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水基生态型内外墙干粉防火涂料的研究与进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-05-08  来源:北京环益美高分子聚合物研究所(北京101113)  作者:周广德  浏览次数:1669
中国新型涂料网讯:
  摘 水基生态型内外墙干粉防火涂料,具有防渗、漏和达到A级的防火性能,五十年不粉化,可调湿透气、抗菌、净化空气,产品中不使用石油化学材料、化学色浆和化工助剂,具有环保、低碳、无公害的HYM-8防火型多聚胶粉和HYM-15防火型多聚胶粉为胶凝成膜物质,装饰效果优于乳胶漆涂料,可以喷涂、刮涂、滚涂、仿各种需要的外形效果。
  关键词生态建材;干粉建材;硅藻泥;负离子涂料
  
一、前
 
  建筑材料从简单的竹木、砖瓦、粘土、灰膏、茅草,就地取材方式,发展到人工合成材料,钢筋混凝土、轻钢结构、化学建材,特别是化学建材的广泛使用所引发的健康、生态与环保问题,暴发了全球范围内建筑生态性和生态建材热潮。人们已经清楚地认识到生态建材、特别是功能性生态建材,对于人类健康与生态环境的重要性,生态建材是人类遵循客观自然规律,实现建筑、人、健康与自然环境和谐发展的需要。
  人类的建筑材料应用历史,从早期使用天然材料、到近几十年广泛应用化学建材,在建筑原材料、建材制品、装饰用品中大量使用化学品、化学合成材料、化学添加剂等,因此产生巨大的资源、能源消耗和严重的生态环境问题,几乎无一例外,建筑及建筑垃圾将成为全世界主要的生态和生存危机之一,虽然人们做出了种种努力,但环境仍然在持续恶化。
  生态建材的研究与应用进展缓慢,是一个世界性的难题,现有的一些生态建材产品,功能单一、品种少、成本高、产量小、效益低,还难以与化学建材抗衡,更难以全面取代化学建材。
  我国的生态建材产业还正在发展阶段,其科学技术水平在不断提高,但在基本理论与应用研究的系统性上,还不是很强大,实际上我国生态建材的应用历史很早,我们的祖先给我们留下了宝贵的经验与智慧,如蜚声中外的北京故宫、万里长城、赵洲桥,还有保存较完整的云南丽江旧城、山西乔家大院、福建土楼等,历经数百年、上千年,依然如故,令人叹为观止。
  功能性生态建材超越绿色建材、环保建材,是革命性建筑材料。但生态建材不是万能的,与大自然相比,其生态功能是非常有限的,一栋建筑物或一间房屋,要构成良好的生态系统,必须有效利用光、热、水、风(流动的空气)等,而建筑用一切材料,都要满足人们充分利用这些自然能量,将自然能量与人的需要结合,并且形成良性循环,有效改善和调节室内环境的空气质量与居住的舒适度,有益于人的健康生活。因此,生态建材的研究与应用要按照自然法则、自然生态活动规律,不能超越自然规律。
  二、我国人居环境和城市生态环境状况
  现代家居与公共室内场所空气质量差、空气污染严重、人们普遍感到头晕、目眩、心悸、乏力、困倦、心情烦燥,主要因居室成为高密闭的惰性环境与甲醛、VOC、二氧化碳、尘埃等污染源有关,而城市室外环境空气污染,主要是沙尘、浮尘、烟气等,这些已经成为人类健康杀手!
