日期：2022-03-07
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170 核心提示：0 引言 混凝土结构建筑物表面涂料除装饰功能外，还应具有保护功能。目前在我国，建筑物外墙面在进行表面装饰前，大多以水泥砂浆
0 引言
混凝土结构建筑物表面涂料除装饰功能外，还应具有保护功能。目前在我国，建筑物外墙面在进行表面装饰前，大多以水泥砂浆抹面为基层。但由于水泥基材料的固有特性（属脆性材料，抗拉强度较低），当受到温度变化、干湿替、冻融循环等环境因素影响时，常会产生裂缝，如果其表面用普通外墙涂料装饰，则会随着基层的裂纹产生和扩展导致涂层也产生开裂。随着时间延长及上述破坏因素的积聚，裂缝会进一步加大、加深，对建筑物产生不利影响甚至危害。例如当受到水分侵蚀时，水分会向裂缝中渗入并进一步向内部渗透。除因干湿交替作用使裂缝进一步扩大之外，还可能引起混凝土内部钢筋锈蚀，甚至影响建筑物的使用功能。再如，当受到大气中二氧化碳等酸性气体以及其它腐蚀性气体侵蚀时，这些腐蚀性气体会对涂层、内部水泥砂浆及混凝土产生腐蚀，使混凝土碳化，也有可能影响到结构内部钢筋。因而，建筑物表面裂缝被认为是建筑物的通病。为此，近年来在进行表面涂料涂装时，采用一种新型功能性涂料——弹性建筑外墙乳胶漆。实践证明：这种功能性涂料除具有所要求的装饰效果外，还能遮盖墙体的毛细裂缝、预防墙体渗漏以及防止混凝土碳化，因此越来越受到用户的青睐，市场占有率不断扩大。
本研究从筛选乳液入手，在PVC 理论指导下，通过对各种牌号的纯丙乳液和弹性乳液的复配，研制出高性能的弹性建筑外墙乳胶漆。
1 实验部分
1.1 实验药品
乳液：BA-201，BA-205，东联化工；AC-261P，2438M，罗门哈斯；NaPoly2100，4700，国民淀粉；颜填料：钛白粉R-902，杜邦公司；煅烧高岭土（1 250 目），重钙粉（800 目），北京利国伟业；助剂：防冻剂丙二醇，多功能助剂AMP-95，润湿剂X-405，陶氏化学；增稠剂TE-936，AT-07，分散剂DP-01，东联化工；成膜助剂TEXANOL 醇酯，伊士曼化工；消泡剂F-111，ALEXF-250，海川化工。
1.2 仪器设备
SFJ-400 型砂磨、分散、搅拌多用机、双槽刮板细度计（0~25 μm）、JTX型建筑涂料耐洗刷仪，上海现代环境工程技术有限公司；QXD 型刮板细度计（0~50 μm），天津市建筑仪器试验机公司；FA2004 型电子分析天平，沈阳龙腾电子仪器有限公司；NDJ-5S 型旋转粘度计，上海天平仪器厂。
1.3 基础配方
基础配方见表1。
1.4 制备工艺
在低速搅拌（800 r/min）的条件下，按配方设计用量加入水、丙二醇、DP-01、X-405、F-111、AMP-95，分散25 min。在高速搅拌（3 000 r/min）的条件下，按配方设计用量加入钛白粉、煅烧高岭土、重钙粉，分散60 min，然后通过锥形磨研磨至细度小于30 μm，出料备用。在低速搅拌（500 r/min）的条件下，将TEXANOL、乳液、消泡剂和增稠剂加入浆料中，搅拌均匀并调整至合适的粘度，即得弹性建筑外墙乳胶漆。
1.5 性能指标
根据中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T 172—2005（弹性建筑涂料）进行性能测试，结果见表2。
2 结果与讨论
2.1 乳液的筛选
作为弹性涂料的成膜物质，应选择既软又韧，弹性模量低，极限强度适中，延伸率高的乳液。本研究选取3 种不同厂家的弹性乳液，在配方相同（PVC30%）的基础上，考察不同乳液对弹性建筑外墙乳胶漆性能的影响，结果见表3。
从表3 中可以看出：3 种弹性乳液制备的乳胶漆在耐水性和耐老化性方面均很优秀，在测试周期内没有区别。但是综合考虑耐沾污性、断裂伸长率、拉伸强度和耐洗刷性的测试结果，2438M 更为出色，虽然这3 种乳液的玻璃化转变温度（Tg）都是-22℃，而且低成膜温度也都在0℃以下，但2438M 是一种采用紫外交联技术聚合而成的乳液，在乳液聚合时，加入紫外交联剂，并使用了特殊的亲水性官能团，使乳液粒子表面存在着有效的亲水官能团，从而使耐水性与湿润性同时并存。亲水性的涂膜表面能够使水的接触角变小，同时提高水的润湿性，使附着在涂膜表面的亲水、亲油性污染物均容易被雨水冲洗掉，从而保持墙面清洁，因而耐沾污性更为优异，因此本研究采用2438M 作为成膜物基料。
