高耐候自清洁水性多彩涂料罩光清漆的研制
安文栋，董智慧，刘晓静，赵常永，凌 芹
(石家庄市油漆厂，石家庄 050051)
0 前 言
水性多彩涂料，通过一次喷涂可同时呈现多种色彩的花纹，使各种色彩相互交错，具有类似于天然花岗岩或大理石的装饰效果。主要用于高档建筑物的内外墙，集装饰性、安全性以及经济性于一身，是近年来建筑涂料业研究的热点。
在外观上，多彩涂料已完全可以和真实天然花岗岩或大理石相媲美，且装饰可以更多样性，更人性化；而在综合性能上，如耐水、耐候以及易清洁等方面仍与天然石材有很大差距。作为与多彩涂层配套的罩光清漆，其主要功能在于防水、耐污、耐紫外线老化以及提高涂装体系整体寿命，所以高性能罩光清漆在多彩涂料中具有非常重要的作用。其特点是光泽高、清晰度优、丰满度好、优异的耐候性、自清洁能力和耐化学品性能等。随着建筑物向高层化、高档化方向发展，可有效提升多彩整体涂层的长效美观性能，有利于进一步开拓多彩涂料市场。
本文研制的产品同时满足T/CPCIF 0001—2017《绿色设计产品评价技术规范 水性建筑涂料》、DB13/3005—2017《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》、HG/T 5065—2016《建筑涂料用罩光清漆》的标准要求，外观满足人们对墙体的长效美观、装饰效果的追求，同时对提升整体涂层性能起到关键作用。
1 实验部分
1.1 主要原材料
纯丙乳胶，工业级，进口；硅丙乳胶，工业级，国产；成膜助剂，工业级，伊士曼；碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂，工业级，陶氏；去离子水，自制。
1.2 实验仪器
接触角测定仪(CA-100D)：上海盈诺精密仪器有限公司；高速分散机(WJ-1.1)、热贮存干燥箱(TIK)、光泽仪(CR-10，进口)、耐洗刷仪(PS2730)：上海普申化工机械有限公司；氙灯老化测试仪(Q-LAB)：进口；电热鼓风干燥箱(101-1AD)，上海坤天实验室仪器有限公司；通用型高低温湿热试验箱(CTH-SG7525-02F)：中科赛凌(北京)科技有限公司；透光率测试仪(WGT-S)：上海仪昕科仪；耐沾污测定仪，自制。
1.3 实验过程
1.3.1 罩光清漆的制备
通过实验确定以硅丙乳胶为成膜物质，其他组分与其相匹配，达到性能突出且稳定的产品配方，参考配方详见表1。
1.3.2 产品性能检测
产品性能测试按照HG/T 5065—2016《建筑涂料用罩光清漆》中的技术指标进行检测，具体结果详见表2。
通过产品性能检测，各项指标均达到标准要求，产品性能中耐人工老化性、耐沾污性远远高于标准的要求，这充分体现出产品高耐候、自清洁的设计理念。
1.3.3 环保性能检测
涂料的环保性能检测依据T/CPCIF 0001—2017《绿色设计产品评价技术规范 水性建筑涂料》、DB 13/3005—2017《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》标准要求进行检测，检测结果详见表3。
1.4 实验方法
1.4.1 耐沾污测试方法
将配套白色多彩涂料喷涂在无石棉纤维水泥平板上，在常温下(23±3) ℃养护2 d后，辊涂两道罩光清漆，用量在(1 100±0.1) g/dm2、(900±0.1) g/dm2，然后在常温下(23±3) ℃养护7 d后，进行性能测试，耐沾污性能依据GB/T 9780—2005《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》中的规定进行测试。
1.4.2 耐人工老化测试方法
将配套白色多彩涂料喷涂在无石棉纤维水泥平板上，在常温下(23±3) ℃养护2 d后，辊涂两道罩光清漆，用量在(1 100±0.1) g/dm2、(900±0.1) g/dm2，然后在常温下(23±3) ℃养护7 d后，进行性能测试，人工老化测试依据按照GB/T 1865—1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》中的规定进行测试。