  室内空气污染主要是内装修大量采用胶合板、釉面地板砖、环氧树脂地坪、内墙乳胶漆、墙纸、塑钢门窗、建筑粘合剂、建筑防水材料、家具、用具等,这些封闭性很强,且含有大量有害物质的材料,加上门窗封闭严实,不透气、不调湿,严重影响室内空气质量和居住的舒适度,研究表明,人长期吸入室内有毒害物质(甲醛、苯、甲苯、二甲苯和有害重金属,如汞、铅、镉、铬等)和室外悬浮性颗粒的污染物,会破坏人的免疫系统,降低人体的免疫力,容易中毒和患病,而一旦患病后,医治效果也很差,不会很快就治好,一些各种呼吸系统疾病、各种神经系统疾病(脑神经、视神经、精神病等)、各种癌症、白血病、小儿先天性畸形、小儿先天性智力障碍等100多种疾病都不同程度地与室内外空气污染有关。
  建筑外墙大都采用外墙乳胶漆、氟碳漆、瓷砖、玻璃幕墙、彩钢瓦等,大量修建石油沥青路面,这些材料封闭性强、不吸水、不调湿、不透气、不耐老化、难以循环利用,造成宝贵的雨水瞬间从地下管道流走,地下水得不到有效补充,第一天刚下完雨,第二天空气就开始干燥了,城市空气如异常干燥,对空气净化极为不利,会产生大量的浮尘和可吸入性颗粒物,造成恶性循环,特别是我国北方城市,在室外活动或室外工作后,往往鼻腔内壁会附着一些黑色的污垢,这表明是吸入性浮尘或悬浮性颗粒物所致。
  公安部、住房和城乡建设部于2009年9月25日发布了《民用建筑外墙外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(以下简称“规定”),第一章第二条规定:“民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级,且不应低于B2级”。“规定”也明确包含墙体装饰材料的防火设计、施工及使用。乳胶材料和大部分化工助剂都是易燃材料,其燃烧时会产生大量的剧毒浓烟。因此,装饰用涂料中所使用的成膜物质和任何助剂都要防火,具有防火、不燃性的保温材料、胶粘材料、防水材料、内外墙涂料以及系统,将是今后建筑业、建材业、装潢业发展方向,化学、化学合成材料将会逐渐淡出市场。
  三、生态建材概念
  生态建材产品的概念,其内容有:
  (1)不用或少用天然资源、采用清洁无污染的生产技术,尽可能地保持材料生态特性,其产品达到使用周期后,能够循环再利用;
  (2)在功能和品质上,系统性强,有竞争能力,能够满足用户对品质上的要求并确保用户长期受益、主动接受。
  (3)适应生态环境条件,不仅对人体和环境无毒害、无污染,还有益于生态自然环境的良性循环。
  这些内容,也是生态建材的研究与发展方向。生态建材产品不是以“奇”、“特”、“新”、“高”为“标杆”,其最高理念是建筑材料、建筑、人、社会自然环境和谐发展,是建立在自然环境上,并依赖自然环境,是一个系统工程。(例:纳米材料的应用)
  四、生态建材的起源
  生态建材的起源很早,从人类进化,学会使用火、工具,并学会建造就开始了,我国生态建材应用历史很早,可以从六七十年代一直追溯到原始社会。人类早期用于居住建筑,结构基本上都是竹木、砂石、火窑砖、粘土、石膏、石灰、钢铁、甚至农作物秸杆、茅草等,墙体抹灰材料有泥、粘土、石灰、石膏,粘结材料有粘土、石膏、石灰、水泥、糯米浆等,防腐、防水材料有桐油、动物血浆等,这些材料的性能稳定、耐老化、其加工加工与使用都很简便,可以循环利用,环境负荷很小。进入八十年代后,我国建筑装饰材料,过多地使用化学建材与人工合成材料,产生了资源、能源、环境与经济发展的矛盾,因此,世界各国开始重视推广绿色建材,以确保经济可持续发展。
  五、生态建材的研究进展
  生态建材的研究,涉及到材料来源、实验、加工、检验分析、应用、环境、市场需求、市场开发等,目前较为成功的有负离子、硅藻泥等,虽产品价位较高、性能与应用上有些局限性、业内也有些不同看法,但可以肯定生态建材是安全优质建材,是有益于人的健康和保护环境的,应该大力进行推广。
