于160°,滚动角小于5°的超疏水性涂膜[20]。通过添加2种不同粒径范围的纳米金属氧化物颗粒的混合物,随着双层阶梯式微观粗糙表面的形成,水接触角从130°增至160°,获得了超疏水表面[21]。
(3)刻蚀法
在硅片上附上一层光敏胶,用光刻的方法刻蚀出设计的结构,然后将聚二甲基硅氧烷弹性体溶液涂在硅片上,固化后分离形成的微观粗糙结构,将环氧类材料涂在固化的聚二甲基硅氧烷弹性体上,脱模分离后通过原子显微镜探针进一步在微米级沟槽上刻出纳米结构,最终以环氧刻蚀体为模具制备具有二级微观结构的表面,该表面具有超疏水性,可有效地防止生物附着[22];用简单激光刻蚀法得到了具有微观粗糙度的聚二甲基硅氧烷超疏水表面,其水接触角大于160°,滚动角小于5°[23]。在多晶铝、铜和锌的表面用化学刻蚀得到具有微观粗糙结构的表面,再用氟硅化合物进行疏水化处理,得到超疏水型表面,其水接触角大于150°,滚动角小于10°[24]。
(4)碳纳米管法
利用化学气相沉积法在石英基底上制备了蜂窝状、柱状和岛状等具有不同阵列结构的碳纳米管膜,其水接触角均大于160°[25,26,27]。通过离子加强化学气相沉积技术在氧化的单晶硅表面烧结Ni晶体岛,制备了垂直阵列碳纳米管,再用聚四氟乙烯进行表面化学修饰,得到了水接触角大于160°的超疏水表面[28]。
(5)相分离法
选择适当的溶剂体系,使丙烯酸酯-含氟丙烯酸酯嵌段共聚物中不同链段的溶解性不同,由于界面张力的作用,在干燥之前不溶链段呈卷曲状分散在分散介质中,随着溶剂的挥发,聚合物小球之间很难互相渗透,于是在涂膜表面形成聚合物小球突起,通过控制聚合物链段的大小形成纳米级粗糙表面。利用聚合物/ (溶剂-非溶剂)的相分离过程,通过改变聚合物浓度、预处理温度以及加入弹性体,获得了伞状、圆盘夹心状及多孔粗糙小球状等不同微观形貌的表面,并制备出了水接触角达到160°的超疏水聚丙烯薄膜[29]。
(6)溶胶-凝胶法
以四甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷为前驱体,利用溶胶-凝胶法获得具有一定粗糙结构的无机涂层,该涂层具有超疏水性和优异的耐紫外线性和热稳定性[30]。利用溶胶-凝胶法获得具有一定粗糙度的有机-无机复合涂层,该涂层表面的静止水接触角达157°,而滚动角只有4°[31]。
(7)自组装
利用溶胶-凝胶法,结合自组装技术,在具有一定粗糙度的表面化学修饰全氟辛基三氯甲硅烷,制备了具有双层结构的薄膜,上表层微凸体的平均直径为0.2 μm,下表层微凸体的平均直径约为13 nm,表面存在大量的F,Cl元素,能显著降低薄膜的表面能,该超疏水性薄膜的水接触角为155°~157°,滑动角为3°~5°[32]。以正硅酸乙酯为先驱体,采用酸/碱两步溶胶-凝胶法和自组装技术,制备了水接触角高达156°、滚动角小于5°的超疏水性薄膜[33]。
(8)化学沉积
利用电沉积法获得枝状Ag膜,通过控制沉积时间和电压来调节Ag膜形态,再通过自组装正十二硫醇单层膜,可得到水接触角高达154°,而滚动角小于3°的超疏水表面[34];运用一种操作简便、成本较低、应用领域较宽的湿化学法制备了超疏水型表面,首先在基材表面沉积ZnO核,再通过ZnO晶体生长,形成具有微观构造的表面,接着采用不同的烷酸进行表面修饰,当烷酸碳链长度大于16时,涂膜表面处于Cassie状态,呈现出稳定的超疏水性,当烷酸碳链长度为8~14时,涂膜表面向Wenzel状态转化,有明显的接触角滞后现象,但此法制备的涂膜表面的水接触角都大于150°[35]。
在制备多级微观粗糙表面时,常常是多种方法相结合[36],如通过化学沉积或电沉积获得具有一定粗糙结构的表面,再利用自组装技术修饰一层或多层低表面能材料;利用刻蚀法先获得粗糙表面,再通过沉积或自组装法修饰低表面能材料。总之,构筑微观粗糙结构和修饰低表面能物质是获得超疏水涂层表面的2个关键因素。
3 展 望
目前,市场化的“荷叶自洁效应”防污涂料绝大多数仅仅是通过合成或选择低表面能聚合物来获得,虽然能够降低表面张力,在一定程度上增大水接触角,但是难以达到150°,得不到超疏水型表面。如没有形成微观粗糙表面的有机硅或有机氟涂层与水的初始接触角小于120°,达不到自洁效果,还需配合一定压力的水流冲洗。单纯的含氟低表面能防污涂料应用于海洋防污时,也只能使海洋生物附着不牢,需定期清理,达不到“自洁”效果,其应用受到限制,多应用于高速船,但对难以定期上坞清理的大型船无法应用。
“荷叶自洁效应”防污涂料未来研发的重点在于微观粗糙结构的构筑,只有同时在组成(低表面能聚合物)和结构上(阶梯式微观粗糙结构)逼真模仿荷叶表面的状态才能得到真正制备“荷叶自洁效应”防污涂料。而多级微观粗糙表面的制备方法大多处于实验室阶段,其中,粒子填充法和相分离法在研磨分散过程中比较容易实现,化学沉积法可通过电泳涂装实现成膜,故实现微观粗糙涂膜简便可行的方法为粒子填充法、相分离法和化学沉积法。
摘要：随着环境保护和节能降耗意识的增强,防污涂料的品种及应用领域不断拓展,已成为研发热点。综述了“荷叶自洁效应”新型防污涂料的设计和涂层结构特点、开发方法和应用前景,指出了防污涂料的发展方向。
功能涂料 篇5
目前建筑隔热涂料按作用机理分为阻隔型、反 射型和辐射型隔热涂料等三种类型。而最理想的隔热涂料是具有3种隔热机理协同作用的隔热涂料,使之成为一个完整的隔热体系,以获得良好的隔热效果[1,2]。此外,随着纳米 材料制备 技术的发展和高性能纳米材料的不断涌现,在涂料中添加适量的纳米材料,可使涂料综合性能得到很大的提升。二氧 化钛纳米晶与空心玻璃微珠复合涂料反射率高于85%[3]。水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶 剂好等优点与水性涂料的低VOC含量相结合[4]。
本研究以水性聚氨酯为成膜剂,以分散良好 滑石粉为 填料,高反射的金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠为隔热功能颜填料,加上高辐射性能的绢云母,经高速分散提高纳米填料在涂料中的分散性,制备具有三种隔热机理协同作用的多功能水性纳米复合保温隔热涂料。
