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涂料助剂
外墙弹性涂料在新标准下的配方设计及注意的问题
2021-06-22 14:08  浏览:240
0 引言
自1994 年罗门哈斯公司将AC- 2438 引入中国市场以来，弹性涂料涂装已成为建筑外墙保护的重要手段，初的弹性涂料的国家标准是根据AC- 2438 所能达到的性能制定。经过20 多年的发展，弹性乳液制备技术也相应取得了惊人的进步，不仅在高低温弹性方面得到了提高，且在耐水性和耐沾污性方面也有很大幅度提高。为此，2014 年我国又颁布了关于弹性涂料的新标准，以满足弹性涂料不断进步的要求，同时也推动了弹性涂装质量的提高。这不仅要求弹性乳液生产单位对乳液配方进行全面设计，而且要求涂料生产单位对涂料的制备工艺及配方进行适当调整。
2015 年开始执行的新标准中重点对弹性涂料的技术要求及测试条件进行了更改和修正，详见表1 ~ 2所列。

从新旧标准对比可知，新标准采用80 ℃下烘烤1h 停放7 d 的养护条件，比旧标准先进，可革除制备涂料时加入的成膜助剂对漆膜弹性的影响，革除了依赖成膜助剂来保证分析检测阶段的符合技术要求的可能性，新标准养护条件的改变，还可间接反应漆膜的耐热老化性能，这对于耐老化性能差的弹性涂料，可提前反映出真正使用条件下的耐老化性能的好坏。新旧标准的另一差别就是新标准中样片在测试前进行紫外光照，这也是为了提前反映出真正使用条件下的耐老化性能的优劣，更好地选择弹性乳液中的光敏交联剂。本文意在不改变弹性乳液技术参数的条件下，研究弹性涂料制备过程中助剂对弹性涂料的影响规律，为弹性涂料满足新标准要求提供技术支持。

1 试验部分
1.1 试验用仪器
试验用仪器规格及型号见表3 所列。

1.2 试验部分
1.2.1 弹性涂料的制备
弹性涂料的基本配方见表4。

1.2.2 样条的制备
按照JG/T 172—2014 7.1 执行。
1.2.3 测试方法
漆膜力学性能的测定：常温断裂强度与断裂伸长率按照JG/T 172—2014 7.13 执行；漆膜耐水性的测定按照JG/T 172—2014 7.9 执行；漆膜耐沾污能力的测定按照JG/T 172—2014 7.12 执行。
2 结果与讨论
2.1 弹性在新旧标准下的差异
国家新标准对弹性涂料主要的要求体现在低温弹性、耐沾污、耐水和强度4 个方面的修改。2015 新标准JG/T 172—2014 中，改变了除强度和耐水外的其他2 个测试条件。
1）改变了成膜时的养护条件，对弹性和强度进行了部分调整。膜养护中需要热烘，这就排除了残留成膜助剂影响提高弹性的因素。弹性和强度是矛盾的统一体，优异的乳液的漆膜强度应在不加成膜助剂下随应变的增大而增加，但实际情况是以丙烯酸酯共聚物为成膜物质的涂料很难做到这一点。
随着热烘，弹性会有较大程度下降，强度就会上升。新国标的出台使得以前很多徘徊在旧国标边缘的涂料不再符合标准。表5 是以XG- 2135 为基础乳液，按照新标准养护条件测得的成膜助剂Teaxnol 的残留量对漆膜力学性能的影响结果。

2）光照前后对耐沾污性能的影响
新标准测定耐沾污前增加了对涂膜进行紫外灯照射的制样要求，紫外照射与否对漆膜耐沾污性的影响结果见图1。

图1 的结果说明，对于涂膜中含有光交联剂的涂料，其耐沾污性更容易通过。
2.2 流变助剂的影响及选择
增稠剂在涂料中不仅起到了增稠的作用，同时也能增加漆膜的物理性能。试验证明，聚氨酯增稠剂对弹性的性能影响好，XG- 60 等碱增稠剂对漆膜提高强度有很好的作用。2 种增稠剂搭配使用时性能会出现很大的差异，结果见表6。表6 的结果说明，聚氨酯增稠剂对涂料断裂伸长率影响好，碱溶胀型和缔合型增稠剂比例按1 ∶ 3 添加时强度高。不同增稠剂对乳液性能的影响见表7。