  生态建材的材性、作用与价值,重在发挥,其生态功能的有效发挥取决于条件和过程,有些材料如矿物、硅藻泥、植物等材料的一些生态功能,是在一定的物质条件与自然环境作用下,经过一定的时间周期产生的,环境中的万物,都是有“灵性”的,包括阳光、风、霜、雨、雪、雷、电、地震、海啸、黑夜、白昼等自然形成的现象和自然界中的一切物质,都是自然平衡与和谐的需要。并不是只有硅藻泥才是生态的,自然界中有无数比硅藻泥对人健康、环境更有益、更重要的物质,有些甚至是无形的,如磁场等。
  1. 生态功能性建材的主要特性
  (1)具有微孔、多孔结构,能透气,有一定吸附能力,可以根据环境气候温差和干湿度的变化,进行自动调节和良性循环,降低室内空气中二氧化碳和其它有害挥发物的含量,改善空气质量。
  (2)具有吸湿、放湿和调节室内空气湿度能力,减少尘埃,达到净化室内空气目的,增加居住的舒适性,吸湿与放湿要有相对量,并不是吸湿量越大越好,关键是调湿能力。
  (3)性能稳定,实用性强,符合大众消费需求,其综合技术性能、装饰效果、工艺方法能够满足高质量、多层次要求。
  (4)能够适应各种不同环境条件,与建筑物保持同等使用寿命。其制造过程、使用过程、废弃后不对环境不具有危害性,并能够循环利用。
  (5)施工简便,可采用喷、刷、滚、抹等多种涂装方法,具有更广泛的应用范围和实用性。
  2. 生态建材局限性
  再生态的材料,一旦离开原生态圈,处于相对惰性环境中,材料的功能和性能会不断衰减,能量不能正常补充,其生态能量与作用会非常有限,是不能与处于原自然生态环境条件时相比;某些生态能量释放与转换过程是按照自然法则,由强到弱、由快到慢进行。不能因为室内采用了一些生态材料,蜗居起来就可以满足健康,应当更多与自然自然亲近,在全世界范围内,任何模仿自然环境的人工试验都是失败的。
  (例:一棵树的成长)
  3. 构成宜居环境的关键因素
  (1)室内家具、用具、装饰装修材料不使用有害化学涂料、化学胶粘材料、化工合成材料,以及非生态材料,装修尽量简洁、实用、自然美观,不要过分追求豪华古怪。如果室内有害物质严重超标,是难以在短时间内彻底消除的,因为有些化学材料中,化学成分很复杂,除甲醛、苯系物外,还有对人体健康和环境有害的其它成分,有害物的挥发需要一个很长的时间过程。
  (2)保持室内30 %~70 %的湿度,要选择调湿能力强的,并不一定是吸湿量越大越好,要吸湿能力,还要放湿和平衡水气的能力,构成室内水气微循环系统,水气不能良性循环,长时间潮湿或长时间干燥,是谈不上生态的。
  (3)保持室内空气流通,多采用透气性好的材料,自动调节,保持空气微循环并经常开窗透气,保持空气清新。
  六、生态建材展望
  由于人口急剧增加、资源、能源短缺、环境污染严重。酸雨、土地沙化,水源污染、空气污染,食物安全问题,营养不良,户外活动少,不良生活方式与习惯等,严重威胁人类健康与生存,可以预言:人类健康与生存的威胁会越来越大!在我国大中城市有多达90 %的人对居住环境的空气质量和舒适度不满意。有报道称:人类已停止进化;有网友说:最信任的是白开水。人类生活方式虽不会回到原始方式,但随着健康与环境的可怕现实的影响,迫使人们会逐渐改变自己的行为,去更多地珍爱自然环境、更加贴近自然生活。
  我国很多关于生命与健康的文化,如五行、阴阳、中医的酸碱平衡与生命在于运动,冬炼三九,夏炼三伏等,我们可以将生活、居住与生态建材相结合,有助于人们正确理解和认识生态建材。
生态建材源于自然,因其有一定的天然特性,具有良好的调湿、透气、吸附、抗菌、消毒、净化空气、平衡酸碱等功能,为人类营造一个安全、舒适、健康的居住环境,可以最大限度地满足人们对居住环境的健康要求,符合自然、社会、人和谐和可持续发展战略,所以,其发展空间和前景都是很好的。