1实验部分
1.1原材料
聚氨酯,泰兴中纺助剂厂;分散剂,深圳海川 化工科技 有限公司;消泡剂、润湿剂,国药集团化学试剂有限公司;pH剂,南昌鑫光精细化工厂;防腐剂,江西核工业实验化 工厂;空心玻璃微珠,中钢集团;成膜助剂,广州宣宁化工科技有限公司;增稠剂,天津市福晨化学试剂厂;超细滑石粉,南昌白云 药业有限公司;纳米金红石型二氧化钛(60nm),阿拉丁试剂上海有限公司。
1.2仪器
GS28-B电子恒速搅拌器,线棒涂布 器,隔热膜温 度测试仪,Quanta200F扫描电子显微镜,反射率测定装置。
1.3隔热涂料的制备
按比例加入蒸馏水、超细滑石粉、分散剂、润湿剂、消泡剂和防腐剂等助剂,然后添加绢云母、金红石二氧化钛 后,采用电子恒速高 速分散仪 转速2800r/min对其进行 高速分散0.5h,然后降低转速到500r/min,再添加聚氨酯、成膜助剂和空心玻璃微珠,pH值调节至8~9,增稠剂调节黏度至合适,继续搅拌10min后,静置30min,备用。实验中所用原料与配方比例见表1。
1.4施工工艺
(1)玻璃基材的处理:首先清除玻璃表面灰尘 及污垢,在10%NaoH溶液中浸泡2h,取出用清水洗净,烘干,备用。(2)涂料涂刷:将制备好的涂料用线棒涂布器涂刷在指定规格的玻璃基材上,涂刷完毕后,室温下放置干燥保证涂膜中水分和有机添加剂充分挥发,再放入烘箱固化。
1.5测试与表征
涂料隔热性能测试,用20cm×16cm×0.4cm规格玻璃,采用隔热膜温度测试仪,按照国标GB/T9755-2001进行测试,通过涂膜玻璃和未涂膜玻璃进行对照,隔热相对温差作为涂料隔热效果的衡量标准。用环境扫描电子显微镜观察纳米填料在涂料中的分散情况。
2结果与分析
2.1绢云母含量对涂料性能的影响
绢云母作为功能性填 料(体质填料)可以增加 涂膜的丰满 度,能够防止 紫外线穿 透而改变 涂膜的耐 候性及耐 热性。绢云母 易于成有 序定向排 列,易产生消 光效应,可以阻挡 可见光,也能屏蔽紫 外线和红 外辐射,理论上还 可以阻挡 微波[5]。由于绢云母良好的光学性能,因此它对涂膜的反射隔热能力同样可以产生 一定影响。表2所示为绢 云母按含 量质量分数8%、9%、10%、11% 和12% 的比例制 备涂料涂 膜的隔热性能。
由表2可知,绢云母对涂料隔 热性能有 明显影响。随 着绢云母含量的增加,涂膜隔热性能逐步提高,涂刷效果也越来越理想。但当绢云母含量达到10%左右时,随着绢云母添加量的增加,涂膜隔热性能没有得到相应的提高,逐步稳定在一定的水平,涂刷效果也变得不理想。综合考虑,绢云母最佳含量为10%(质量分数,下同)。
2.2绢云母与空心玻璃微珠复合涂料性能分析
隔热型颜填料目前使用最多的是空心玻 璃或陶瓷 微珠。空心玻璃微珠除了具有反射光和热辐射的效果之外,还能利用其中空、质轻、热导率低的特点,起到阻隔热量的目的,提高涂膜隔热性能。此外,空心玻璃微珠具有导热系数小、堆积密度小等优点,用少量空心微珠即可达到良好的隔热效果;表面积小,大量添加而黏度保持在可接受的范围;耐久性、耐候 性和耐腐蚀性优良。空心玻璃微珠是细微粉末在高温气流中悬浮熔融或者熔体在高压气流中雾化后,由于自身的表面张力凝聚形成的微珠,具有隔音、隔热和绝缘的特性[6]。实验中选择空心玻璃微珠(粒径约为50μm)为反射隔热填料。在绢云母10%最优添加量的基础上,改变空心玻璃微珠的含量(质量分数)分别取为3%、4%、5%、6% 和7%,制备对比样品的涂料隔热性能见表3。
由表3可知,涂料隔热性能随着空心玻 璃微珠含 量的增大而增大,在4%到5% 的范围内隔热差 增大最明 显,之后隔热性能变化不大,且涂刷效果也是5%较为理想。这是因为随着空心微珠添加量 的增加,涂膜比重 逐渐减小,隔热性能 提高;然而空心微珠添加量必须适量,过多会导致涂料成膜能力降低,对微珠不能充分包覆,涂料流平性能降低,涂层光滑 度受影响,涂层机械性能也下降。所以,综合经济效率和隔热效果,空心玻璃微珠最佳含量为5%。
2.3绢云母、空心玻璃微珠与二氧化钛复合涂料性能分析
金红石型二氧化钛的折射率为2.76,是所有白色颜料中折射率最大的一种,遮盖力也 最佳,可以达到23.6m2/kg[7]。在绢云母(10%)和空心玻璃微珠(5%)的最佳添加量情况下,改变金红石型二氧化钛的质量分数分别为4%、5%、6%、7%和8%,制备对比样品,其隔热性能 对比如表4所示。从表4可以看出,随着金红石二氧化钛含量的增加涂膜隔热率提高,但当达到6% 之后,不再提高,此时隔热 温差可以 达到14.0℃,隔热率接近94%。因此综合涂刷效果和经济性,金红石型二氧化钛最佳含量为6%。
2.4涂膜厚度对涂料性能的影响
为使隔热涂料达到理想的隔热效果,必须使涂 膜具有一定厚度。国内外 的各种涂 料基本上 都要求厚 度在300μm以上,厚度不仅会对隔热性能产生重大影响,对施工工序及成本控制也会带来一定问题。为确定涂料施工膜的最佳 厚度,分别涂刷了200μm、300μm、400μm、500μm和600μm厚度的涂膜,测试其隔热 性能见图1。从图1可以看出,涂膜厚度400μm之前,随着涂膜厚度的增加其隔热性能提高,若继续增加涂膜厚度,涂膜隔热性能不再提高,这是因为在涂膜厚度很小时,热导率随涂抹厚度的增加而迅速降低,当涂膜达到一定厚度时,增加涂膜厚度对涂料隔热效果没有改善。由此可见,通过增加涂膜厚度来达到增强涂料隔热性能目的,只能再涂膜厚度相对小的情况下实现。因此,为了达到最佳隔 热效果且最经济,涂膜厚度为400μm最理想。
2.5涂膜表面微观结构
通过环境扫描电子显微镜观察涂膜表面,如图2。从图2中可以看到,绢云母成片状分布在涂膜中,不仅可以发挥遮盖力和反射隔热效果,还可以将颗粒表面凹凸处填平,改善涂膜表面形貌,提高涂层耐水性。空心玻璃微珠分散在涂膜中,二氧化钛包覆在空心玻璃微珠表面,空心玻璃微珠的反射太阳光、阻隔热量和二氧化钛的折射太阳光、遮盖力,两者隔热 效果有机结合进一步增强了涂膜的隔热性能。
2.6涂层隔热性能对比
