弹性建筑涂料成分的鉴别
姜广明1，郭晶1，胡水2
（1.中国建筑科学研究院，北京100013；2.北京化工大学，北京100029）
1 实验原料和设备
0 引言
弹性建筑涂料除了具备一般外墙建筑涂料的装饰功能之外，还拥有防水、防渗、透气、遮蔽裂纹的功能。优质的弹性建筑涂料必须具有优异的耐沾污性和耐泛碱性，选用纯丙弹性乳液、硅丙弹性乳液配制为佳。由于此类乳液的价格高，而市场对弹性建筑涂料的需求量又大，因此市场上有一些仿冒的弹性建筑涂料，柔韧性很差，根本达不到弹性建筑涂料的要求。行业标准JG/T 172－2008《弹性建筑涂料》规定了弹性建筑涂料的检测方法，提出了对比率、耐人工老化性、耐沾污性、拉伸强度和断裂伸长率等技术指标。正在修订中的JG/T172－20XX《弹性建筑涂料》增加了弹性涂料的产品分类，对上述指标提出了更高的要求。本文通过弹性建筑涂料的红外光谱分析、热失重分析，树脂的溶解性分析以及填料的XRD 分析等分析测试方法，鉴别弹性建筑涂料与仿冒产品的配方成分的差异，说明两者性能不同的原因。
1 实验原料和设备
1.1 实验原料
选取两款弹性建筑涂料为研究对象，其编号分别为QN－20、QN－30。QN－20 是市售的仿冒弹性建筑涂料，其拉伸强度为2.8 MPa，断裂伸长率仅为67%。QN－30 是广东某厂家生产的一款高弹性建筑涂料，拉伸强度为2.4 MPa，断裂伸长率能达到388%。
1.2 实验设备
ATR 红外光谱使用Thermo Fisher SCIENTIFIC公司生产的Nicolet 6700 傅立叶红外光谱仪测试，扫描范围为4 000－700 cm－1，分辨率为4 cm－1。
热失重分析使用瑞士METTLER－TOLEDO 公司生产的TGA/DSC1 同步热分析仪（型号STARe system）测试，氮气气氛，测试的温度范围为室温～800℃。XRD 分析使用德国布鲁克AXS 有限公司生产的D8 Advance 型X 射线衍射仪。
热失重分析使用瑞士METTLER－TOLEDO 公司生产的TGA/DSC1 同步热分析仪（型号STARe system）测试，氮气气氛，测试的温度范围为室温～800℃。XRD 分析使用德国布鲁克AXS 有限公司生产的D8 Advance 型X 射线衍射仪。
离心机使用江苏金坛市中大仪器厂生产的TGL－16 型高速离心机。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
根据丙烯酸酯和填料的红外光谱峰的位置和强度，能够定性和半定量地分析出弹性建筑涂料的树脂、填料的种类。
从图1 可以看出：QN－20 样品的丙烯酸酯的红外峰强度极低，1 451 cm－1 处的CaCO3的红外吸收峰特别高。这一方面说明，仿冒产品为了节约成本，树脂的添加量较低，CaCO3的添加量较高。另一方面说明CaCO3等填料裸露的程度较高，QN－20 的乳液的包裹填料的能力差。QN－30 的丙烯酸酯的红外峰强度较强，这说明这种弹性乳液不但含量较高，而且对填料的亲和包覆能力较好。
2.2 热失重分析
弹性建筑涂料的性能不但与树脂、填料的种类有关，还受到树脂和填料的含量的影响。依据GB/T 1725－2007《色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定》和GB/T1747.2－2008《色漆和清漆颜料含量的测定第2 部分：灰化法》等标准，可以使用简单设备检测出弹性建筑涂料中水和溶剂、树脂、填料的含量。现今，常使用的热失重分析测试方法能够更加方便、快速、准确地分析出这两种弹性建筑涂料各组分的含量。
从图2 可知，在25℃～100℃、100℃~270℃、270℃~580℃、580℃~760℃这四个温度区间内，QN－20 的失重率分别为15.8%、25.0%、13.6%和15.0%，残余物占原重的30.6%；而QN－30 的失重率分别为10.4%、20.5%、24.0%、4.5%，残余物占原重的40.6%。在270℃以下的失重是由于水和溶剂挥发，270℃～580℃的失重是由于树脂分解，580℃～760℃的失重是由于CaCO3的分解。因此可以计算出QN－20 中水和溶剂的含量达到40.8%，树脂含量为13.6%，填料的总含量达到45.6%。填料中CaCO3占大多数，占了QN－20 重量的34.1%，而其他填料仅占了11.5%。同理QN－30 中水和溶剂的含量达到30.9%，树脂含量为24.0%，填料的总的含量达到45.1%。填料中CaCO3不多，占了QN－30 重量的10.2%，而其他填料占了34.9%。仿冒产品QN－30 中的水和溶剂的含量较高，这是因为为了能使低弹性树脂形成乳液，配方中必须加入大量的溶剂及助剂。另外仿冒产品QN－30 为了降低成本，树脂的含量很低，而且填料中大量使用了较便宜的CaCO3，而不是使用遮盖力较高、耐候性良好的TiO2。
