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外牆塗料的耐候保色性和抗沾汙力

2012年11月14日

建築塗料作爲新型建材産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,建築塗料色彩絢麗、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塗飾,滿足建築外裝飾長久長新的需要;再次,從施工來考慮,建築塗料能方便、快捷地塗覆在建築物上,施工效率高,無安全隱患。

外牆塗料作爲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。但外牆塗料要在外牆裝飾中唱主角,還面臨著巨大的考驗,必須具有較高的耐久性,才能適應當前建築技術發展的需求,即要求塗料的飾面裝飾效果不隨時間的流逝而很快下降,要能夠抵禦外界各種汙染,這就要求外牆塗料具有高耐候保色性和高抗沾汙能力,這也成爲外牆塗料發展的一個重要方向。

耐候保色性

外牆塗料長期暴露于戶外,受到風吹、雨淋和日曬,經過一段時間後,飾面的外觀會發生粉化、變色、褪色、失光等現象。目前,國家對高性能外牆塗料的耐候保色要求一般是8-10年以上,但國內塗料企業生産的産品很多不能達到這麽高的要求。塗膜的粉化、褪色和變色與塗料的基料和顔料有著密切的聯系。

基料與耐候保色性

基料對塗料的性能起著決定性的作用。外牆飾面受紫外線、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,受到紫外線照射後,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塗膜物性的變化:分子間交聯會使延伸性降低,而主鏈斷裂會降低塗膜的強度,最終導致外牆塗料的泛黃或粉化。在配制高性能外牆塗料時應注意選擇耐候性優異的乳液作爲基料。硅改性丙烯酸乳液和水乳型聚氨酯是目前發展最快、最具開發前景的塗料基料品種。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牆塗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,所形成的塗膜越完善,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,可以減少紫外線對塗膜的損傷。

顔料和耐候保色性

塗料的塗膜主要由基料聚合物和顔(填)料構成。因此這兩種主要物質的種類和比率決定著塗膜的結構和物性。在塗料配方中,若顔料體積濃度(PVC)低于臨界PVC,顔料粒子就分散在基料聚合物中形成“海—島”結構;但如果PVC超過臨界PVC,基料聚合物就不能將顔料粒子間的空隙完全充滿,顔料粒子松散堆積,其間出現空隙,塗膜的耐洗刷性、耐汙染、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,在配制高性能外牆塗料時應嚴格控制顔料體積濃度盡量小于臨界PVC,保證塗膜的完整。

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

彩色顔料中無機和有機顔料均在使用,但從塗膜的耐候性能考慮,一般使用無機顔料比較適合。無機顔料的耐光性和耐候性一般優于有機顔料,目前在外牆塗料中主要采用耐候性優異的鐵系顔料。

另外,在高性能塗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澱硫酸鋇、石英粉、雲母粉和硅灰石粉等。

耐汙染性

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,高耐汙染性的外牆塗料對適應這種特殊的環境具有極其重要的現實意義。

高耐汙染性是外牆塗料十分重要的性能指標。外牆塗料發展緩慢,一個重要的原因就是塗層的耐汙染性不理想,效果不能持久。因此,高性能外牆塗料需要解決的一個重要問題就是設法提高塗層的抗沾汙性,使塗層對汙染介質有抵禦能力。塗料抗沾汙性能不良的原因主要有:塗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,塗層中的這些低分子物質會揮發,使塗層中留有大量的孔隙。就微觀結構而言,與溶劑型塗料相比較,乳膠塗料塗層含有大量的微孔,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,對塗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塗層,水分蒸發後,塵埃微粒繼續留存于微孔內,這將會對塗膜的裝飾效果産生嚴重的影響。

因此,提高塗膜的致密度是解決沾汙性問題的一個重要途徑。

1、在塗料中添加納米級SiO2可以提高塗膜的硬度,從而大幅度提高抗沾汙能力。

2、基料中的有機高分子鏈的結構決定了高分子乳液塗膜容易産生靜電積累,從而産生靜電吸附,塵埃微粒容易吸附于塗層的表面,影響塗料的裝飾效果,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,避免靜電吸附對塗層的汙染。

3、由于塗層高溫返黏、易沾塵,造成裝飾效果降低。爲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汙性,反射率下降爲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汙性。

塗料耐久性與施工關系

嚴格地說,塗料只是一個半成品,它最終的目的是塗裝于建築物表面,對建築物起裝飾和保護作用。因此,施工後幹燥成膜的塗層才是成品。即塗料耐久性的發揮與其配套的施工技術有密切的關系,爲了獲得滿意而長期的塗飾效果,就必須對塗料的施工進行嚴格地監測。

通常由于外牆塗料施工方法不當引起的塗裝缺陷主要有掉粉、起皮、泛堿、脫落等。爲了避免這些質量缺陷的出現,應嚴格按照塗料施工工程規範進行施工。對于水泥基層來說應特別注意控制水分和堿度。按規定施塗乳液型塗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、油汙等,保持基層表面良好的清潔度;在塗裝多孔性底材前應塗刷一層乳膠型或溶液型封閉底漆,避免底材對塗料的吸入不均,造成發花。

塗料的耐久性是一項綜合性指標,不僅包含塗層抵禦氣候變化的能力,而且還應保證在一定時間內塗層的裝飾效果。塗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,其試驗結果較爲准確。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塗料的耐候性。人工加速老化是模擬氣候環境,對塗層進行紫外線照射、淋雨、加熱等處理。

塗膜經過一段時間的人工加速老化後,其表面的狀態(顔色變化、剝落、裂紋、起泡)作爲評價耐候性的指標。目前,塗料的裝飾效果主要由塗層耐沾汙性確定。以一定量的汙染介質塗刷于塗膜的表面,幹後用水沖冼,經規定循環後,測定塗層反射系數的下降率,以此表示塗層的耐沾汙性。反射系數下降率越小,塗膜的耐沾汙性越好,相應的裝飾效果也越理想。

塗料耐久性是塗料多項性能的集中表現,它不僅取決于塗料本身的質量(內因),而且受制于施工技術水平(外因)。因此,在高性能外牆塗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,因此這兩種乳液成爲近期研究和應用的熱點。

2、在塗料中加入納米材料。納米材料的特殊結構和特性會使塗料的許多性能(耐候性、耐汙染性)産生“質”的飛躍。目前國外和國內許多塗料廠已經推出硅納米結構改性丙烯酸自清潔型外牆塗料。

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,外牆塗料塗膜才能經受實際使用環境的長期考驗。