对所研制的含绢云母、空心微珠、二氧化钛复合型水性纳米隔热涂料与某进口隔热涂料、某市场售外墙涂料、反光铝粉涂料进行隔热性能对比试验,结果见表5。
表5结果表明,所研制的含绢 云母、空心微 珠、二氧化钛复 合型水性 纳米隔热 涂料的隔 热保温性 能优于反 光铝粉涂料、优质外墙涂料以及某进口涂料,具有优质价廉的特性。
3结论
(1)绢云母具有较高的辐射隔热效果,其最佳用量(质量分数)为10%;空心微珠为高反射隔热填料,随着空心微珠添加量的增加,隔热性能提高,而过多空心微珠会导致涂料机械性能下降,其最佳用量为5%;金红石型二氧化钛是性能最好的反射填料,其最佳用量为6%。
(2)该含绢云母、空心微珠和二氧化钛复合型水性纳米隔热涂料最佳涂刷厚度为400μm,隔热温差可以达到14.0℃,涂料最优隔热率达到94%以上,要远高于单一绢云母涂层隔热率74%和绢云母和空心微珠复合型涂层隔热率86%。
(3)绢云母/空心微珠/二氧化钛 复合型水 性聚氨酯 涂料的隔热性能优于国内同类产品,具有很好的应用价值和市场开发前景。
摘要：以水性聚氨酯为成膜剂,以分散良好的滑石粉和绢云母为填料,金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠为隔热功能颜填料,采用高速分散提高纳米填料在涂料中的分散性,制备具有三种隔热机理协同作用的水性纳米复合隔热涂料。实验表明:绢云母具有较高的辐射隔热效果,其最佳用量(质量分数)为10%;空心微珠为高反射隔热填料,随着空心微珠添加量的增加,隔热性能提高,而过多空心微珠会导致涂料机械性能下降,其最佳用量(质量分数)为5%;金红石型二氧化钛是性能最好的反射填料,其最佳用量(质量分数)为6%;涂刷最佳厚度为400μm,含绢云母、空心微珠和二氧化钛复合型水性纳米涂料隔热性能最优隔热率达到94%以上。
关键词：水性聚氨酯,二氧化钛,空心玻璃微珠,绢云母,隔热性能
参考文献
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[3]MacMullen James,Zhang Zhongyi,Radulovic Jovana,et al.Titanium dioxide and zinc oxide nano-particulate enhanced oil-in-water(O/W)facade emulsions for improved masonry thermal insulation and protection[J].Energy and Buildings,2012,52:86-92.
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功能涂料 篇6
聚氨酯防水涂料生产专用多功能聚合釜适应性强,可根据用户需求选择双轴或三轴,电加热、油加热、蒸汽加热、油汽共用等系列产品。
1 专用机械密封
聚氨酯防水涂料生产中,需通过抽真空使物料内的水分完全挥发掉,有时还需采用氮气隔断空气中水分的进入,故密封是极其重要的一个环节。
聚氨酯防水涂料生产专用聚合釜的高速分散轴设计转速均为1 450转,这就对轴密封提出了较为严格的要求。设计人员参照国外同类设备、结合我国国情,设计出高速专用机械密封。该高速密封可承受0~3 000转运行状态下抽取真空到-0.1 MPa, 可耐高温250℃,同时具有对传动轴不磨损、保养简单、使用寿命长等优点。
高速专用机械密封采用进口轴承、进口骨架密封、多头式粗弹簧、固定盘、冷却夹套等组成。骨架密封由合金钢及塑料合金组成,合金钢可承受每分几万转速度磨 合不磨损 和高温不变形;塑料合金由四氟乙烯材 料加入高 性能的化学材料合成,比常规四氟乙烯耐磨1 500倍以上。这两种材料形成密封唇口紧抱主轴,在主轴运行时有相对的滑动,减轻阻力,达到良好的密封效果( 图1) 。
2 多功能组合搅拌器
聚氨酯防水涂料生产工艺中, 有一定比例的粉料加入。传统的混合方式是采用桨式单轴缓慢搅拌而成,需耗时8~10 h,虽也能生产出合格产品,但存在粉料细化不完全的缺陷。而多功能聚合釜采用慢速搅拌加快速分散的组合设计( 图2) 。
慢速搅拌轴采用△型强力搅拌桨, 既保证了剪切力,又能减轻阻力、延长使用寿命。同时,慢速搅拌轴选用了扭力大的传动减速机, 以减轻慢速搅拌电机的阻力。
快速分散主轴采用分散盘,分散盘分两层放置,下层至封头,上层与下层间隔500 mm。分散主轴运行的稳定性主要靠轴承, 除选择性能较优的进口轴承外,轴承座需有一定的长度。主轴宜粗不宜细,主轴加工精度为δ6~δ8, 误差不超过16丝 ( 0.16 mm)( HG/T 3796—2005《搅拌轴系列标准》) 。
组合搅拌器的工作原理:先开中间强力搅拌桨,使物料全方向、多角度从底部向上翻混, 形成涡流状, 实现将液料-粉料快速溶解为一体;30 min后开启高速分散,实现物料快速分散、细化,物料高速分散产生离心力又与不断送来的物料对撞, 加速细化、混合( 强大的离心力还能降低物料粘壁的几率) ;高速分散1~2 h后,液-粉料已充分混合、细化,此时关闭高速轴,继续强力搅拌0.5~1 h,促使物料进一步混合均匀。
实践证明,原料相同的情况下,采用组合搅拌生产方式与采用传统单轴生产方式相比,生产效率提高明显,同时产品固含量可提高15%,且不易变质、沉淀。
3 聚合釜的冷却
聚氨酯防水涂料生产时的温度不是很高,但需快速升、降温,因而对冷却系统要求较高。
电加热型聚合釜,由于升温速度快,采用了双冷却系统,即夹套内设冷却盘管,夹套外增加冷却夹套( 图3) 。这样设计的优点是:1) 双重冷却,速度快、效果好;2) 不冷却时,增加的夹套还可起到保温作用。
导热油加热型聚合釜,在夹套内设置不锈钢半盘管加热( 不锈钢半盘管需用氩弧焊焊2遍,确保长期使用) , 不锈钢半盘管外、夹套内过循环水冷却 ( 图4) 。这样设计的优点是 :1) 节省热能 ,热源在半盘管内导向整个釜体,釜体循环均匀受热;2) 减轻设备及管道的受压因素,延长设备使用寿命。需要注意的是,随着聚氨酯防水涂料生产的规模化,生产用聚合釜的规格也越来越大。5 000 L及以上规格的聚合釜,需采取分段加热方式,在聚合釜底部、上部设置2组加热通道,确保聚合釜上、中、下部均匀加热。
