0 引言
水性乳胶涂料因具有节能、环保、色彩绚丽、质轻、施工方便、成本低廉的优点, 已广泛运用于建筑物外墙的装饰, 成为我国涂料工业的重要组成部分[ 1, 2] 。但由于墙体长期暴露于大气中, 受热胀冷缩温度变化等自然因素及混凝土硬化收缩的影响, 使墙体基层产生细小龟状裂纹( 收缩裂纹) , 并会随着使用时间延长而扩展,轻者会影响建筑物的表面装饰效果, 重者甚至会引起墙面渗水, 严重影响着外墙的装饰效果和使用寿命[ 3] 。因此, 为了满足墙面基层底材开裂伸缩和遮盖基层细微裂缝的需要, 研制有足够延伸率、回复性、拉伸强度的弹性乳胶涂料代替以往以单纯装饰型的外墙乳胶涂料具有一定的现实意义。
1 实验部分
1. 1 实验原料及设备
1. 1. 1 原料 聚丙烯酸合成树脂乳液( IG) , 美国R&H、德国BASF、美国UCAR、台湾长兴; 润湿剂( IG) , 美国UCAR; 分散剂( IG) , 美国R&H; 防腐防霉剂( IG) , 美国R&H; 杀菌剂( IG) , 美国R&H; 消泡剂( IG) , 德国HENKEL; 金红石钛白粉( IG) , 美国DOPUT ; 重钙( IG) , 广州锦家矿业工贸公司; 滑石粉( IG) , 广西龙广滑石开发有限公司; 流平剂( IG) , 美国R&H; ASE 增稠剂、HEUR 增稠剂( IG) , 美国R&H; 丙二醇( IG) , 美国SHELL.
1. 1. 2 设备 DN200 型高速分散机山东省秦皇岛市金佳机械有限公司; QNZ 型司脱墨( STOMER) 粘度仪天津市精密科学仪器厂; QXG 型线棒涂布器 台湾宏展仪器股份( 东莞) 有限公司。
1. 2 试验
在反应釜中加入水, 搅拌下依次加入润湿剂、分散剂、防霉防腐剂、消泡剂、颜填料、流平剂和增稠剂1( ASE 增稠剂) , 高速分散后, 再加入乳液和其它助剂, 充分调配均匀后, 再加入增稠剂2( HEUR 增稠剂) , 后用酸碱调节剂调节pH 值, 即得白色的高弹性外墙乳胶涂料。整个工艺流程如图1 所示。
2 结果与讨论
影响外墙乳胶涂料遮盖裂缝能力的因素是多方面的, 以下将分别就乳液性能、乳液用量、涂膜厚度及涂膜与基材的附着力( 即黏结强度) 等主要因素对乳胶涂料抗裂纹能力的影响进行讨论。以期设计调制出成本适中、具有高效抗裂性能的弹性外墙乳胶涂料配方。
2. 1 乳液性能对涂膜弹性的影响
采用不同的乳液, 制得的涂料涂膜机械性能测试结果见表1, Tg 为玻化温度。
2. 4 附着力( 粘结强度) 与涂膜遮盖裂缝宽度的关系
从表1 可以看出, T g 值愈低也即与环境温度差值愈大, 则涂膜弹性愈好。从理论上讲, 涂膜的弹性主要是由弹性聚丙烯酸树脂的结构和组成所决定的, 这种树脂的大分子高度卷曲, 而分子间的力又较弱, 在外力的作用于下极易变形, 在除去外力后形变消失, 因而表现出弹性。但作为弹性外墙壁涂料的乳液来讲, 并不是Tg 值愈低愈好, 过低Tg 值的涂膜虽然延伸率高, 满足了弹性要求, 但涂膜很软, 在较高的环境温度下很容易出现回粘现象, 随之而来的是涂膜的耐污染性及抗积尘性很差, 因此要求根据使用要求及施工部位正确选择适合T g 值的弹性乳液, 以达到涂膜弹性和耐污染性的平衡。在实际运用中, 自交联、光固化聚合型、核壳聚合型的乳液都有助于提高涂层的耐污染能力, 是弹性外墙乳胶涂料理想的基料。如表1 中的2438 M 就是自交联、光固化聚合型类的乳液, 虽然它的Tg 值很低, 但以其为基料配制出的涂料涂膜却既具有很好弹性又具有很强的耐污染能力。
2. 2 颜料体积浓度PVC( 即乳液用量) 对涂料性能的影响
除乳液的性能外, 乳液用量也是影响乳胶涂料涂涂膜弹性的主要因素, 试验结果如表2 所示。
从表2 可以看出: PVC 越高, 涂膜断裂延伸率下降, 涂膜的弹性就越差, 一般来说, 弹性乳胶涂料的PVC在25%至45%之间, 具体视所要求的弹性而定, 要制得高弹性的乳胶外墙涂料, PVC应小一些。在实际应用确定配方时, 综合考虑涂膜弹性、抗粘连性、耐候性、产品成本等多方面因素的影响, 弹性外墙乳胶涂料的颜料体积浓度( PVC) 以30% 左右比较适宜。
2. 3 涂膜厚度对涂料性能的影响
不同涂膜( 干态) 厚度对产品遮盖裂缝宽度能力的影响如表3 所示。试验采用2 438 M 弹性乳液, 颜料体积浓度( PVC) 为30%.
