耐沾污性——硅丙外墙乳胶涂料的研制与应用

0 前 言
随着我国国民经济和房地产业的迅速发展，为满足人们对建筑涂料的日益需求，开发了超耐候性（10 年以上）的建筑涂料，如有机硅、有机氟及其改性的丙烯酸酯类乳胶涂料。有机硅改性丙烯酸酯乳液是将含有活性基团的硅氧烷与丙烯酸酯单体一起参与乳液聚合反应，两者形成接枝嵌段或互穿网络的聚合物乳液。将聚有机硅氧烷和聚丙烯酸酯这两类极性相差很大的聚合物结合在一起，可以得到兼具二者优异性能的新型乳液材料，其具有很强的疏水性、透气性、耐候性、耐沾污性及附着力。本文通过对硅丙乳液、颜填料、助剂等的选择，采用有机硅氧烷改性丙烯酸乳液制备了耐沾污——硅丙乳胶涂料，经理化检测和实际应用表明：硅丙外墙乳胶涂料在装饰性、耐候性、耐沾污性、耐洗刷性等方面比纯丙、苯丙外墙乳胶涂料有明显的提高。

1 实验部分
1.1 原 料
原料有：硅丙乳液、颜填料、润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、防霉杀菌剂、防冻剂、流变剂等。
1.2 涂料配方
经过多次试验及性能检测，确定了硅丙外墙乳胶涂料的生产配方，见表1。

1.3 性能测试
硅丙外墙乳胶涂料及涂层性能，按照GB/T9755－ 2001的规定进行自测，同时又经天津市有关检测部门的检测，其结果见表2。

2 结果与讨论
2.1 乳液的选择
硅丙乳液具有较好的耐候性、耐沾污性、拒水性、保光保色性和耐热性。并且由于聚硅氧烷分子呈旋转结构，分子体积大，内聚力密度小，因而耐沾污性、耐水性好。在实验过程中，对国内外大的乳液供应商生产的纯丙乳液、硅丙乳液进行了主要性能的对比和验证。结果表明采用硅丙乳液作为外墙乳胶涂料的成膜物质，显示出优异的性能。为使研制的硅丙外墙乳胶涂料具有优异的耐沾
污性，对不同公司的纯丙乳液、硅丙乳液进行了平行对比，实验表明，在基本配方和实验条件相同的情况下，使用不同的乳液其耐沾污性有所不同。以各种乳液配制外墙乳胶涂料耐沾污性比较见表3。