蒸汽加热型聚合釜的冷却方式,与导热油加热型聚合釜的冷却方式类似,只需将进出口位置对调即可( 导热油加热方式是下进、上出 ,蒸汽加热为上进、下出)( 图4) 。若采用煤加热的聚合釜,加热煤进口直径应略小于出口直径,如进口采用d40、出口采用d50。
4 聚合釜的加热
以电加热型聚合釜为例, 介绍聚合釜的加热方式。
电加热型聚合釜加热系统的一般设计是在聚合釜底部均布5组立式电加热棒,每组3根,成△型排布。这种排布方式会导致聚合釜底部受热不均。本设计将其中1组立式电加热棒改为横插釜底。竖插与横插相配合的设计, 有效避免了釜底受热不均的缺陷,改善了加热效果,缩短了加热时间( 图5) 。
采用加热棒横插釜底的加热方式,需适当放宽夹套底部尺寸,增加热源。实际生产中,根据物料的多少,可选择电加热棒全开,缩短加热时间;也可少开一组或几组立式电加热棒( 横插电加热棒必须开) ,因电加热型聚合釜导热油的热量是从上部往下传递,只要保持横插电加热棒处于开启状态,立式电加热棒不管开一组还是全开,均为四周受热。
5 聚合釜传动功率
不同规格的聚合釜, 需要采用不同的传动功率。根据笔者多年的生产实践经验,3 000 L规格的聚合釜,慢速搅拌电机功率为7.5 k W,快速分散电机功率为22 k W;5 000 L规格的聚合釜,慢速搅拌电机功率为15 k W,快速分散电机功率为37 k W。慢速搅拌转速不宜超过63转,快速分散转速需达到1 450转( 转速低于1 000转时,起不到剪切细化作用) 。
6 结语
除了上述选材和参数设置外,聚合釜各部位的装配也是非常重要的一环,即使是一个轴承、一颗螺丝，都要严格按照技术规程操作。这样才能保证聚合釜长期、可靠运行。
摘要：介绍了一种聚氨酯防水涂料生产专用多功能聚合釜,该聚合釜采用高速轴专用机械密封、慢速搅拌加快速分散的组合搅拌系统、竖插与横插相配合的加热设计,有效解决了传统聚合釜密封不持久、搅拌耗时长、加热不均匀的缺陷。
功能涂料 篇7
混凝土是一种在人类生产生活中发挥重要作用的人工石材, 它是由胶凝材料、水、细骨料、粗骨料按适当比例混合在一起, 还可以通过加入外加剂和矿物掺合料来调节各项性能, 经过一系列搅拌均匀、密实成型和养护硬化操作过程制备得到的。目前全世界每年混凝土用量达到75亿m3, 而中国的混凝土用量居世界首位, 占全世界的30%以上, 达到了25亿m3。由于本身的特性以及各种外因和内因的共同作用, 混凝土不可避免地会出现裂缝[1], 并且伴随着后期结构承载情况以及环境因素的变化, 裂缝将持续运动和发展, 后果就是裂缝数量不断增多、深度和宽度不断加大。这样的裂缝不但会对建筑物的耐久性及正常的使用功能造成严重的危害, 而且会对结构的安全可靠性产生不良影响, 最直接的损害就是发生渗漏。因此, 混凝土裂缝的修复, 是确保建筑物的防水性能、正常使用功能、耐久性及安全可靠性的必要措施[2,3]。
近年来国内外都在大力发展水泥混凝土裂缝自修复技术[4,5], 即在水泥混凝土成型时掺加一些有效的粘结成分, 一旦水泥混凝土结构受到损坏、出现裂缝等对混凝土耐久性能有害的状况, 混凝土材料会自行进行修复, 密实结构, 提高抗渗性能, 从而提高耐久性。可以预见, 这种水泥混凝土的自修复技术将在混凝土抗渗技术的发展中占有极其重要的地位。
自20世纪90年代中期水泥基渗透结晶型防水材料 (下称CCCW) 首次引入我国以来, 由于其抗渗性能好, 并具有较强的自修复功能, 正受到越来越多的关注。经过国内近20年的工程实践经验的检验, CCCW已奠定了其在混凝土裂缝治理方面的特殊地位。根据市场调查, 我国从事CCCW生产和销售的企业绝大部分是将进口活性母料通过与水泥、填料等混合、分装而得到最终产品, 真正掌握活性母料配方的企业为数不多。
本课题旨在从水泥水化反应原理入手, 通过调节水化反应进程、优化产品配方等技术手段, 研制出具有裂缝自修复功能的新型水泥基渗透结晶型防水涂料 (下称自修复防水涂料) , 这对于推动行业技术水平进步、培育新的行业增长点等均具有积极的意义。
1 实验部分
1.1 原材料
实验用原材料名称、规格、来源见表1。
制作基准试块的原材料如下:水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5;砂为Ⅱ区中砂, 细度模数2.6;碎石子粒径为5~30 mm, 连续级配;水采用市政自来水, 符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》。
本研究采用唐山冀东水泥股份有限公司生产的P.O.42.5普通硅酸盐水泥 (比表面积约为300~350m2/kg) 作为自修复防水涂料的主要胶凝成分, 一方面可以提高材料自身的抗渗能力和强度, 另一方面由于组成该种水泥的混合材料较少, 有利于减少水泥中混合材对自修复防水涂料性能造成的不利影响。
活性化学物质是自修复防水涂料的主要成分, 有效活性物质的选取是自修复防水涂料能否研制成功的关键。本研究选取了3种主要活性物质, 均为白色粉状固体, 具有相当强的络合能力, 不含有Na2O和K2O等具有潜在碱危害的物质。
1.2 性能测试方法
本课题主要进行的测试包括砂浆的抗压/抗折测试、混凝土抗压试验和混凝土抗渗试验, 相关的试验方法按照GB 18445—2012《水泥基渗透结晶型防水材料》标准[6]的要求进行;活性物质含量采用HPLC法测定;渗透系数按照Darcy定律计算。
2 结果与讨论
2.1 不同渗透结晶活性物质对涂层性能的影响
自修复防水涂料的抗拉强度和抗压强度是使用过程中抵御外力损害、提供防水保障、构筑活性物质扩散基地的保证。考察活性物质对涂层力学性能的影响有助于掌握防水材料在实际工程应用中的适应性, 了解涂膜的耐久性和稳定性。
以水泥掺量 (质量) 为基准, 活性物质的比例为2%、4%、6%, 亚硝酸钙比例为2%, 胶粉比例为3%, 消泡剂p803比例为0.1%, FDN比例为0.05%, 分别测试7 d、28 d抗压、抗折强度和抗渗压力 (28 d) , 以考察活性物质对自修复涂层性能的影响。