从表7 可以看出，含聚氨酯增稠剂的水性涂料的强度低，含碱溶胀和缔合型增稠剂的强度高。

2.3 粉料的选择
粉料种类及配比乃至总量与聚合物之比（PVC）对漆膜的拉伸断裂行为均有重要影响。一般粉料的细度越小，补强能力越高，断裂伸长率越大，断裂强度越高，PVC 越大，断裂伸长率越低。
2.3.1 颜料体积浓度对漆膜力学性能的影响
相同的PVC 下，不同颜料及细度也会严重影响漆膜的力学性能。不同颜料种类及细度对漆膜力学性能的影响见表8。

从表8 可以看出，相同PVC 下，颜料的种类及细度对漆膜的力学性能有重要影响。颜料相同时，细度对漆膜的力学性能影响有一峰值，并不是颜料细度越细越好，这说明颜料细度变化，比表面积增加，对聚合物补强能力增加，但当颜料粒子太细后，颜料体积浓度增加，导致聚合物对颜料的润湿、包裹能力下降，结果是断裂伸长降低。损耗模量越大即拉伸强度越大，储能模量和损耗模量相差越小也就代表着弹性越好。乳液加入粉料后，会提高整体的Tg。因此，对于弹性涂料配方设计，不仅要考虑颜料的性质结构，还要考虑颜料颗粒的细度。
2.3.2 颜料配伍对弹性漆膜力学性能的影响
颜料在涂料中的功能是不同的，颜料的功能不仅分为着色颜料和填充颜料，在弹性涂料配方设计中还要兼顾填料对漆膜力学性能及耐老化性能的影响，因此，在弹性涂料实际配方设计中往往使用多种颜料进行复配才能达到佳的漆膜性能。
片状结构的粉料与丙烯酸酯共聚物相容不好，往往导致漆膜的力学性能下降，而针状结构的粉料，可增加漆膜的强度但往往弹性降低，球形结构的粉料，如重钙与聚合物相容性优于上述2 种结构，是弹性涂料使用多的一种填料。金红石型钛白因分散容易，耐户外老化性能好，是各种外墙涂料的白色颜料，也是弹性涂料配方设计中常用的颜料。沉淀硫酸钡因耐酸雨效果好，填充性好，也是外墙涂料的颜填料。硅灰石粉对漆膜的补强性好，耐酸雨能力差，实际使用时用量必须控制在一定范围。表9 是不同配料搭配对漆膜力学性能的影响结果。表9 的试验结果说明，颜料的复配对漆膜的力学性能影响非常显著。尤其以钛白粉、重钙和硫酸钡的搭配性能好。

2.3.3 粉料添加量的改变对弹性的影响
在确定粉料的种类搭配后，改变其添加量也会得出不同的结果。表10 的试验证明在选定好涂料颜填料以后，m（钛白粉）∶ m（重钙）∶ m（硫酸钡）=4 ∶ 1 ∶ 1 的性能好，因为硫酸钡的比表面积小和吸油量小，所以涂料的弹性和强度高。

2.4 润湿剂改变对初期耐水性的影响
弹性涂料的耐水问题是重中之重，涂料的耐水有问题，会引发很多的经济纠纷。耐水差的涂料施工以后，下一场大雨就会满墙的鼓泡，时间一久涂料就会失去附着力掉下来。润湿剂对初期耐水的影响见图2。

