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      外墻涂料的耐候保色性和抗沾污力

      2012年11月14日

      建筑涂料作為新型建材產品中的主要類別之一,具有獨特的優勢:首先,從裝飾功能來看,建筑涂料色彩絢麗、多姿多彩的裝飾效果,符合當今人們個性化的追求。其次,它容易更新且成本較低,人們可以很方便地重新涂飾,滿足建筑外裝飾長久長新的需要;再次,從施工來考慮,建筑涂料能方便、快捷地涂覆在建筑物上,施工效率高,無安全隱患。

      外墻涂料作為外保溫系統中的重要組成部分,因其獨特的優勢,具有巨大的發展空間。但外墻涂料要在外墻裝飾中唱主角,還面臨著巨大的考驗,必須具有較高的耐久性,才能適應當前建筑技術發展的需求,即要求涂料的飾面裝飾效果不隨時間的流逝而很快下降,要能夠抵御外界各種污染,這就要求外墻涂料具有高耐候保色性和高抗沾污能力,這也成為外墻涂料發展的一個重要方向。

      耐候保色性

      外墻涂料長期暴露于戶外,受到風吹、雨淋和日曬,經過一段時間后,飾面的外觀會發生粉化、變色、褪色、失光等現象。目前,國家對高性能外墻涂料的耐候保色要求一般是8-10年以上,但國內涂料企業生產的產品很多不能達到這么高的要求。涂膜的粉化、褪色和變色與涂料的基料和顏料有著密切的聯系。

      基料與耐候保色性

      基料對涂料的性能起著決定性的作用。外墻飾面受紫外線、日曬及雨水的作用會逐級劣化,其中紫外線的影響最大。它能使基料聚合物發生化學反應而變質。如果乳液聚合物含有聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯和聚丁二烯等成分,受到紫外線照射后,很容易發生主鏈斷裂、分子間交聯或降解反應。

      這樣基料中聚合物因交聯或降解會引起涂膜物性的變化:分子間交聯會使延伸性降低,而主鏈斷裂會降低涂膜的強度,最終導致外墻涂料的泛黃或粉化。在配制高性能外墻涂料時應注意選擇耐候性優異的乳液作為基料。硅改性丙烯酸乳液和水乳型聚氨酯是目前發展最快、最具開發前景的涂料基料品種。這些基料聚合物分子間較高的化學鍵能和特殊的分子結構決定了它們具有優異的抗老化性能,有的抗老化性能達到20年以上,完全能夠滿足高性能外墻涂料對基料耐候性的要求。此外,乳液的耐候性還跟乳液中乳液顆粒的尺寸和乳化體系緊密相關。乳液顆粒越細,所形成的涂膜越完善,其耐候性相應地也較優良。在乳液中加入一定量的紫外線吸收劑,可以減少紫外線對涂膜的損傷。

      顏料和耐候保色性

      涂料的涂膜主要由基料聚合物和顏(填)料構成。因此這兩種主要物質的種類和比率決定著涂膜的結構和物性。在涂料配方中,若顏料體積濃度(PVC)低于臨界PVC,顏料粒子就分散在基料聚合物中形成“?!獚u”結構;但如果PVC超過臨界PVC,基料聚合物就不能將顏料粒子間的空隙完全充滿,顏料粒子松散堆積,其間出現空隙,涂膜的耐洗刷性、耐污染、耐候性急劇下降。同類乳液品種PVC越低,光澤越高,耐候性、保色性越差。所以,在配制高性能外墻涂料時應嚴格控制顏料體積濃度盡量小于臨界PVC,保證涂膜的完整。

      顏料的主要作用就是使涂膜具有一定的遮蓋力和呈現不同的色彩,因此要使涂膜具有優異的耐候性,顏料就需具有較好的遮蓋力和著色力、較高的分散度、鮮明的顏色以及對光的穩定性等。耐候性優異的白色顏料不僅自身的顏色始終如一,而且能吸收大量紫外線,減輕紫外線對基料或其他彩色顏料的破壞作用,提高涂膜的耐候保色性。白色顏料中應用最廣、效果最好的是金紅石型鈦白粉。

      彩色顏料中無機和有機顏料均在使用,但從涂膜的耐候性能考慮,一般使用無機顏料比較適合。無機顏料的耐光性和耐候性一般優于有機顏料,目前在外墻涂料中主要采用耐候性優異的鐵系顏料。