图1是不同添加量的活性物质A对自修复防水涂层力学性能的影响曲线。从图1可以看出, 随着活性物质A添加量的增大, 自修复防水涂层的抗压强度和抗折强度总体趋势都是减小的, 而且变化趋势几乎不受养护时间的影响。这表明活性物质A对涂层强度有一定的不利影响, 由于涂层强度主要来源于水泥浆体, 也就是说, 过多的加入活性物质A对水泥浆体的力学性能有不利影响。但是从图1可以看出, 在测试范围内, 自修复防水涂层力学性能降低的幅度比较小, 只要控制活性物质A的添加量就不会对涂层产生严重的不良后果。
图2是不同添加量的活性物质B对自修复防水涂层力学性能的影响曲线。从图2可以看出, 随着活性物质B添加量的增大, 自修复防水涂层的抗压强度随之减小, 且变化趋势不受养护时间的影响;但是抗折强度虽然总趋势是减小的, 但是养护时间为7 d时, 抗折强度在活性物质B添加量为4%时达到最大值, 说明活性物质B具有混凝土早强作用。
图3是不同添加量的活性物质C对自修复防水涂层力学性能的影响曲线。从图3可以看出, 随着活性物质C添加量的增大, 自修复防水涂层的抗压强度变化不大, 基本保持恒定;但是养护28 d的抗折强度随活性物质C添加量的增大而减小, 特别是养护时间为7 d时, 抗折强度在活性物质C添加量为4%时达到最小值, 说明活性物质C具有一定程度的缓凝作用。
对于自修复防水涂料的整体性能来说, 活性物质最重要的作用是对抗渗性能的影响。表2是各种活性物质及其添加量对自修复防水涂层抗渗性能的影响, 从表2可以看出, 活性物质C的抗渗性最差, 而活性物质A的抗渗性最佳, 活性物质B的抗渗性随着添加量的增加有下降趋势。
综上所述, 3种活性物质对自修复防水涂层强度的影响均在应用许可范围内, 所以优选抗渗能力最好的活性物质A进行后续研究。
2.2 正交优化研究
自修复防水涂料的活性组分发挥着重要的作用, 但是其他组分也是必不可少的。胶粉是聚合物粉末, 具有变形能力, 可以填充在水泥浆体的毛细孔隙内, 能够赋予刚性涂膜一定的柔韧性, 减少涂膜受到拉伸作用时的应力集中现象, 有效地消弭涂膜的裂缝, 保持涂膜的整体性, 是配方中必不可少的组成成分。为了进行材料配方的优化, 以活性物质A为主, 再选出对配方最终性能影响较大的2个组分———胶粉和亚硝酸钙, 按照正交试验方法进行试验设计及筛选。以活性物质A、胶粉、亚硝酸钙为因素, 各选取3个用量为3水平, 正交试验的因素水平如表3所示。配方中水泥用量为5 kg, 消泡剂p803用量为5 g, FDN用量为2.5 g。分别测试了不同配方的7 d、28 d抗压、抗折强度和28 d抗渗压力, 结果见表4—8。
由上述结果可以看出, 亚硝酸钙对试块的早期抗折强度影响较大, 可能由于其具有早强效应的缘故;其对试块后期的力学性能影响较小, 这是因为试块的后期强度主要由硅酸盐的水化物所贡献, 化学环境的变化, 导致亚硝酸钙的作用效能不同。胶粉则使试块的抗压强度有所降低, 因为胶粉本身变形能力较强, 弹性模量较低, 所以在试块的内部具有预防开裂的作用, 同时对力学性能有所影响。活性物质A对试块的长期抗压强度有较大的影响, 这是因为活性物质A通过络合作用迁移内部离子, 通过再沉淀聚集效应, 填充内部孔隙, 所以试块力学性能有所加强。根据抗渗性能测试结果, 可以发现亚硝酸钙对抗渗性能影响不大, 而活性物质A抗渗作用最为显著。通过将最优组合A2B2C3和A2B3C3进行分析对比, 综合考虑力学性能、抗渗性能和产品性价比, 最终选择配方为A2B2C3。按照GB 18445—2012标准中Ⅱ型产品指标的要求, 对自修复防水涂料进行了各项性能测试, 结果见表9。
3 作用机理分析
由于混凝土组分的多样性、内部结构的复杂性等客观因素的影响, 一般认为沉淀反应机理和络合-沉淀反应机理[7]可以初步解释自修复防水涂料的防水作用机理。
沉淀反应机理认为当CCCW涂抹于混凝土表面时, 在浓度差、压力差作用下, 活性化学物质会通过混凝土孔隙中存在的水, 渗透到混凝土毛细孔和微裂缝内, 与游离的石灰和氧化物发生化学反应, 生成不溶于水的结晶体, 堵塞混凝土中的水流通道, 发挥防水作用。当混凝土成为干燥状态时, 活性化学物质和混凝土内部的Ca2+便不能以游离态的离子形态存在, 即处于所谓的“休眠”状态。当混凝土受不均匀载荷、地基沉降、温差变化等物理作用再次产生微裂纹时, 水便会再次沿着裂纹进入混凝土中, 相应的活性化学物质也重新溶解, 随水向混凝土内部渗透, 并再次生成堵塞通道的结晶体。
络合-沉淀反应机理认为, CCCW中存在着可与Ca2+络合的活性化学物质, 活性化学物质会在浓度差的驱动下分布到混凝土基体内部。活性化学物质可以和混凝土中的Ca (OH) 2形成易溶于水的、不稳定的钙络合物。络合物随水在混凝土孔隙中扩散, 遇到活性较高的未水化水泥或水泥凝胶体时, 络合物中的Ca2+会和硅酸根、铝酸根发生结晶、沉淀反应, 生成更稳定的晶体, 填充混凝土孔隙中, 而活性化学物质则继续随水向内部迁移。混凝土干燥时, 由于缺少扩散介质———水, 该活性物质处于休眠状态, 当有水渗入时, 该物质将会再度激活, 催化发生新的结晶反应, 从而使混凝土结构致密防水。
这两种理论都给自修复防水涂料的作用机理奠定了初步基础, 在一般情况下, 混凝土中水的渗透速度很小, 而且流经途径的管径尺寸很小, 其雷诺数很低, 所以其渗流过程可以看作是一种水流流线互相平行的流动———层流, 因此其渗透阻力可以用哈根-泊谡叶 (Hagen-Poiseuille) 方程来计算[8,9], 混凝土中水的渗透孔道可以用具有相同渗透阻力的直管来模拟:
式中, Δpf为渗透阻力;μ为水的黏度;l为管道长度;u为水的流速;d为管道直径。