  我们要更多地继承和发扬老传统,坚持科学观,坚持正确的发展方向,打好基础,遵循自然规律,保持自然生态良性循环,不断探索和实践,利用与开发更多的、更好的生态材料和产品。
  七、多聚胶粉在水基生态型内墙干粉防火涂料中的应用
  多聚胶粉属于树脂型可分散胶粉,共有八个型号,其中HYM-8防火型,主要用于生产水基生态型内墙干粉防火涂料,HYM-15防火型主要用于生产水基生态型外墙干粉防火涂料,多聚胶粉是选用的是多种优质天然树脂,经过脱油脂、洗涤、高温接枝共聚反应后,干燥、粉末化的一种网膜状结构的新型聚合物,其粘结强度高、粘结性能稳定,可以直接、快速在水中分散成胶体,其天然材料的特性,可以确保硅藻泥、沸石、电气石等材料及其制品的生态功能和技术性能。
  其主要优点有:
  1. 多聚胶粉的主要原材料及助剂,全部采用安全、无害原材料,严格质量标准,采用清洁无污染的生产技术。产品经多次检测,不含VOC、甲醛等有害物。
  2. 技术过硬、稳定性好。在密封状态下,将其置于40 ℃和-25 ℃的气候环境中,胶粉品质不会发生改变。
  3. 抗老化,粘结强度高、附着力好,可提高涂层的初粘力、干强度、湿强度、后期强度、耐洗刷次数、防渗漏水等,改善施工性,可适合喷、滚、刷、抹等多种涂装方法
  4. 抗菌、抑菌。抗菌类有:大肠杆菌、黑曲霉菌、黄曲霉菌等十多种菌体。
  5. 能增强涂层的透气调湿功能(主动吸湿,被动放湿)和防水功能。其胶体呈网状膜,不封闭材料气孔,胶粉中的有效成分可促使涂层在干燥时微孔最大程度张开、开放、通畅,遇湿、遇水时最大程度缩小,甚至堵塞,防止渗水、漏水。
  6. 功能性强。产品在技术上借鉴了吸水树脂原理,有良好的保持和平衡水气能力,可以解决纤维素类产品保水作用时间短、效果差、容易霉变等缺陷。用多聚胶粉(高级粉末涂料专用),不需另加其它胶粘剂、助剂等。
  7. 成本低,适用范围广。可用于高级生态环境内墙粉末涂料、高性能生态外墙干粉涂料等。
  八、水基生态型内墙干粉防火涂料的技术性能
  1. 有害物(GB 18582-2008室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量)。
 
检测项目
标准要求
检验结果
1
  挥发性有机化合物(VOC)/(mg/kg)
≤ 15
未检出
2
  重金属(mg/kg)
≤ 90
未检出
≤ 75
未检出
≤ 60
未检出
≤ 60
未检出
  2. 涂层性能(GB/T 9756-2001合成树脂乳液内墙涂料)测定(见下表):
测试项目
标准指标
 
优等品
一等品
合格品
1
  在容器中状态
搅拌混合后无硬块,呈均匀状
无硬功块,呈均匀状
符 合
2
  施工性
刷涂二道无障碍
刷涂二道无障碍
符 合
3
  涂膜外观
涂膜外观正常
涂膜外观正常
符 合
4
  干燥时间
≤ 2 h
40 min
符 合
5
  耐碱性
24 h无异常
24 h无异常
符 合
6
  耐洗刷性
≥ 1000次
≥ 500次
≥ 200次
1000次不露底
符 合
  3. 粘结强度(JG/T 3049-1998建筑室内腻子)、(JG/T 24-2000合成树脂乳液砂壁状建筑涂料)
序号
检验项目
W型标准要求
检验结果
 
1
  容器中状态
搅拌后无结块,呈均匀状
搅拌后无结块,呈均匀状
符 合
2
  施工性
喷涂无困难
喷涂无困难
符 合
3
  涂料低温贮存稳定性
3次试验后,无结块、凝聚及组成物的变化
3次试验后,无结块、凝聚及组成物的变化
符 合
4
  涂料热贮存稳定性
1个月试验后,无结块、霉变、凝聚及组成物的变化
无结块、霉变、凝聚及组成物的变化
符 合
5
  初期干燥抗裂性