图2 证明了亲水性的润湿剂对初期耐水有好的帮助。弹性乳液相对其他苯丙乳液有更好的疏水性，做涂料的时候应该选择亲水性比较高的助剂，其次要考虑到纯丙乳液的成膜性不是很好，所以在设计配方时还要考虑干燥速度的问题。
2.5 弹性乳液聚合物的Tg 对漆膜性能的影响
做涂料的时候选择乳液很关键，表11 是不同种类乳液涂料的性能测试的结果，其中a 为柔性乳液，b 和c 为纯丙乳液。

表11 说明了以下几点：
1）乳液本身有玻璃化转变温度，在添加粉料后阻碍了链的运动速度，所以整体的Tg 就会上升，当外界温度高于这个Tg 时，漆膜就会变软。在外界温度低于Tg 时，漆膜就会硬而脆，只有保证混合后的Tg 低于测试的温度才会有很高的断裂拉伸率，整体Tg 越低弹性越好。
2）Tg 越低，低温弹性越好，但是耐沾污会相应地变差，要提高耐沾污有效的办法是提高漆膜的致密性、提高乳液的Tg、减小乳液的粒径。
3）乳液固含量一般在50%左右，很少有超过70%的乳液，乳液固含量越高，就越不稳定，原因可以从堆积密度考虑，堆积得太密，则需要更多的电荷来稳定它。
4）乳液含量太低，成膜物质太少，就会影响漆膜的质量。乳液的黏度和成膜物质没有关系，但和乳胶粒子的粒径和分布有很大的关系，相同固含量下乳液粒径越大，乳液的黏度就越低，在相同粒径的条件下，粒径分布越宽，乳液黏度就越低。所以不同功能的涂料一定要选择合适的乳液。

3 弹性涂料配方设计的其他问题
3.1 弹性涂料的开裂问题
弹性涂料表面干得太快，内部干得太慢，就会产生裂痕。溶剂油在挥发过程中能带出一部分水，能明显解决这种问题，这也是很多弹性涂料添加200# 溶剂油的原因，或许我们可以找一种合适的成膜助剂来解决这种刷涂厚了就会开裂的问题。以拉毛为例，这种涂料要求施工得很厚，除了选用合适的成膜助剂外，还要选用合适的粉料。据个人经验来讲，中涂涂料好选用粒径粗的粉料，而且其所占的比例要适中，因为拉毛要求的黏度很高，如果粉料的比例太低，黏度就很难增稠；粉料的比例过高则很难分散，也很难添加足量的乳液，所以只能选用粒径粗的粉料。其次，弹性中涂在防开裂方面起着更大的作用，因为墙上的弹性依靠中涂层（厚度）比面涂（弹性高）来的更直接。
3.2 弹性涂料的调色问题
涂料调色后，有的会出现浮色发花和雨痕的现象，涂料的浮色发花很大一部分是由施工所选用的腻子的成分以及施工时涂刷的厚薄不同引起的。为了避免浮色发花，施工队往往是先刷一遍底漆，把底材泛碱的可能性去掉，再去调整分散剂和润湿剂的种类和用量。做零钛白深色涂料的时候一定要保证足够量的润湿剂，建议添加量是乳液的1%，如果润湿剂量不够，就会抢夺色浆的分散润湿剂，导致色浆的絮凝，进而会出现大面积的颜色不一致的现象，尤其是炭黑和酞青蓝，所以这2 种色浆容易出现调色的障碍。
3.3 涂料的耐候问题
很多弹性乳液经过紫外灯照射后就会老化，性能也会大幅度地下降，弹性涂料经过400 h 照射后的拉伸结果见表12。

试验证明很多乳液具有假弹的性能，随着时间延长性能会发生很大的变化，所以我们更应该选择耐候性很好的乳液。

4 结语
建筑涂料因其环保、便于施工、价格实惠而得到了广泛的使用。本文从配方角度着手，研究了粉料、增稠剂、润湿剂和乳液Tg 对弹性涂料性能的影响，指出了一些常见的现象和弊病，从实际应用的角度分析并解决了这些问题。加入涂料中的任何成分都会影响其性能，所以需要大量的试验去印证，避免因为一些技术上的原因导致经济上的损失。
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