在抗渗试验中, 混凝土试块的抗渗压力是用试块出现渗水现象的压力来表示的, 可以认为试块刚发生渗水现象时水的流速是相同的, 其管道长度和管径也可以认为不随水的压力而变动, 在大孔径管道中水的黏度一般认为是不变的, 与体相水相同。所以从式 (1) 中可以看出, 渗透阻力与管道直径的平方成反比。由于自修复防水涂料的渗透深度为0.8 cm, 仅占试块厚度15 cm的5%, 而活性化学物质含量仅占扩散范围内混凝土的2%, 如果按照化学活性物质均匀地在孔表面结晶沉淀, 则试块的渗透阻力仅增加不到4%, 与渗透压力比433%的试验结果相比, 相差甚远。按照活性化学物质在孔道中生成结晶聚集体堵在混凝土孔道的局部, 造成局部孔径的急剧减小来计算, 只要局部管道的孔径减少到原来的3%, 渗透压力比就可增加到500%, 与试验结果相符。一般混凝土中孔径大于100 nm的孔道对水的渗透起决定性作用, 通过活性化学物质的离子络合能力, 通过迁移、桥联作用, 形成粒径在数百nm以上的结晶聚集体是符合结晶化学规律的, 这样就可以将孔道堵塞, 极大提高水的流通阻力, 增强混凝土试块的抗渗性。
采用扫描电镜可以观察材料的微观结构特征, 图4是混凝土涂覆自修复防水涂料前后内部断面的SEM图。从图4可以看出, 自修复防水涂料的活性组分可以使混凝土内部结构变得更为致密。这是由于材料中含有的活性化学物质以水作为载体, 在混凝土微孔及毛细管中渗透、充盈, 催化混凝土中的微粒及未完全水化的水泥成分再水化, 形成不溶于水的枝蔓状结晶体, 堵塞毛细孔道, 与混凝土结合成为整体, 使混凝土致密而抗渗, 充分提高混凝土的密实度达到防渗、防污、补强、保护钢筋等多方面的效果。
4 自修复防水涂料的适用范围、施工注意事项及工程应用
4.1 适用范围
1) 适用于有腐蚀性液体场合的防水抗渗, 如有防渗要求的石化、化工设备基础地面, 垃圾、废物贮存场的抗渗防水, 以及污水处理池等。
2) 适用于要求无毒、无味、无污染的防水工程, 如自来水塔、自来水管道、游泳池等。
3) 可用于迎水面和背水面, 可在潮湿面上施工, 如卫生间、水池及地下工程中大面积毛细渗漏的防治施工;特别适用于基层细裂缝渗漏的修复, 并起到永久防水防渗作用。
4.2 施工工艺
1) 拌合
在自修复防水涂料中加入约35% (质量比) 的水, 用电动搅拌器充分搅拌3 min成泥浆状, 稍放置后再搅匀即可涂刷。
2) 涂刷
用水充分湿润基层后, 用辊子或毛刷沿一定方向反复涂刷, 第1道尽可能让浆料渗进基层毛细孔, 均匀遮盖基层, 当第1道涂层呈硬化状态 (一般约2~3h) 后, 开始涂刷第2道, 第2道沿着与第1道垂直的方向进行, 第3道与第1道方向相同。
3) 养护
施工完4~6 h (以终凝硬化能上人为准) , 开始洒水养护。每隔4 h左右喷水一次, 也可以覆盖塑料薄膜, 防止水分过快蒸发, 至少连续潮湿养护3 d以上, 不得采用蓄水或浇水养护。
4.3 工程应用案例
神华鄂尔多斯煤制油分公司位于内蒙古鄂尔多斯市伊旗 (阿镇) 乌兰木伦镇马家塔, 拥有中国第1条煤制油生产线。由于前期规划的需要, 该公司生产线5个单元的罐体和管道已安装完毕并投入使用, 但是厂区的地坪尚未浇筑完成, 生产过程中废弃的液体和油污可能会渗入地下, 对地下及周围环境产生污染。为满足国家环保的要求, 厂方决定对煤制油厂区的地坪采用防渗混凝土进行防污染、防渗处理。在对各种防渗材料进行对比筛选之后, 厂方最终选用了本课题研发的自修复防水涂料———WP-501内掺型水泥基渗透结晶型防渗保护剂 (简称WP-501保护剂) , 厂方采用WP-501保护剂配制了防渗混凝土, 同时加入适量多锚点钢纤维提高混凝土地坪的抗裂性能, 对厂区3万m2地坪进行了防渗处理, 效果良好, 见图5。
5 总结与展望
本课题在对CCCW作用机理和应用性能分析研究基础上, 研制成功了一种以硅酸盐水泥为基础的CCCW———裂缝自修复功能防水涂料, 选择能与水泥混凝土中未水化水泥及部分水化产物反应的活性物质和其他辅助成分, 利用正交设计方法, 研究不同组分对防水涂料防水性能的影响, 并详细分析了原料化学成分、掺量及养护条件等参数的变化对防水涂料渗透结晶性能的影响。按照GB 18445—2012标准的要求, 对该涂料进行了一系列的性能研究。结果表明, 该自修复防水涂料的抗渗压力、二次抗渗压力、强度、自愈合性能、耐腐蚀性等均达到或超过标准的性能指标要求。
在对自修复防水涂料进行性能研究的基础上, 采用元素分析测试手段, 从材料的微观结构方面分析了自修复防水涂料的防水机理, 证明了自修复防水涂料是通过渗透结晶反应来提高混凝土的防水抗渗能力。自修复防水涂料为无机刚性防水涂料, 无毒无污染、生产和施工工艺简单, 适应大面积复杂表面的混凝土工程, 在地下工程、水利工程、公路桥梁、蓄水池、污水处理厂等工程防水中, 具有良好的应用前景。
摘要：研制了一种裂缝自修复功能防水涂料, 探讨了活性物质种类和添加量对涂料抗折、抗压、抗渗性能的影响;采用正交试验方法优化了涂料的配方;分析了该涂料渗透结晶的防水防渗作用机理并研究了其微观结构。文章还介绍了该防水涂料的应用技术和工程案例, 并展望了其应用前景。
关键词：防水涂料,裂缝自修复,渗透结晶,活性物质,抗渗性能,正交试验,防水机理,微观结构
参考文献
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功能涂料 篇8
随着科技的进步,防水涂料的品种日渐增多,但迄今为止在世界范围内各国仍视聚氨酯防水涂料为功能最好的防水涂料之一,被誉为液体橡胶。
北京东方雨虹防水技术股份有限公司为适应市场对聚氨酯防水涂料的需求,特别是为国家重大工程提供优质的聚氨酯产品,同时完善公司的防水涂料体系,形成覆盖中、高性能档次的涂料产品系列,于2004年5月建成投产了一条年产5 000 t聚氨酯防水涂料的生产线,并于2007年10月扩产达到1万t产能。该生产线自建成投产至今已累计生产单、双组分聚氨酯和喷涂型聚脲涂料等1.5万余t,产品用于工业与民用建筑的厨厕间及阳台、地下室、泳池、污水处理池、地铁、高速铁路等多个领域和部位的防水。笔者主持了该生产线的设计、建设和运行,几年的生产实践证明,该生产线设计先进、系统完善,核心设备和控制系统完全满足生产多个品种高质量涂料工艺条件的要求。本文着重介绍生产线设计以及涂料生产过程关键工序的工艺控制方法与要求等内容,与同行交流。
1 一线多功能聚氨酯防水涂料生产线工艺设计
1.1 设计指导思想