2.2 颜料体积浓度（PVC）的影响
乳胶漆主要的固体组分是颜料、填料和基料聚合物，它们是构成干涂膜的关键组分，从某种意义上说，颜料和填料在乳胶漆中起骨架作用，而乳液聚合物起粘结作用。PVC 就反映了这三者在涂膜中的体积关系。PVC 高，说明粘结剂少，颜、填料多；反之，说明粘结剂多，颜、填料少。PVC 可根据配方的具体要求进行调整。表4 为不同PVC 弹性建筑外墙乳胶漆的性能比较。
由表4 可以看出：随着PVC 的增加，弹性建筑外墙乳胶漆的断裂伸长率从735.79% 下降到几乎无断裂伸长率，拉伸强度则逐渐升高，耐沾污性在5.3%~12%之间，对比率逐渐升高，耐洗刷性先升高后降低。随着PVC 的增加，乳液含量逐渐降低，漆膜的断裂伸长率逐渐下降。颜填料的百分含量增加后，拉伸强度逐渐上升，这是因为随着颜填料含量的增加，相当于漆膜中骨架结构成分增加，能有效地提高漆膜的机械物理性能，因此拉伸强度提高。对比率主要和颜料的添加量有关，也和能起辅助遮盖作用的填料有关，随着颜填料体积含量的增加，对比率逐渐提高。耐沾污性在PVC 为25% 时较低，这主要是由于乳液的含量太高，由于乳液本身的玻璃化转变温度（Tg）较低，所以耐沾污性一直都是弹性乳胶漆发展的一个瓶颈。随着颜填料在漆膜中体积含量的增加，漆膜的耐沾污性变好，当PVC 提高到40% 以后，漆膜的耐沾污性好，当PVC 达到55% 时，耐沾污性又降低，引起这个现象的原因是：当PVC 大于CPVC 时，乳胶粒子不能完全包覆住颜填料粒子，因此在漆膜中就会产生空隙，这些空隙导致了耐沾污性的下降。耐洗刷性也呈现先升高后降低的趋势，当PVC 较低时，乳液含量高，漆膜较容易被破坏，当PVC 升高时，起骨架作用的颜填料能保证漆膜不被轻易破坏，但PVC 太高时，成膜后乳胶粒子不能较完整的包覆颜填料，漆膜还是较容易破坏。
表4 数据和相应的标准比较后，可以得出这样的结论：PVC 高于40% 后，乳胶漆的有些性能不能达到标准的要求。因此，弹性建筑外墙乳胶漆的PVC 必须要控制在40% 以内。
2.3 纯丙乳液和弹性乳液复配对性能的影响
由于弹性乳液的耐沾污性和耐洗刷性不好，而且价格较普通纯丙乳液高，因此从改善弹性建筑外墙乳胶漆的性能和成本上考虑，采用冷拼纯丙乳液和弹性乳液的方法，考察漆膜性能的变化。将PVC 控制在30%，采用前面的基础配方，考察纯丙乳液（罗门哈斯AC-261P）和弹性乳液的配比对弹性建筑外墙乳胶漆性能的影响，结果见表5。
通过添加纯丙乳液可以看出：弹性建筑外墙乳胶漆的断裂伸长率呈明显的下降趋势，也印证了前面的说法，在漆膜中提高弹性的主要是弹性乳液的含量。拉伸强度随着纯丙乳液的加入有所提高，因为纯丙乳液的玻璃化转变温度（Tg）为24℃，在测试温度附近，因此纯丙乳液处于玻璃态和高弹态的交界处，高聚物的分子链表现出较差的柔顺性，所以漆膜的拉伸强度提高。根据热塑性聚合物的特性，当Tg 低于使用环境温度时，聚合物才表现出弹性，Tg 较低的聚合物乳液，其粘流化温度（Tf）也相应较低。然而，由于弹性乳液的Tg 较低，所以在较高的使用温度下容易产生软化回粘现象而易于沾灰，耐沾污性较差，纯丙乳液的Tg 较高，通过纯丙乳液和弹性乳液的复配，使漆膜的耐沾污性和耐洗刷性都有了明显的提高。漆膜对比率和颜填料的用量有关，在PVC 相同的条件下，改变纯丙乳液和弹性乳液的配比，对比率几乎保持不变。
从表5 可知：在纯丙乳液∶弹性乳液= 1∶3.5 时，弹性建筑外墙乳胶漆的综合性能好，都能达到GB/T9755—2001 和JG/T 172—2005 的要求。
3 结语
通过对乳液的筛选，从实验测试的结果综合考虑，罗门哈斯采用紫外交联技术聚合的2438M 纯丙弹性乳液性能佳；弹性建筑外墙乳胶漆的PVC 需要控制在30%~40%，此时的综合性能佳，如果PVC大于40%，则断裂伸长率以及耐洗刷性达不到要求。通过纯丙乳液和弹性乳液的复配可使弹性建筑外墙乳胶漆的性价比更高。实验表明：在纯丙乳液∶弹性乳液=1∶3.5 时，弹性建筑外墙乳胶漆的综合性能优，能达到GB/T 9755—2001 和JG/T 172—2005 的要求。
