当前，金属屋面在工业及公共建筑领域应用十分广泛，亚太区现存金属屋面总面积约为67 亿m2，占整个屋面系统的15%左右，新建金属屋面的年增长率保持在4%~5%之间。新建金属屋面的快速发展需要更多新型防护措施及节能材料，而同时大量已有金属屋面也面临着因年久失修引起的渗漏问题。针对金属屋面渗漏，一般采用丁基胶条、硅酮玻璃胶、SBS 改性沥青卷材或PVC、TPO 等高分子卷材进行维修。由于金属屋面温度及荷载变化较为复杂，上述几种材料往往很难满足其热胀冷缩的形变要求，且存在造价成本高、施工工艺繁琐等问题。研究表明，通过在金属屋面上应用涂料和罩面，可以得到集保温、防水为一体的节能金属屋面。本文介绍了一种针对金属屋面维修防护工作而研制的新型弹性丙烯酸涂料，通过与几种市售涂料的性能对比，得知该新型丙烯酸涂料具有较优的耐腐蚀性能、低温柔韧性、耐沾污性能、防水性能和较高的太阳光反射率。
1 实验部分
1.1 实验用涂料
新型弹性丙烯酸涂料（A）；溶剂型双组分环氧涂料（B）；高Tg、高厚度水性丙烯酸涂料（C）；市售弹性丙烯酸涂料（D）。
1.2 性能测试
1）耐腐蚀性能
耐腐蚀性能通过耐盐雾（ASTM B—117）及循环老化盐雾测试（ASTM D—5894）进行表征。ASTM B—117 规定，耐盐雾试验用盐雾为5% 的氯化钠溶液，涂层分两次涂覆，标准环境下干燥14 d，干膜总厚度约7 mils（175 μm），试验3 400 h 后观察样板气泡和锈蚀情况；ASTM D—5894 规定，循环老化盐雾试验涂层仅涂覆一道，干膜厚度约6 mils（150 μm），按以下步骤循环10 次（3 360 h）：①1 h 盐雾测试（0.35%硫酸铵溶液、0.05%氯化钠溶液），然后在35 ℃下干燥1 h；②4 h UV-A 曝晒及4 h 蒸汽，测试温度50 ℃，观察样板气泡和锈蚀情况。
2）耐水性能
耐水性能测试：涂层分两次涂覆，标准环境下干燥14 d，干膜厚度约7 mils（175 μm）。将涂膜浸泡于自来水中168 h，观察涂层是否起泡或脱落。
不透水性及吸水率测试：将干膜厚度（1.5±0.2）mm 的涂膜放置在不透水仪上，0.3 MPa 下加压30min，观察涂膜是否存在渗水现象。将标准条件下养护14 d 的涂膜准确称量后，在去离子水中放置7 d，取出涂膜拭去表层水分后称净重，计算得出涂膜的吸水率。
3）太阳光反射率
采用UV-VIS-NIR 分光光度计对养护好的涂膜进行300~2 500 nm 波段范围内扫描，积分得出涂膜在紫外（UV）、可见光（VIS）及近红外（NIR） 几个波段内太阳光反射率。
4）耐沾污性能
通过测定紫外线下曝晒后涂膜的反射率来评定。
5）其他性能
涂料稳定性：分别测定涂料样品及其经60 ℃、干燥10 d 后样品的黏度及pH 值，比较两次测试结果。
附着力：采用划格法测试，胶带类型为Permacel99。涂层分两次涂覆，标准环境下干燥14 d，干膜厚度约7 mils（175 μm）。测试结果用涂膜的剩余百分比表示。干燥附着力测定后，涂膜样板置盐雾箱中约7h，取出将涂膜表面擦拭干净，立即测试其湿附着力。
冲击强度：依据ASTM D—2794 进行，涂膜分两次涂覆，标准环境下干燥14 d，干膜厚度约7 mils（175 μm），并在UV-A 下曝晒24 h 后测试。
冲击强度：依据ASTM D—2794 进行，涂膜分两次涂覆，标准环境下干燥14 d，干膜厚度约7 mils（175 μm），并在UV-A 下曝晒24 h 后测试。
拉伸强度及断裂伸长率：测试在室温下进行。拉伸强度和断裂伸长率样品的制备与养护：将涂料在容器中充分搅拌均匀，倒入涂膜模具中，采用不锈钢刮膜器将表面刮平，并在标准养护室中正反面各养护7d。涂膜表面应光滑平整，无气泡、裂纹等缺陷。终干膜厚度为（0.5±0.2）mm。
2 结果与讨论
2.1 耐腐蚀性能
新型弹性丙烯酸涂料的耐腐蚀性能测试（直接涂覆于金属表面）结果列于表1，被涂覆的金属板厚度与涂膜厚度相同。
如表1 所示，即使长时间处于腐蚀性环境中，新型弹性丙烯酸涂料仍能保持较优的性能，气泡少、锈迹少。新型弹性丙烯酸涂料（A）性能与溶剂型双组分环氧涂料（B）相当，略优于市售弹性丙烯酸涂料（D），明显优于厚涂水性丙烯酸涂料（C）。