无裂纹
无裂纹
符 合
6
  干燥时间(表干)
≤ 4 h
≤ 2.5
符 合
7
  耐水性
96 h涂层无起鼓、开裂、剥落、与未浸泡部分相比允许颜色轻微变化
涂层无起鼓、开裂、剥落
符 合
8
  耐碱性
96 h涂层无起鼓、开裂、剥落、与未浸泡部分相比允许颜色轻微变化
涂层无起鼓、开裂、剥落
符 合
9
  涂层耐温变性
10次涂层无粉化、开裂、剥落、起鼓,与标准板相比允许颜色轻微变化
涂层无粉化、开裂、剥落、起鼓
符 合
10
粘结
强度
  标准状态
≥0.70 MPa
0.73
符 合
  浸水后
≥0.50 MPa
0.60
符 合
11
  耐人工老化500h
涂层无开裂、起鼓、剥落,
粉化0级,变色1级
涂层无开裂、起鼓、剥落,粉化0级,变色0级
符 合
  4. 调湿能力:在25 ℃相对湿度95 %条件下,吸湿48小时,材料的吸湿量为277 g/m2;在25 ℃相对湿度35 %条件下,放湿度48小时,材料的放湿量为206 g/ m2
  5. 抗菌性:按GB/T1741-2007《漆膜耐霉菌测定法》,达到最高级标准0级。
  6. 放射性:符合相关标准要求。
  7. 防火性能:产品制造及其所选用的原材料全部按A级防火标准,属于不燃材料。
  九、水基生态型外墙干粉防火涂料的技术性能
  水基生态型外墙干粉防火涂料与常规外墙乳胶涂料以化学乳液、助剂、化学色浆、填料的材性与生产工艺完全不同,它的主要创新有以下几点:
  1. 材性:不使用乳胶、化学合成色浆、化学助剂,以矿物材料和价格低廉的工业废料为主要原材料(更不用水泥),符合优质、生态、健康、环保的要求,其定位就是低碳或者说是无碳产品。
  2. 技术:是采用生态功能树脂型可分散胶粉与矿物材料通过化学激发反应,生成网状型胶凝性硬膜,采用封闭式粉磨进行机械力改性和表面包覆改性,使其细度比表面积达到≥ 500 m2/ kg,本涂料兼有有机材料、陶瓷、水泥和玻璃的特性,但又不同于这些材料。改变了常规涂料不与填料起化学反应的做法。
  3. 性能:本涂料具有高粘附性、抗老化、耐酸碱、耐洗刷、耐水耐潮湿性、防渗漏均优于常规外墙涂料。具体指标:耐洗刷≥ 20000次,耐酸碱浸泡≥ 4300次,耐温变≥ 10次,耐人工老化≥ 800小时;粘结强度1.14 MPa(通过进一步改性,可以达到目的100 MPa),表干时间1 h,热贮存稳定性30 d,低温贮存稳定性3次,每平米用量约0.25~0.3公斤。
  4. 生产与环保:采用清洁无污染的生产技术,能耗少,不用水,不需要热源,其生产过程、产品使用过程与产品寿命终止后,对环境无害。产品良好的透气调湿性,可以有效改善城市自然生态环境和延长建筑物的使用寿命。
  5. 施工与使用:可以随用随调,用冷水简单调和,可喷、可刷、可滚、可抹多种施工方法,可做薄层涂料,可做厚浆涂料和各种型状的装饰效果,可在0 ℃~35 ℃的气候环境中进行施工作业。可用于建筑外墙、桥梁、水泥路面、管道、钢结构、木结构、红砖墙、轻质保温砖墙、旧墙翻新等的装饰装修场合。
  6. 防火性能:达到A级指标。
  十、水基生态型内墙干粉防火涂料的发展前景
我国涂料业发展很快,市场竟争异常激烈,还存在能耗高、污染大、安全与健康性差、资源利用率低、效益差、管理落后等问题。水基生态型内墙干粉防火涂料的面世必将改变涂料工业现状,并引领涂料业发展方向。唤起人类社会对于节约资源、节约能源、保护生态环境、改善人居环境,促进身心健康的思想与意识,对建筑材料、建筑、人、健康、环境与社会经济可持续、和谐发展,都具有十分重要的意义。生态功能性建材产品的大力推广,必将促进建材业的进一步发展,其前景广阔。
 
 
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