抗污耐候建筑外墙涂料的研究
2021-12-22 15:21 浏览:235
刘宝1，潘立1，高敬1，王帅1，于明星1，黄福纯2
（1.辽宁省建设科学研究院，辽宁沈阳110005；2.辽宁龙华建筑工程有限公司，辽宁沈阳110005）
0 引言
建筑外墙乳胶漆以水为分散介质，相对于溶剂型外墙涂料，不存在有机溶剂的挥发污染环境，使其具有环保、节能等优势，满足涂料工业“无污染、省能源、省资源”的发展前提，成为有潜力的涂料品种。可是有些涂料刚涂刷在墙上不久就出现褪色、开裂等现象，尤其是窗台附近或没有棚沿、屋檐的部分，均存在非常明显的雨痕，严重影响涂膜的外观，使得目前一些高层建筑及高档的住宅公寓纷纷采用面砖或天然石材作为外墙装饰型建筑材料，与国家鼓励推广外墙使用非陶瓷类装饰材料相违背，其主要原因是外墙涂料的耐沾污性和耐候性存在较大的问题，严重制约了这种环境友好型外墙饰面材料的推广应用。本文分析了影响外墙涂料耐沾污性及耐候性的主要因素及改善途径，研制出集高耐沾污性、高耐候性、高保色性等功能为一体的建筑外墙涂料，因其实用性、功能性能为客户提供更好的经济效益，应用前景广阔。
1 外墙涂料沾污途径、影响因素及改善措施
1.1 外墙涂料沾污途径
外墙涂料经涂覆后，涂膜长期暴露于大气环境中时刻受到外界各种各样的污染。外墙涂料涂膜被污染，首先是因为大气中存在各种尘埃，漂浮着带油性的烟雾。在工业城市里，燃油和燃煤设备的烟囱里排放出大量的带有油性或酸性的物质，还有大量的汽车尾气中含有黑色颗粒，加上酸雨、雾等，这些污染物通过多种渠道污染涂膜。涂膜的耐沾污性能受大气环境与涂料自身性能的双重影
响。涂膜沾污途径主要有以下4 种[1]：黏附性污染、吸入性污染、吸附性污染和积尘性污染。
1.2 外墙涂料耐沾污性影响因素
环境是污染物的来源，虽然我们无法改变环境，但是我们可以改变外墙涂料本身的一些性质，从涂料本身的性能特点，分析影响其沾污的各种因素。从建筑外墙涂料的配方设计上分析不同成分对涂膜沾污性能的影响，结果见表1。
1.3 外墙涂料耐沾污性的改善措施
外墙涂料常年暴露于大气环境中，外界的污染很难改变，但可以根据涂膜的耐沾污机理，改善涂料本身的组成和结构，提高涂料涂膜的耐沾污性能。
（1）提高聚合物的玻璃化温度Tg
聚合物的玻璃化温度越高，涂膜越硬，就越不容易发黏而沾灰，即涂膜的耐沾污性就越好。
（2）提高涂膜的致密性
涂膜中存在大量毛细孔是引起沾污的一个主要因素，提高涂膜的硬度和致密性，可明显改善涂膜的耐沾污性。
（3）颜料体积浓度PVC
在相同的Tg 条件下，提高PVC 就是减少热塑性聚合物的相对含量，达到提高涂膜综合硬度，同时空隙率增加不太大，而涂膜的耐沾污性得到提高的目的。但当PVC 超过CPVC（临界颜料体积浓度）后，空隙率大大增加，成为涂膜沾污的主导因素。因此，调节乳胶漆配方中的PVC 至CPVC，如PVC 为40%～50%，可提高涂膜的耐沾污性[2]。
（4）降低涂膜的表面张力
涂膜吸水是沾污的主要原因之一，所以降低涂膜的表面张力，就能降低涂膜的吸水性，还能降低涂膜对污染物的吸附性，进而改善涂膜的耐沾污性。
（5）提高表面平整性
提高涂膜表面平整性而不降低其硬度，可减少积灰，改善涂膜耐的沾污性。如采用不透明聚合物和超细填料以及提高涂料的流平性。
2 外墙涂料耐候性影响因素及改善措施
外墙涂料由于长期暴露在大气环境中，经受日晒雨淋，时间久了其涂膜老化，外观发生变化，常见的是涂膜粉化和变色。具体影响因素及改善措施如下：
（1）聚合物乳液的种类
聚合物乳液的种类不同耐候性不同，通常外墙涂料选择耐候性较好的苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液等。乳液的耐候性差易被光破坏降解而粉化，使色漆中颜料受到的保护减弱，受到紫外光的辐射密度增大，容易被紫外线破坏而褪色。因此，本试验选用耐候性优异的硅丙乳液为基料。
（2）颜料的种类
颜料的耐候性对涂料的耐候性影响很大，颜料的耐候性好，不仅自身颜色不发生变化，而且可吸收大量的紫外线，减少紫外线对基料的破坏作用，降低涂膜的粉化和褪色速度，提高耐候性。金红石型钛白粉能吸收紫外线，耐候性能好，是外墙涂料选用的主要白色颜料。
（3）颜料体积浓度PVC
基础漆的颜料体积浓度对外墙涂料的耐候性有很大影响，通常涂料的PVC 越低，光泽越高，涂料的耐候性能越好；反之涂料的PVC 越高，光泽越低，涂料的耐候性能越差。
（4）填料种类
填料的种类对涂料的耐候性能也有较大影响，一般吸油量大的填料需要更多的乳液基料来覆盖，其临界PVC 较小，对某PVC 一定的涂料来说，更易靠近或接近CPVC，涂膜更易粉化变色，耐候性差。反之，填料吸油量小，耐候性好[3]。因此，外墙涂料应选用吸油量较小的硫酸钡等填料。
3 试验
3.1 试验材料
硅丙乳液，江苏日出；纯丙乳液，陶氏；苯丙乳液，国民淀粉；金红石型钛白粉，杜邦公司；沉淀硫酸钡，河北辛集；煅烧高岭土，山西琚丰；绢云母粉，安徽滁州；纳米二氧化硅水溶液，广宁建材；遮盖聚合物，陶氏；润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、多功能调节剂，海川；成膜助剂，伊士曼；防冻剂，抚顺石化；纳米抗污助剂，江苏建科院。
3.2 试验配方（见表2）