      另外,在高性能涂料中應盡量避免使用易粉化的填料,而使用具有較好耐候性及酸堿穩定性的填料。應用效果較好的有沉淀硫酸鋇、石英粉、云母粉和硅灰石粉等。

      耐污染性

      我國工業煙氣、粉塵和汽車尾氣排放超標嚴重,空氣中的粉塵含量高,而且人均綠地面積較少。因此,高耐污染性的外墻涂料對適應這種特殊的環境具有極其重要的現實意義。

      高耐污染性是外墻涂料十分重要的性能指標。外墻涂料發展緩慢,一個重要的原因就是涂層的耐污染性不理想,效果不能持久。因此,高性能外墻涂料需要解決的一個重要問題就是設法提高涂層的抗沾污性,使涂層對污染介質有抵御能力。涂料抗沾污性能不良的原因主要有:涂料配制過程中一般都要使用乳化劑和各種助劑,隨著時間的推移,涂層中的這些低分子物質會揮發,使涂層中留有大量的孔隙。就微觀結構而言,與溶劑型涂料相比較,乳膠涂料涂層含有大量的微孔,且表面比較粗糙,呈現出凹凸不平。

      大氣中的塵埃在重力的作用下容易沉積,對涂層色彩形成不同程度的遮蓋。下雨時,塵埃隨同雨水在毛細作用下侵入涂層,水分蒸發后,塵埃微粒繼續留存于微孔內,這將會對涂膜的裝飾效果產生嚴重的影響。

      因此,提高涂膜的致密度是解決沾污性問題的一個重要途徑。

      1、在涂料中添加納米級SiO2可以提高涂膜的硬度,從而大幅度提高抗沾污能力。

      2、基料中的有機高分子鏈的結構決定了高分子乳液涂膜容易產生靜電積累,從而產生靜電吸附,塵埃微粒容易吸附于涂層的表面,影響涂料的裝飾效果,在乳液高分子鏈中引進一些離子型無機的價鍵可以提高導電性能,避免靜電吸附對涂層的污染。

      3、由于涂層高溫返黏、易沾塵,造成裝飾效果降低。為了改進乳液的高溫回黏,近幾年發展起來的硅丙乳液具有極高的耐沾污性,反射率下降為3%-4%。

      另外,硅和氟樹脂改性乳液由于其表面張力低,斥水性好,具有荷葉效應。因此也具有良好的耐沾污性。

      涂料耐久性與施工關系

      嚴格地說,涂料只是一個半成品,它最終的目的是涂裝于建筑物表面,對建筑物起裝飾和保護作用。因此,施工后干燥成膜的涂層才是成品。即涂料耐久性的發揮與其配套的施工技術有密切的關系,為了獲得滿意而長期的涂飾效果,就必須對涂料的施工進行嚴格地監測。

      通常由于外墻涂料施工方法不當引起的涂裝缺陷主要有掉粉、起皮、泛堿、脫落等。為了避免這些質量缺陷的出現,應嚴格按照涂料施工工程規范進行施工。對于水泥基層來說應特別注意控制水分和堿度。按規定施涂乳液型涂料的基層含水率不得大于10%;混凝土基層材料養護齡期應在28天以上,水泥砂漿抹灰應在14天以上,基層的pH控制在l0以下;施工前應清除表面的浮塵、油污等,保持基層表面良好的清潔度;在涂裝多孔性底材前應涂刷一層乳膠型或溶液型封閉底漆,避免底材對涂料的吸入不均,造成發花。

      涂料的耐久性是一項綜合性指標,不僅包含涂層抵御氣候變化的能力,而且還應保證在一定時間內涂層的裝飾效果。涂層的耐候性可以通過天然暴曬或人工加速老化的方法來確定。天然暴曬是將試樣置于實際的氣候環境中,其試驗結果較為準確。但試驗周期長,成本高。因此一般采用人工加速老化的方法評價涂料的耐候性。人工加速老化是模擬氣候環境,對涂層進行紫外線照射、淋雨、加熱等處理。

      涂膜經過一段時間的人工加速老化后,其表面的狀態(顏色變化、剝落、裂紋、起泡)作為評價耐候性的指標。目前,涂料的裝飾效果主要由涂層耐沾污性確定。以一定量的污染介質涂刷于涂膜的表面,干后用水沖冼,經規定循環后,測定涂層反射系數的下降率,以此表示涂層的耐沾污性。反射系數下降率越小,涂膜的耐沾污性越好,相應的裝飾效果也越理想。

      涂料耐久性是涂料多項性能的集中表現,它不僅取決于涂料本身的質量(內因),而且受制于施工技術水平(外因)。因此,在高性能外墻涂料的開發和研制中應考慮以下幾個方面。

      1、注意各種原材料的優選和開發。硅丙、氟碳分子鏈較高的鍵能和特殊的分子結構決定了它們對外界環境具有極高的穩定性,因此這兩種乳液成為近期研究和應用的熱點。

      2、在涂料中加入納米材料。納米材料的特殊結構和特性會使涂料的許多性能(耐候性、耐污染性)產生“質”的飛躍。目前國外和國內許多涂料廠已經推出硅納米結構改性丙烯酸自清潔型外墻涂料。

      3、進取合理、精細的施工操作,加強施工監督。

      綜上所述,只有從材料的選擇到施工的驗收每一步都進行嚴格控制,外墻涂料涂膜才能經受實際使用環境的長期考驗。

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