建设一条功能多、规模大、工艺装备先进、电气控制现代化,总体技术具有当代国际先进水平的生产线,是本公司聚氨酯涂料生产线设计和建设的目标,也是生产线建设的指导思想。
1.2 设计功能和规模
聚氨酯是聚合物主链上含有较多氨基甲酸酯基团(—NHCO—)的系列弹性体材料,按形态和功能不同分为液态涂料、膏状密封材料、粘结材料和防腐、耐磨材料等多种产品;根据包装形式的不同,聚氨酯可分为双组分(多组分)和单组分两大类。单组分是通过聚氨酯预聚物的—NCO端基与空气中的湿气反应而固化成膜,而双组分是A、B组分按比例混合后,A组分中的—NCO端基与B组分中的催化剂反应而固化成膜。另据当时对聚氨酯类材料国内外市场的调查,喷涂型聚脲弹性涂料已悄然兴起;聚氨酯防水涂料的品种规格、性能、颜色也有多样化的趋势。
为使建成的生产线最大限度地发挥作用,适应市场多品种、高质量、大批量的需求,我们确定生产线设计目标为:兼具生产单双组分聚氨酯涂料、双组分喷涂聚脲弹性涂料、双组分建筑密封膏和道桥密封膏等多种产品的功能,一期设计规模为年产5 000 t(工艺管道等配套系统能力按年产1万t设计,主设备预留位置,为今后扩建打下基础)。2007年,通过新增3 m3反应釜5个、扩充真空系统、新建自动恒压氮气保护聚醚储罐、恒压氮气保护冲洗液储罐等,将生产能力扩大到了年产1万t。
1.3 工艺流程设计
1)主要原材料选用
聚氨酯类材料的合成过程主要是异氰酸酯与羟基化合物的反应,经过反复试验与比较,我们选用了上海高桥二元、三元醇醚和拜耳80/20-甲苯二异氰酸酯(TDI)作为主原材料(后从环保、安全与经济角度出发改用MDI)。除主原材料外,溶剂、助剂、填料等也对聚氨酯涂料合成反应的进行与产品质量起着不容忽视的作用,因此我们也对此一一进行了实验和优选,从原材料和配方上为保证产品质量奠定了基础。
2)工艺流程
从聚氨酯涂料的生产过程看,由原料加入到制备完成是一个复杂的化学反应过程,按其组成和工艺属于精细化工产品。聚氨酯合成反应需要一定的起始温度,而反应均为放热反应,反应过程中又需要不断地移走反应热。聚氨酯合成反应的一个突出特点,是要求控制较窄的温度区间。因为温度过低,反应无法进行或反应速度太慢影响生产效率;温度过高,则氨基甲酸酯、脲基甲酸酯等不稳定、易分解;反应温度不同,其生成物结构不同。为了抑制异氰酸酯与水的副反应发生,须对原料进行脱水处理,因而需要对原料进行加热、抽真空脱水和充氮保护以隔绝潮气。如原材料出现配比误差,任何一种原材料过量均会影响产品质量,特别是异氰酸酯是剧毒化合物,如产品中有游离异氰酸酯存在会在产品应用过程中产生极大危害,因而对配比、计量的准确性要求极高。为此,我们对生产线建设做了充分的前期调研,对国外聚氨酯涂料工艺装备做了深入了解和考察,在此基础上确定了生产线的系统构成:液料贮存;计量及输送管道;反应釜;抽真空系统;充氮保护系统;供热和冷却系统;废气和清洗液回收处理系统;PLC控制系统;自动包装。另外,为节省建设投资,单、双组分反应釜分开设置,工艺管道等配套系统为部分共用。年产5 000 t聚氨酯涂料生产工艺流程见图1。
2 核心设备设计与选型
保证聚氨酯涂料生产和质量的核心设备是反应釜和计量、控制系统。我们在消化吸收国外先进技术的基础上,结合本生产线对功能、规模及总体技术水平的要求与目标,在设计思路上大胆创新并获得了成功。
2.1 聚氨酯合成的核心设备——反应釜
聚氨酯防水涂料生产线的核心设备为10个有效容积3 m3和3个1m3的双搅拌、双螺旋换热反应釜。其结构如图2所示。
搅拌是制备聚氨酯涂料的关键过程,通过搅拌使各组分互相(液液之间、液固之间)混合均匀、反应充分,在粉料加入、TDI(MDI)加入后均需快速充分搅拌。聚氨酯生产是一个较为复杂的物理、化学过程,改善其传质、传热过程非常重要,特别是对反应速度相对较慢和存在一定程度逆反应的有机反应更为关键。如何保证参与反应的各组分在反应釜中充分、均匀地混合,尽可能大地增加参与反应组分的传质界面和保证反应釜内各层面的温度基本一致,是保证反应速度和反应程度的关键。考虑到聚氨酯各组分具有一定的粘稠度,Φ1 600的反应釜依靠单一的高速搅拌型式不能很好地解决问题。本反应釜参照国际先进水平,除设置0～750 r/min变频调速高速桨式搅拌外,同时配置了50 r/min框式低速刮边搅拌。为保证刮边效果,要求框式搅拌叶与反应釜壁之间为仅5 mm的均匀间隙,这给反应釜和搅拌器的制作都带来不小的难度。我们依靠与化工设备专业制造厂家的密切合作,来保证设备较好地达到设计要求。
聚氨酯生产同时也是一个反复升温、降温的过程:聚醚升温脱水—降温反应—反应放热升温(需及时移走热量)—降温出料。为保证产品质量,根据工艺条件的要求,对生产各阶段的温度控制和持续时间都有较高和精确的要求。如采用蒸汽升温和冷却水降温,基本能满足要求,但我公司没有蒸汽锅炉,如果因为此生产线的需要增设蒸汽锅炉,在项目投资、人员配备、管理等各方面都要增加较大投入。经过反复论证,最后创造性地采用了双螺旋加热、降温方式,采用一路螺旋通导热油加热,一路螺旋通冷却水降温来满足工艺条件的要求。采用该加热、降温方式,虽然换热面积有一定的缩减,但较之常规的夹套式反应釜,换热介质流速大大增加,同时彻底消除了死角,因而换热效果得到改善。运行证明此种换热结构较好地保证了生产各阶段对温度控制的要求和升降温速度。同时相比夹套式反应釜,螺旋本身可以起到加强筋的作用,降低了对反应釜的要求,提高了反应釜的承压能力。此种具有独特换热结构的反应釜,我们已申请专利。
2.2 计量与控制
对加入反应釜的各种原材料精确进行可靠的计量和对生产各过程采用先进有效的控制手段无疑是充分发挥设备和系统作用,最终保证生产顺利进行和产品质量的必要因素。
本生产线控制系统PLC采用德国SIEMENS公司S7-300系列产品,保证了该系统技术的先进性和稳定性。选用EASY-VIEW公司10英寸彩色触摸屏作为人机界面;高速分散采用LG公司变频控制产品,高速搅拌器可以从0～750 r/min任意调节,以满足生产各阶段对搅拌速度的不同要求,从而保证整个控制系统的可靠性。