2.2 颜填料的选择
通过大量试验，选择了国外某大公司生产的金红石型钛白粉，其具有超耐候性、易湿润、良好的遮盖力和稳定性，综合性能优异。填料在涂料中，不具备着色力，但增加涂膜厚度，提高涂膜的耐磨性和耐久性。根据硅丙外墙乳胶涂料的性能要求，对常用填料碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石等进行了优选。
2.3 助剂的选择
实验中对分散剂、增稠流变剂、成膜助剂等进行了选择。通过大量的试验确定了各种助剂的品种和用量，在满足各项性能要求的前提下，尽量减少了助剂的用量。 2.4 PVC 与CPVC 的确定
外墙乳胶涂料涂膜的沾污性可分为两种类型：附着性污染和吸入性污染。附着性污染是指污染物物理吸附在涂膜表面，这种污染通过擦拭、风吹等机械作用可以得到消除;吸入性污染是指在附着性污染的基础上，污染物进入涂膜的内部，这种污染难以清除。外墙乳胶涂膜同时存在这两种污染。要提高外墙乳胶涂料的耐沾污性，就必须解决这两种污染状况，提高涂膜结构致密性以及改善涂膜的亲水亲油性。因此在设计乳胶涂料配方时要考虑乳胶涂料的颜料体积浓度(PVC)以及临界颜料体积浓度（CPVC）。
据文献报道:随着乳胶涂料体系的PVC 的增大，由于乳液相对含量较少，使得涂膜在高温时的回粘性相对减少，尘埃不容易附着，耐沾污性能较好。但乳胶涂料体系的PVC 不能高于CPVC 太多，否则由于乳液的不足，难以包裹乳胶涂料中所有的颜填料粒子，在涂膜中容易形成空隙，灰尘易嵌入，使得涂膜耐沾污性能降低。因此在提高涂层的结构致密性方面要确定合适的乳胶涂料PVC。
硅丙外墙乳胶涂料中的颜料体积浓度（PVC）对涂层性能具有明显的作用与影响。实验证明，随着硅丙外墙乳胶涂料PVC 的提高，涂层的抗张强度、耐沾污性、耐候性等均有一定程度的降低与劣化。而兼顾涂层性能及涂料生产应用的经济性，实验中硅丙外墙乳胶涂料的PVC 最好为20%～40%。
2.5 提高耐沾污性机理
导致涂膜沾污的因素很多，其中吸水性是其原因之一。因为灰尘溶解在水中或者分散在水中，成为溶液或分散体，通过涂膜的吸水性，进入涂膜的毛细孔，从而造成涂膜永久沾污。滴水线做得不太规范的窗台下的污染就是这种污染的一个明显例子。有机硅改性外墙乳胶涂料涂膜临界表面张力低，吸水性就低，因此通过吸水而带入的灰尘就少，从而提高了涂膜的耐沾污性。另外，涂膜拒水透气，能保持表面干燥，不易长霉菌和藻类。有机硅改性外墙乳胶涂料在某些条件下耐沾污性较好其理论就基于此机理。与此相反，目前还有一种能提高耐沾污性机理的方法。是在乳液聚合物表面适当引进亲水基团，因为亲水基团对于亲油的污染物是不相溶的，所以这些亲油的污染物比较容易被雨水冲洗掉，可提高其耐沾污性。两种提高耐沾污性机理的方法，看来似乎是矛盾的，这可能与污染物的亲水亲油有关。如果污染物是亲水的，降低涂膜的临界表面张力，提高涂膜的憎水性，会更有利于提高其耐沾污性;如果污染物是亲油的，则适度提高涂膜的亲水性，也就是提高涂膜的临界表面张力，会更有利于提高其耐沾污性。

3 涂料应用情况
3.1 施工方法
硅丙外墙乳胶涂料可采用普通外墙乳胶涂料相同的施工方法进行涂装。为确保硅丙外墙乳胶涂料涂装的质量与效果，施工中采用了与之配套的专用水性抗碱封闭底漆和专用弹性腻子。
3.2 应用实例
工程说明：图分别为天津市南开区华苑新城、西青区程华欣苑;工程要求涂膜耐候性好、耐沾污、历久常新。
选用材料：弹性外墙腻子、抗碱封闭底漆、硅丙外墙乳胶涂料。
工程效果：硅丙外墙乳胶涂料遮盖力好、流平性佳、耐洗刷、耐沾污性优异；涂膜手感细腻柔和、拒水耐脏具有荷叶效果。
施工方法：为达到良好的涂装效果，在基材养护、批刮腻子、墙体封闭、面漆涂装上各环节严格操作。
(1)在符合施工要求的基材上满刮一道腻子,打磨后局部找平,厚度1.5mm，打磨除浮尘;
(2)辊涂抗碱封闭底漆一道;
(3)辊涂两道硅丙外墙乳胶涂料，重涂时间为4h。
研制的硅丙外墙乳胶涂料经过大量试验、检测及贮存稳定性的考核，各项性能指标均超过国标优等品的要求，经过一年多的实际应用，涂膜颜色鲜艳、附着力强,耐候性、耐沾污性佳，得到用户的好评。

4 结 语
(1)以硅丙乳液为主体成膜物制造的硅丙外墙乳胶涂料其配方科学、合理，工艺稳定，各项性能指标均超过国家优等品的要求。
(2)研制的硅丙外墙乳胶涂料，具有较高的装饰性、耐候性、耐洗刷性，特别是耐沾污性明显提高。
(3)实际应用结果表明:产品满足设计要求，具有良好的推广应用前景。
 

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