从表3 可以看出: 在常规施工范围内, 涂膜越厚, 伸长能力越大, 则抵抗基层龟裂的性能越高, 反之, 则抗基层龟裂的性能越差, 实际上, 弹性乳液一旦选定, 配制的涂料涂膜的伸长能力基本确定, 则弹性乳胶涂料遮盖基层裂纹的能力就主要与涂膜的厚度有关, 且与涂膜厚度基本成正比例的关系。因此, 为了达到防止墙体出现龟裂纹的目的, 除选择合适的弹性乳液、确定适当的PVC 外, 还必须使涂膜具有足够的厚度, 才能实现预期的效果。实际应用中, 在兼顾经济性、弹性的情况下, 弹性外墙乳胶涂料的膜厚度以平涂150 um～250 um, 拉毛250 um～450 um 为宜。
弹性外墙乳胶涂料涂膜的附着力有不如普通亚光外墙乳胶涂料的假象, 表现为弹性外墙乳胶涂料有时会被成条成片撕下, 而亚光普通乳胶涂料却不会。其实二者的附着力( 粘结强度) 是相当的。但由于弹性外墙乳胶涂料的抗拉强度比较高, 高于弹性乳胶涂料的粘结强度, 所以就能成片撕下, 而亚光乳胶涂料的抗拉强度与其粘结强度基本相当, 因此一撕就碎, 也就不会出现被成条成片撕下的现象。因此出现弹性外墙乳胶涂料涂膜的附着力不如普通亚光外墙乳胶涂料附着力的假象。在实际运用中, 通过例行的底漆和基层处理, 也可以通过弹性乳胶漆本身的改进( 如在配方中使用硅烷附着力促进剂、不透明遮盖聚合物等) 以提高涂膜附着力, 使其与抗拉强度相当, 就能很好的解决这一问题。
2. 5 设计配方中应注意的其它问题
弹性乳胶涂料配方中的其他组分, 如颜料、填料及助剂, 与一般外墙乳胶涂料所用的组分基本相同, 对这些组分的品种用量进行筛选时要考虑其耐水性、耐碱性、耐粉化、耐黄变等因素。为了提高弹性乳胶涂料的流平性, 配方中可使用聚氨酯型( HEU R) 流变改性剂或增稠剂, 并配以少量定型性好的碱溶胀型( ASE) 增稠剂, 一方面使涂料在贮存过程中不发生分层及沉淀, 同时又使涂料具有较高的施工粘度, 确保施工的涂膜达到要求的厚度。
2. 6 配方
以2438 M 乳液为基料, 颜料体积浓度( PVC) 确定为30%, 经配方设计、配制试验、性能检验和调整配方后得到抗裂弹性外墙乳胶涂料的配方, 见表4.
2. 7 性能指标
参照《弹性建筑涂料》行业标准JG/ T 172-2005 对产品进行检测, 性能指标的检测结果见表5.
3 结语
( 1) 乳液的性能是影响涂料弹性的关键因素, 是弹性外墙涂料抗裂缝能力的基础。乳液聚合物的组成和结构决定了弹性乳胶涂料遮盖裂缝的能力。
( 2) 乳液的用量对涂料的断裂延伸率影响直接明显, 随着弹性乳液用量的增加( 即PVC 减少) ,产品的断裂延伸率显著增加。
( 3) 弹性乳液选定后, 以其为基料配制的涂料涂膜的遮盖裂缝能力主要与涂膜厚度有关, 且基本成正比例的关系。
( 4) 弹性外墙乳胶涂料是我国新型环保建筑外墙涂料, 具有保护性及装饰性双重功能, 它不但具有优异的伸缩性, 可以抵抗墙面的裂缝、裂纹, 保持涂膜的完整性, 使用于外墙的渗漏的维修及新墙面的装饰、保护, 同时它又具有优良的耐候性及抗污染性, 这种优质外墙乳胶涂料在实际工程应用中结合正确的施工方法, 将在建筑外墙装饰装修, 特别是高层建筑的装饰装修, 起到极好的装饰和保护作用。
( 3) 弹性乳液选定后, 以其为基料配制的涂料涂膜的遮盖裂缝能力主要与涂膜厚度有关, 且基本成正比例的关系。
( 4) 弹性外墙乳胶涂料是我国新型环保建筑外墙涂料, 具有保护性及装饰性双重功能, 它不但具有优异的伸缩性, 可以抵抗墙面的裂缝、裂纹, 保持涂膜的完整性, 使用于外墙的渗漏的维修及新墙面的装饰、保护, 同时它又具有优良的耐候性及抗污染性, 这种优质外墙乳胶涂料在实际工程应用中结合正确的施工方法, 将在建筑外墙装饰装修, 特别是高层建筑的装饰装修, 起到极好的装饰和保护作用。