PLC从现场仪表采集速度、温度、压力、流量、阀门开关及设备运行状态等信号,通过RS485口在人机界面实现实时快捷的信息交换。为保证可靠性,所有温度、压力等工艺指标均采取远程和现场测量显示两套系统。通过现场工艺参数测量—信号运输—集中显示和程序控制—信号反馈—现场执行的过程,实现了生产过程温度、压力的自动控制和调节。
涂料生产主要原料液料的传送均由PLC控制自动计量,并按粘度的不同选择流量计,粘度大的用容积式流量计,粘度小的用涡街流量计(计量精度在0.5级以上)。在输送液料前,操作人员在触摸屏上设定需要的量,然后按启动按钮,阀门自动打开,液料泵自动启动,开始输送液料。当液料达到设定值时,液料泵自动停止、自动控制阀门关闭,整个液料输送过程均自动完成,无需人为干预。为保证计量的准确性,还为每个反应釜配置了进口电子称重计量系统,对经一次计量后加入反应釜的原材料量进行二次计量校核,其精度可达±0.5 kg。
因反应釜均配有称重计量系统,所以输送管道均采用耐高温金属软管连接;对于直径大于40 mm的软管,在与反应釜连接部位采取水平连接,避免造成称重误差。
同时为保证最终出厂产品的计量准确,本生产线设置了成品自动罐装机,罐装和压盖的整个过程均自动完成,罐装物料计量精度为±10 g。
2.3 反应釜控温、控压
鉴于聚氨酯涂料生产过程各阶段对温度、压力都有不同的精确要求,我们针对远程控制压力仪表可靠性不高的问题,设置了现场压力表,即使对热电阻这样可靠性较高的仪表,也设置了现场测温装置,以确保对生产过程工艺指标的控制万无一失,最终确保生产安全和产品质量。
3 生产过程关键工序的工艺控制
在设备、配方和原料质量有保证的前提下,生产过程关键工序的正确、有效控制对聚氨酯涂料的产品质量起着决定性的作用。
3.1 原材料的储存
原材料是产品质量保证的前提。保证原材料的质量除优选供应商外,值得重视的还有原材料贮存过程中对产品质量的影响,尤其是TDI的储存更需严格管理。TDI具有活泼的化学性质,极易与水发生反应,生成不溶性的脲类化合物并释放出二氧化碳,造成鼓桶并致产品失效。因此在储存过程中,必须保证盛装TDI容器的干燥密封,需充干燥氮气保护。特别是开桶后没有用完的TDI需要及时密封处理,并充氮保护。另外,TDI储存温度也需严格控制。最佳储存温度为25℃,不低于21℃,且不高于35℃。储存温度长期高于35℃时,TDI可发生自聚,导致产品变质;而储存温度低于21℃,可导致原料中产生结晶现象。一旦TDI产生结晶,应在使用前于40～45℃的专用烘房中加热溶化,并充分混合均匀。TDI结晶溶化温度不超过45℃,否则TDI易自聚而变质。
3.2 粉料烘干
聚氨酯生产用粉料中含水率过高将影响产品的储存稳定性,我们利用锅炉烟气余热建有烘房对粉状原料进行烘干处理。实践证明,粉料不经烘干,生产出的聚氨酯涂料产品储存过程中容易凝胶或结皮;而粉料经过烘干后生产的聚氨酯涂料,产品储存稳定性明显改善。经过配方试验验证,当粉料的含水率高于0.15%时,产品稳定性下降严重,储存半年后粘度急剧上升,严重的甚至在表面结一层较厚的皮。因此,为了保证涂料的储存稳定性,粉料需经烘干后才能投入生产。结合生产实际情况,粉料的烘干条件为:烘干温度45～50℃,烘干时间24 h。
3.3 脱水
聚氨酯涂料生产过程中的脱水是关键工序,尤其是单组分涂料的生产,在加入聚醚和粉料后、加入TDI进行反应前,必须进行真空加热抽气脱水。因为原料中水分的存在,不仅影响产品的贮存稳定性,更重要的是将引起聚氨酯预聚体的凝胶而造成生产事故。原料脱水,工艺要求温度控制在110～120℃,抽真空压力为-0.06 MPa以下,脱水后含水率要达到0.5‰以下。图3为在工艺规定的温度和压力下聚氨酯原料含水率随脱水时间的变化情况。由图3可见,脱水2.5 h以上,含水率可低于0.05%。因此生产工艺规定,脱水时间3 h后取样检测含水率。
3.4 聚合反应
原料脱水完毕后,即可加入TDI进行聚合反应。生产过程应严格控制反应温度和时间。温度高会使反应不均,易出现暴聚;温度低反应不完全,影响产品性能和储存。工艺要求反应阶段的温度在80℃左右,不低于75℃,且不能高于85℃。一旦超过85℃时,必须采取措施快速降温,以免暴聚。
聚合反应时间对于产品性能也有至关重要的影响。通过检测反应后游离—NCO含量w—NCO可确定反应时间。根据配方设计,单组分聚氨酯防水涂料预聚体反应完成后,游离—NCO含量(w—NCO)应低于1%。图4为w—NCO随不同反应时间的变化情况。由图4可见,反应2 h后—NCO含量可达要求。
3.5 氮气保护
单组分聚氨酯涂料对防水工程来说还只是一个中间产品,需要施工涂刷后涂料与空气中的水反应固化成膜而成为防水产品。因此对于单组分涂料的制备,隔离潮气的充氮保护系统在整个生产工艺中十分重要。该系统在聚氨酯产品出料时将氮气从反应釜上方充入,使聚氨酯产品受到氮气保护,隔绝空气中水分。
3.6 涂料包装
单组分聚氨酯涂料的湿气固化特点,要求减少包装过程中涂料与空气接触的时间,为此,本生产线采用专用的全自动灌装设备,计量、包装快速完成。生产或包装聚氨酯涂料的工房应温度适宜,相对湿度65%以下。
3.7 严格工艺管理
聚氨酯防水涂料生产有别于传统的防水材料(如改性沥青卷材)生产,是完全意义上的化工生产,对人员素质的要求、管理上的规范程度和操作控制方面的准确性要求均非一般防水材料生产可比。如对此没有足够的认识、达不到应有的水平,非但无法确保产品质量,甚至可能出现操作、安全事故,应引起足够的重视。为此,我们制订了严格的工艺管理方法和安全制度,并专门从化工行业引进了有经验的操作人员,进行了严格的培训后上岗,保证了生产线投产四年来的安全顺利运行。
4 结语
市场需要高质量的聚氨酯防水涂料,高质量依托于高水平的生产装置、工艺管理和员工素质。通过近5年生产实践证明,我公司投建的聚氨酯生产线工艺流程设计科学合理、系统完善,创新设计的反应釜等设备及计量控制系统先进可靠,涂料生产的一线多功能设计颇具创新性,生产线总体技术达到国际先进水平。
摘要：介绍了2004年自主设计建成的年产5000(t2007年扩产至1万t)一线多功能聚氨酯防水涂料生产线的设计指导思想、工艺流程、主要设备设计与选型以及生产过程关键工序的工艺控制。