从图2 可知，在25℃～100℃、100℃~270℃、270℃~580℃、580℃~760℃这四个温度区间内，QN－20 的失重率分别为15.8%、25.0%、13.6%和15.0%，残余物占原重的30.6%；而QN－30 的失重率分别为10.4%、20.5%、24.0%、4.5%，残余物占原重的40.6%。在270℃以下的失重是由于水和溶剂挥发，270℃～580℃的失重是由于树脂分解，580℃～760℃的失重是由于CaCO3的分解。因此可以计算出QN－20 中水和溶剂的含量达到40.8%，树脂含量为13.6%，填料的总含量达到45.6%。填料中CaCO3占大多数，占了QN－20 重量的34.1%，而其他填料仅占了11.5%。同理QN－30 中水和溶剂的含量达到30.9%，树脂含量为24.0%，填料的总的含量达到45.1%。填料中CaCO3不多，占了QN－30 重量的10.2%，而其他填料占了34.9%。仿冒产品QN－30 中的水和溶剂的含量较高，这是因为为了能使低弹性树脂形成乳液，配方中必须加入大量的溶剂及助剂。另外仿冒产品QN－30 为了降低成本，树脂的含量很低，而且填料中大量使用了较便宜的CaCO3，而不是使用遮盖力较高、耐候性良好的TiO2。
2.3 树脂的溶解性分析
弹性建筑涂料的性能主要是由弹性乳液，或者说是乳液中的树脂决定的。
从表1 可以看出，丙酮对这两种树脂都是劣溶剂，QN－20 和QN－30 都不能溶解于丙酮中。而良溶剂四氢呋喃对于QN－20 和QN－30 的溶解情况却不相同。QN－20 不能溶于四氢呋喃中，而QN－30 却可以溶于四氢呋喃中，形成悬浮液。这是因为弹性建筑涂料的树脂分子链比较柔顺，比较容易溶解。而仿冒的弹性建筑涂料使用的柔韧性很差的树脂，所以在四氢呋喃中也不能溶解。
从表1 可以看出，丙酮对这两种树脂都是劣溶剂，QN－20 和QN－30 都不能溶解于丙酮中。而良溶剂四氢呋喃对于QN－20 和QN－30 的溶解情况却不相同。QN－20 不能溶于四氢呋喃中，而QN－30 却可以溶于四氢呋喃中，形成悬浮液。这是因为弹性建筑涂料的树脂分子链比较柔顺，比较容易溶解。而仿冒的弹性建筑涂料使用的柔韧性很差的树脂，所以在四氢呋喃中也不能溶解。
QN－20 与QN－30 中使用的树脂种类和性质有较大差异，因此它们在不同溶剂中的溶解性也不同。所以，利用树脂在四氢呋喃中溶解性的差异，可以达到鉴别弹性建筑涂料真假的目的。
依据GB 9760－1988《色漆和清漆液体或粉末状色漆中酸萃取物的制备》，利用溶解－沉淀的方法来分离QN－30 中的树脂和填料。对QN－30 破乳后，然后用四氢呋喃对QN－30 进行多次溶解，离心操作。终获得了溶解在四氢呋喃中的透明絮状树脂，还有白色的填料饼。
2.4 填料的XRD 分析
弹性建筑涂料的性能也受到使用的填料的种类的影响。利用X 射线衍射仪对弹性建筑涂料进行研究，并根据标准物质的XRD 谱图对各个峰进行了解析，结果如图3 和图4 所示。
QN－20 的XRD 谱图与CaCO3的谱图基本一致，除此以外，XRD 谱图中还有金红石型TiO2的衍射峰。这与热失重分析中CaCO3占填料的大部分的结论一致，也说明了QN－20 中另外的11.5%的填料是TiO2。QN－30 的XRD 谱图比较复杂，谱图中有CaCO3、金红石型TiO2、滑石粉和硫酸钡等衍射峰。谱图中显示TiO2的含量高，滑石粉的含量次之，然后是CaCO3和硫酸钡的含量低。QN－30 的XRD 分析说明了，为了达到良好的施工和使用性能，弹性建筑涂料的填料通常含有多种成分，如TiO2、CaCO3、滑石粉、硫酸钡等，有的甚至还有高岭土、云母、二氧化硅等。然而为了达到较高的遮盖率，特别是内墙型弹性建筑涂料对遮盖率的要求更高，填料中应以TiO2金红石型为主，尽量不使用锐钛型的TiO2。所以，利用填料的种类和数量的差异，也可以达到鉴别弹性建筑涂料真假的目的。
3 结语
本文通过对弹性建筑涂料进行红外光谱分析和热失重分析，比较了两款弹性建筑涂料的配方中树脂和填料的含量差异，说明了弹性建筑涂料配方含量的区别决定了其性能的差异。通过弹性建筑涂料的树脂对不同溶剂的溶解性不同，利用XRD 分析出填料的种类和数量的差异，都能鉴别开仿冒的弹性建筑涂料和正品的弹性建筑涂料。
