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涂覆于建筑物及与建筑物相关的物体,对建筑物起装饰、保护、特殊功能等作用,或者几种作用兼而有之的成膜物质被习惯地称为建筑涂料[l]。其一般是由基料、填料、颜料、助剂以及分散介质(溶剂或水)组成。为了满足应用的需要,近年来世界各国在建筑涂料的装饰、保护基材的功能基础上,常在传统涂料中添加一些专用材料,大力发展功能性涂料,如防火防水涂料、保温涂料、防霉涂料、环保涂料、杀虫涂料以及发光涂料等等[2]。而淀粉及其衍生物在建筑涂料中的应用正适应了功能性涂料的发展趋势和要求。
以淀粉作为粘合剂(基料)生产的涂料,主要用于建筑物内墙面的装饰。基料是建筑涂料的主要成膜物质,也称胶粘剂,是涂料配方的主要成分和基础,它的组成、性质对涂装于建筑物表面的膜的特性(光度、耐水性、耐磨性、耐擦洗性能、耐候性等)起着决定性作用[3]。以淀粉衍生物为基料生产的建筑涂料综合性能得到了加强,如流平性、涂刷性、防沉淀性均得到改善,克服了传统聚乙烯醇建筑内墙涂料流平性、涂刷性、防沉淀性差的缺点[4]。淀粉衍生物建筑涂料的耐水性、稳定性、流动性、相容性、均一性、附着力、遮盖力均能达到建筑涂料基料的要求,且其不含甲醛,对人体无危害。由于淀粉是天然可食性原料,它的衍生物涂料对环境安全、无毒,是一种绿色环保的建筑涂料,具有广阔的发展前景。
1 几种淀粉衍生物在建筑涂料中的应用
淀粉衍生物是将淀粉采用物理、化学或酶的手段来改变其性质,通过分子切断、重排、氧化或在淀粉分子中引人取代基使得性质发生变化、加强或具有新的性质的淀粉产品[5]。在建筑涂料中用到的淀粉衍生物主要有氧化淀粉、双醛淀粉、交联淀粉、经烷基淀粉和多孔淀粉等。
1.1 氧化淀粉
氧化淀粉是淀粉分子中的某些部分如化学性质较为活泼的经基、醛基氧化,糖昔键等碱性水解。在氧化剂作用下,淀粉分子中较活泼的轻基被有限地氧化为醛基、酮基、竣基,分子中的糖昔键部分发生断裂,这样使淀粉分子的官能团发生变化,聚合度降低,适当控制氧化程度而制得的氧化淀粉,具有良好的溶水性、亲和力、浸润性、粘结性,经碱糊化后,即成为粘合剂[6]。此粘合剂在建筑涂料中得到广泛应用。目前氧化淀粉的氧化剂主要有次氯酸钠、双氧水和高锰酸钾,还有少量氧化过程使用过氧酸、高碘酸等[7]。
薛国庆等[8]研究了用氯气作为氧化剂在碱性条件下制备涂料用淀粉胶的工艺过程:将原淀粉在碱性条件下通人氯气氧化,然后依次加人硼砂水溶液和定量已完全溶解的梭甲基纤维素(CMC)水溶液,搅拌均匀。得到不含甲醛的环保型氧化淀粉胶。利用此氧化淀粉胶生产的涂料的粘合性和稳定性良好,不凝冻,附着力和遮盖效果好,刷涂时不流栓、平整、不脱粉,在贮存期间颜色和稳定性无变化。曾丽娟等[9]采用双氧水作氧化剂,硫酸亚铁为催化剂在碱性条件下制备氧化淀粉,然后进一步交联处理,使其耐水性、稳定性呱动性、相容性、均一性、附着力和遮盖力均能达到建筑涂料基料的要求。
不同的氧化剂对淀粉进行变性制得的氧化淀粉性能不同。用次氯酸钠作氧化剂其优点是价格便宜,不产生有色物质,可以保证产品的色泽,但次氯酸钠氧化淀粉胶液泡沫丰富、氧化时间长、氧化程度难以控制、氧化剂浪费大,且次氯酸钠稳定性差,生产和氧化过程中污染较大;高锰酸钾作为氧化剂,氧化时间短,终点易控制,氧化剂耗量少,安全稳定,但是其还原产物是二价锰离子,二价锰离子在糊化时生成氢氧化锰,氢氧化锰和空气中的氧气反应进一步生成三氧化二锰和二氧化锰水合物,而三氧化二锰和二氧化锰水合物使胶液呈棕色,无法作为涂料的基料使用[10]双氧水自身和还原产物均无毒、无色、安全无污染,并且氧化效果及产品性能较好。因此选择双氧水作氧化剂对原淀粉进行氧化,得到的氧化淀粉胶粘剂在建筑涂料中使用效果较好。
1.2 双醛淀粉
双醛淀粉是由高碘酸及其盐氧化淀粉生成的淀粉衍生物。双醛淀粉分子中含有许多易反应的醛基官能团,具有许多优越的物化、生化特性,如碱溶性、易交联接枝、粘接力强、容易糊化和不易发霉等性能,并且具有良好的卫生安全性、生物降解性、化学活性,应用广泛。
在建筑行业的乳胶涂料中含有酪蛋白、聚乙烯醇或聚丙烯酞胺,加入适量的双醛淀粉可提高涂料的防水性能。双醛淀粉与亚硫酸氢盐加合物可代替阿拉伯树胶、右旋糖醉和聚乙烯醇作为涂料的稳定剂、增稠剂以及交联剂,提高产品的稳定性[11]。除此之外,双醛淀粉无毒,不含甲醛。双醛淀粉与醋酸乙烯聚合物配合,可作建筑材料的粘接剂和无机材料的表面处理剂。加人它能防止出碱和涂料吸人无机材料孔中,增强涂料的附着性能[12]。
双醛淀粉毒性低、安全性好、化学反应活性高,在建筑涂料中应用具有较大优势。
1.3 交联淀粉
交联淀粉是淀粉与具有二个或者多个官能团的化学试剂起反应,不同淀粉分子的经基间形成醚化或醋化键而交联起来制得的淀粉衍生物[13]。制备交联淀粉的方法一般是加交联剂于碱性淀粉乳中,在20-50℃起反应,达到要求的反应程度后,中和、过滤、水洗和干燥阎。交联淀粉具有较高的冷冻稳定性;对酸、碱和剪切作用稳定性高等,这些优良的性质使得交联淀粉在建筑涂料中得到很好的应用。
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