1.4.3 耐水白测试方法
耐水白测试将罩光清漆刮涂在玻璃板上制膜(湿膜120 μm) ，在常温下(23±3) ℃养护7 d后，在恒温水箱中以设定的水温进行测试。耐水性依据GB/T1733—1993《漆膜耐水性测定法》中的技术指标和测试方法进行。
2 结果与分析
2.1 乳胶选择对涂膜耐候性能的影响
高耐候自清洁水性多彩涂料罩光清漆是在水性多彩涂料的涂层上覆盖一层更加致密的保护膜来提高涂层的使用寿命和自清洁能力，而这层致密的保护膜的主要成膜物就是乳液，因此乳液的选择应考虑以下几个因素：(1)优异的耐候性，提高产品的使用寿命，减少翻新频率，节约资源。(2)超强的耐沾污性能，较好地体现产品的自清洁能力。(3)较好的透明度，合适的成膜温度，较小的粒径。(4)良好的物理机械性能和耐化学品性以满足标准要求。本实验选用3种乳液制备高耐候自清洁水性多彩涂料罩光清漆，将制备的产品测试产品性能，检测结果见表4。
从表4可以看出，X1的耐人工老化性能明显优于X2和X3，这是因为X1的Si—O的键能远大于C—C键和C—O键，这使得硅丙乳胶的耐热性、耐候性、抗氧能力明显增强，可有效延长水性多彩涂料的使用寿命。而在干燥成膜时，硅氧烷水解、缩聚，可在聚合物分子之间以及聚合物与基材之间形成牢固交联的立体网络(—Si—O—Si—)结构，使涂膜具有很强的耐水性和附着力。而且，聚硅氧烷分子呈螺旋结构，甲基向外排列并绕Si—O链旋转，分子体积大，内聚能密度低，从而使乳液有很强的憎水性。因此，X1方案的耐水性、耐人工老化性等方面的性能明显优于方案X2、X3。
2.2 表面助剂的选择对耐沾污的影响
如今，随着空气中的各种污染物日渐增多，很多污染物易吸附在建筑物的表面，另外墙面被乱写乱画的现象也是普遍存在的。水性多彩建筑涂料技术含量高，市售价格相对较高，要求服务年限长，因此对耐沾污性和人工清洁性等要求高于普通建筑涂料，作为与多彩涂层配套的罩光清漆在耐沾污和人工清洁方面就应具有更突出的优势，不同表面助剂的选择直接影响涂层的自清洁功能，本实验选取3种表面助剂做对比测试，测试结果如表5所示。
由表5可以看出实验方案Y1、Y2、Y3耐沾污性、透明度均达到标准要求，耐水性实验方案Y1、Y2优于Y3，耐碱性Y2、Y3优于Y1，Y2方案的接触角结果高于Y1、Y3，综合以上产品性能，实验方案Y2满足要求，且实验方案Y2的耐沾污性明显优于实验方案Y1、Y3，这是因为实验方案Y2中的表面助剂含有纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的添加可大大提高涂膜的抗沾污性，因此本实验终选用实验方案Y2中的表面助剂。
2.3 增稠剂选择对涂膜耐水性的影响
耐水性也是高耐候自清洁水性多彩罩光清漆的重要性能指标，而影响耐水性的因素，除乳胶自身的影响外，增稠剂对耐水性的影响也尤为突出。因此在选择增稠剂时需考虑几个方面：(1)增稠效果，可使涂料体系增稠，流动性减弱，施工时防流挂性好；(2)与体系的相容性好，不发生后增稠及分层等现象；(3)不影响涂膜的综合性能尤其是耐水性。本实验选取两种类型的增稠剂即，碱溶胀类和聚氨酯类增稠剂作对比测试，测试结果见表6，不同增稠剂对耐水性的影响见图1。
由图1可以看出，碱溶胀增稠剂泡水后明显泛白，而聚氨酯类增稠剂泡水后无泛白现象。
从表6测试结果可以看出Z2方案的耐水性、耐碱性明显优于Z1、Z3方案，在贮存稳定性方面无明显差别，而耐水性对高耐候自清洁水性多彩罩光清漆的影响尤为重要，因此本实验选用实验方案Z2的聚氨酯类增稠剂。
3 结 语
(1)水性多彩涂料罩光清漆中的成膜物选择硅丙乳胶，可有效提高涂层的耐人工老化性、耐水性。
(2)添加纳米二氧化硅的表面助剂，可大大提高涂膜的耐沾污性能。
(3)增稠剂对水性多彩涂料罩光清漆的影响表现在耐水性方面，聚氨酯增稠剂在这方面有明显优势。
目前，在很多工程案例中，多彩涂料取代的是真石漆的市场，并未能像预期的那样大量取代高端天然石材外墙体系。其中很重要的一个原因在于目前多彩体系的综合性能离天然石材差距很大，而高性能水性多彩涂料罩光清漆可以赋予多彩体系更好的性能，使多彩涂料取代部分天然石材成为可能，这将有助于提升外墙涂料行业的市场份额。
