淺談外墻涂料的耐久性與施工關系

    l 引言

    1 ． 1 建筑涂料的優勢

    建筑涂料作為新型建材產品中的主要門類之一，已開始進入主流產品行列。它有獨特的優勢：首先，從裝飾功能來看，建筑涂料能夠創造出色彩絢麗、多姿多彩的裝飾效果。{TodayHot}既可莊重高雅，又可鮮艷活潑，符合當今人們個性化的追求。其次，它容易更新。涂裝涂料的建筑物需要重新裝飾其外觀時，可以很方便地重涂一遍，而且成本低廉，滿足建筑外裝飾長新的理念。再次，從施工性來考慮，建筑涂料本身質輕，它能方便、快捷地涂覆在建筑物上，施工效率高，無安全隱患。

    1 ． 2 外墻涂料的發展空間

    據資料統計，在歐美等工業發達國家，建筑物外墻采用高性能涂料涂飾的已占 90 ％ ；而我國外墻采用涂料涂飾的還遠低于這一水平，大部分使用硬面材料 ( 面磚、花崗巖、瓷磚、幕墻和不銹鋼面板 )。這些硬質飾面材料不僅造價高，而且還存在破損墜落的安全隱患，被喻為“城市定時炸彈”。新加坡、馬來西亞等國家已經立法規定：高層建筑不允許使用瓷磚裝飾。目前我國一些省市已出臺或正在制定外墻限用幕墻、瓷磚的法規。{HotTag}這些無疑都為外墻涂料的發展提供了廣闊的空 間。“十五”期間，全國城鄉住宅累計竣工面積達 57 億 m 2( 平均每年 1 1 ． 4 億 m 2) ，也為發展外墻涂料提供了巨大的市場 。

    雖然外墻涂料有其獨特的優勢和巨大的發展空 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。也即要求涂料的飾面裝飾效果不隨時間的流逝而很快下降，而且能夠抵御外界各種污染源的沾污。因此發展高耐候保色性和高抗沾污能力的外 墻涂料成為外墻涂料發展的一個重要方向。

    2 外墻涂料耐久性

    2 ． 1 耐候保色性

    裝飾功能是外墻涂料的重要功能之一。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。對高性能外墻涂料的耐候保色要求一般是 8 ～ 10 a 以上，相當于國家標準中人工加速老化 1 000 h 以上，其變色不大于 2 級。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。

   (1) 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，受到紫外線照射，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。所以在配制高性能外墻涂料時應注意基料的優選，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，其人工加速老化均超過 1 500 h ，有的甚至達到 3 000 h ，完全能夠滿足高性能外墻涂料對基料耐 候性的要求。當然乳液的耐候性不僅跟品種有關，而 且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。此外，還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。

   (2) 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 2 種主要組分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 ，顏料粒子分散在基料聚合物連續相中，形成“海—島”結構；但如果 PVC 超過臨界 PVC 時，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 PVC 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，即提 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。

    2 ． 2 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狀況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，裝飾效果短暫。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：①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 物質要揮發，這樣一來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其中，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“致命”的影響。

    因此，提高涂膜的致密度、堅硬性是解決沾污性問題的 一 個重要途徑。筆者曾研制過的一種硅溶膠一丙烯酸 酯乳液有機一無機復合涂料，經抗沾污測定，其反射率下降僅在 5 ％左右，主要是由于硅溶膠膠體顆粒比較 細微，粒徑一般在 5 ～ 40 nm ，成膜之后的結構非常致密堅硬，間隙極小，塵埃粒子不易侵入其間。在涂料中添加納米級 SiO 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 ( 如 Si — O) 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，一般硬度高的涂膜耐沾污性好，這就需要所用 乳液的玻璃化轉變溫度 ( Tg ) 高，但這同時對涂膜施工性不利。乳液的最低成膜溫度 (MFr) 隨 的提高相應提高，在常溫下涂料不能有效地成膜；如果要滿足施工 性要求，使 MFT 較低， Tg 相應變低導致涂膜變軟，耐 沾污性差。當外界溫度升高時，這種涂層容易返黏，極易黏附塵埃微粒。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。

    3 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工程質量進行嚴格地控制 。

    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 d 以上，水泥砂漿抹灰應在 14 d 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。

    4 涂料耐久性的評價

    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。

    5 結語

    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 2 種乳液成為近期研究和應用的熱點。

   (2) 在涂料中引入納米材料。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公司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，外墻涂料涂膜一定能夠經受實際使用環境的長期考驗而不破壞，達到優異的耐久性。