经过3 400 h 盐雾试验后，4 种涂膜样板的照片见图1，新型弹性丙烯酸涂料的仅出现少量微小起泡，而其他几个涂膜样板的未划线区域都出现了少许锈迹。此外，对涂膜样板已锈表面进行性能测试的结果表明，新型弹性丙烯酸涂料（A）相对于溶剂型环氧涂料（B），具有更优的表面防护作用。
2.2 耐水性能
4 种涂料涂膜的耐水性能测试结果表明，经168h 浸水试验后，4 种涂料涂膜均未出现气泡或锈蚀现象，即具有较好的耐水性。
4 种涂料样品经0.3 MPa 下长达30 min 的水压测试后，均能保持涂膜完整，无开裂、渗水现象（表2）。在经过7 d 的浸水实验后，4 种涂膜的吸水率分别为14%、10%、20%和25%，只有市售弹性丙烯酸涂料（D）不能满足标准JG/T 375—2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》吸水率<20%的要求，其余涂料均具备较好的耐水溶胀性。
2.3 太阳光反射率
试验按前述方法进行，结果见表3。如表3 所示，几种涂膜的太阳光反射率基本在62%~82%之间，对整个太阳光波段的反射率贡献大的是可见光（约90%）与近红外区域（约70%），这与太阳光在不同波段内的能量分布是一致的。新型弹性丙烯酸涂料（A）反射率高，为81.95%；而市售弹性丙烯酸涂料（D）反射率低，为62.33%。
金属屋面要具有较好的节能保温效果，就要求使用的涂料具有较高的初始太阳光反射率（大程度地提高反射效率）和良好的耐沾污性能（能够长久保持其较高的太阳光反射率或较小程度地降低初始反射率）。良好的耐沾污性能，不仅能够保持较好的节能效果和屋面外观，对延缓涂料的老化和提高其耐候性也具有重要的作用。
2.4 耐沾污性能
新型弹性丙烯酸涂料应用表面交联技术，当涂层曝晒于紫外线下时，涂层表面会发生交联反应，提高涂膜表面硬度从而提高其耐沾污性能。试验结果见图3。
如图3 所示，溶剂型双组分环氧涂料（B）的反射γ 值降低率低，即具有较好的耐沾污性能；新型弹性丙烯酸涂料（A）与高Tg、高厚度水性丙烯酸涂料（C）的耐沾污性能次之，但优于市售弹性丙烯酸涂料（D）。可见，采用交联技术后，弹性丙烯酸涂料的耐沾污性能得到了极大的提高（与D 相比）。而涂料C 因基于高Tg 的丙烯酸乳液制备而成，也具有较好的耐沾污性能。涂料B 耐沾污性能佳，这与溶剂型环氧涂料较高的漆膜硬度有关。
2.5 其他性能
涂料稳定性：经测试，几种涂料均未出现黏度或pH 值的明显提高，即均具有较好的性能稳定性。
4 种涂料的附着力测试结果，见表4。新型弹性丙烯酸涂料（A）、溶剂型双组分环氧涂料（B）及弹性丙烯酸涂料（D）均表现出较好的干/湿附着力；高Tg高厚度水性丙烯酸涂料（C）也具有较优的干附着力，但湿附着力欠佳。
新型弹性丙烯酸涂料具备极佳的柔韧性，在室温及-18 ℃下均能通过直径<3 mm 圆锥轴绕弯实验（表4）。但溶剂型双组分环氧涂料（B）与高Tg、高厚度水性丙烯酸涂料（C）在-18 ℃低温下柔韧性表现不佳。在保持较优柔韧性的同时，拉伸强度与断裂伸长率的平衡也很重要，并在一定程度上决定了涂膜的强度，而且由于不同区域环境温度的差异，涂料需要在较广的温度范围内维持该平衡。几种涂膜试样的拉伸强度与断裂伸长率测试结果见表4。新型弹性丙烯酸涂料（A）在室温下具有较好的拉伸强度与断裂伸长率，在较低的温度下仍然能够保持良好的平衡。溶剂型双组分环氧涂料（B）几乎没有伸长率，拉伸强度虽较高，但在低温养护条件下实验样条过脆而不能进行力学强度测试。
抗冲击强度测试在涂膜试样经过14 d 室温养护及24 h 紫外照射后进行，紫外照射的同时也加热基板温度至60 °C 左右，能够去除涂膜中残存的溶剂及成膜助剂，从而更准确地模拟涂膜在长时间干燥后的抗冲击性能，实验结果见表4。环氧涂料（B）及厚涂水性丙烯酸涂料（C）抗冲击强度，均远低于新型弹性丙烯酸涂料（A）。
3 结语
通过选择了几种有代表性的金属基材用涂料，并对其关键性能指标进行比较发现，基于新型弹性丙烯酸乳液制得的涂料具有优的综合性能，包括优异的耐腐蚀性能及表面保护作用、较好的耐沾污性能、优异的防水效果和较高的太阳光反射率，能够通过美国材料与试验协会（ASTM）或我国建材行业标准测试，它的实践应用，对节能金属屋面的发展具有重要的意义。
