外墻真石漆的乳液選用及性能檢測方法

■ 盧舒舒 吳能森 謝偉樹

【摘 要】 從配方和材料的角度對真石漆用主流乳液選型進行技術(shù)分析探討，并系統(tǒng)闡述真石漆綜合性能的檢測項目、檢測意義、檢測方法及技術(shù)要求。

【關(guān)鍵詞】聚合物乳液；類型選配；性能分析；檢測方法；技術(shù)要求

盧舒舒，福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院碩士研究生；吳能森，福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院；謝偉樹，福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院。

0　引言

近年來，我國中高檔建筑的外墻裝飾已逐漸淘汰了傳統(tǒng)的黏貼瓷磚和干掛石材，而真石漆產(chǎn)品以其優(yōu)越的性價比在眾多外墻涂料產(chǎn)品中脫穎而出，深受國內(nèi)各大房地產(chǎn)開發(fā)商和地方政府的青睞。真石漆是一種由聚合物乳液為基料，加入少量成膜助劑作為黏結(jié)材料，以不同顏色及目數(shù)級配的天然彩砂為骨料，定量加入一系列助劑、去離子水，經(jīng)物理性均勻共混制備而成的聚合物乳液砂壁狀厚漿型涂料體系。作為一種良好的水性涂料，它具有安全無毒、質(zhì)感豐富、黏結(jié)力強、抗沖擊、圍護能力突出、防水耐腐、耐久耐候、施工便捷等優(yōu)點。此外，它還具有逼真仿石的特點，裝飾效果酷似大理石、花崗巖，凸顯厚重風(fēng)格及仿石風(fēng)尚，是一種高品質(zhì)、高性能的建筑涂料。

聚合物乳液作為真石漆最重要的原料，其應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r影響著真石漆的技術(shù)性能和未來的發(fā)展前景。已有人針對真石漆用乳液的選型和摻量做過不少的嘗試和試驗研究：①朱文利[1]通過實驗對涂抹真石漆配方進行了研究，并探討了真石漆組成、加量等對涂料性能的影響，結(jié)果表明一般乳液的?；瘻囟仍?0～35℃適宜，助劑量選擇乳液量的3%～5%適當(dāng)，骨料采用粗細顆粒搭配使用；②查玲[2]指出，不同的乳液類型與摻量、骨料種類與摻量對真石漆成膜情況、耐水耐堿性及拉伸黏結(jié)強度有較大影響，并通過試驗論證硅丙乳液各方面性能均較優(yōu)。這些研究大大促進了真石漆性能的改善，為真石漆系列產(chǎn)品的開發(fā)做了有益的探索。然而，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)各聚合物乳液生產(chǎn)廠對真石漆用乳液的系列、型號雖有推薦和指導(dǎo)，但至今尚無統(tǒng)一的真石漆用聚合物乳液行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。此外，對真石漆產(chǎn)品性能的測試和評定多依賴廠商的推薦或技術(shù)人員的經(jīng)驗來進行，缺乏系統(tǒng)的檢測方法。這些問題均在一定程度上阻礙了真石漆產(chǎn)品的進一步推廣。因此，我們有必要為真石漆用乳液的選型提供合理的規(guī)范，并基于當(dāng)前真石漆的技術(shù)體系狀況，進行功能性擴展嘗試，在產(chǎn)品技術(shù)上逐項予以改進與完善；同時，還應(yīng)根據(jù)真石漆產(chǎn)品的實效應(yīng)用狀況，為其性能檢測建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1　真石漆乳液類型選配及技術(shù)分析

1.1　真石漆用乳液主流類型

當(dāng)前，真石漆用乳液主流類型有3種，即苯丙乳液、純丙乳液和硅丙乳液。盡管上述3種乳液制備出的真石漆在投入市場后都不乏使用者，但其相應(yīng)產(chǎn)品的性能均或多或少存在不足。這些不足之處有些是因乳液的選擇、添加的用量和配方設(shè)計不當(dāng)所致，有些則由生產(chǎn)、施工方法不合理引起。未來真石漆涂料的發(fā)展重點在于技術(shù)升級，只有攻克這些不足，才能使真石漆的性能有所突破，成為外墻涂料的主流產(chǎn)品。

1.2　配方選用技術(shù)原理分析

基于真石漆配方選用技術(shù)體系原理，對真石漆制備選用乳液進行分析。

（1）真石漆顏料為完全性天然彩砂，不具有實效遮蓋性，其乳液涂膜光澤度具有直接顯現(xiàn)性，對形成的真石漆膜有一定的影響。這就要求真石漆膜必須無色透明，不易發(fā)黃和粉化。尤其是白色或淺色系真石漆應(yīng)選擇耐黃變或不具黃變基團的乳液種類，如純丙乳液、硅丙乳液。

（2）真石漆要求所選配的乳液必須同時具有耐水強度高、耐水不白化、耐鹽析穩(wěn)定等性能。通過耐水耐堿性測試，得到性能最優(yōu)者為硅丙乳液，其次是純丙乳液，相比之下，苯丙乳液較差。原因在于硅丙乳液中有機硅氧烷的Si—O—Si鍵具有疏水性，隨著有機硅用量的增加，大大降低了乳液的吸水率，其耐水白性能得到了顯著提高；但當(dāng)用量過多時，會導(dǎo)致涂膜透明性和光澤度變差[3]。苯丙乳液中，苯乙烯單體較純丙乳液中甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸丁酯(MBA)單體水中溶解度大，故耐水白性較差。

（3）依據(jù)真石漆乳液種類、彩砂種類以及顆粒級配的不同狀況，乳液必須具有良好的包覆包裹能力，才可有效包覆黏結(jié)全部彩砂顆粒，確保其基黏力和涂膜防水致密度[4]。試驗數(shù)據(jù)表明：基料骨料比值不變的情況下，苯丙和硅丙乳液制備的真石漆拉伸黏結(jié)強度優(yōu)于純丙乳液。

（4）基于當(dāng)前行業(yè)聚合物乳液技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)品狀況而言，僅通過以上3種主流類型乳液無法滿足實際使用需求?？萍脊ぷ髡咧铝τ谕ㄟ^聚合物共混方法來改善真石漆用乳液性能，方法簡便，亦可改善真石漆自身性能。真石漆成膜物質(zhì)多為?；瘻囟燃俺赡囟认鄬^高的丙烯酸及改性丙烯酸聚合物乳液，且厚涂操作過程致使涂層呈現(xiàn)厚質(zhì)厚膜狀態(tài)，成膜干燥時間較長，受溫濕度影響較大；在低溫及臨界溫度狀態(tài)下施工，會導(dǎo)致成膜易出現(xiàn)光澤不均、霧影白化等缺陷。針對這些問題，李百奎等[5]闡述了真石漆技術(shù)體系的可進步功能性擴展方向，他通過試驗證實，可選擇?；瘻囟仍?～10℃、具有交聯(lián)特性以及殼核式結(jié)構(gòu)的彈性純丙聚合物乳液為主導(dǎo)成膜物，也可采取低?；瘻囟鹊膹椥跃酆衔锶橐号c高玻化溫度真石漆乳液的互拼方式實現(xiàn)。筆者在真石漆改性試驗中便采用了互拼方式，其中的高?；瘻囟日媸崛橐河筛Ｖ蔹c石建材有限公司提供，為天然噴石漆原料中的乳液，其玻化溫度達30℃；低玻化溫度彈性聚合物乳液為比利時某精細化工生產(chǎn)的一種新型聚合物乳液，學(xué)名為氯乙烯-乙烯-乙烯酯共聚乳液（PTB乳液），?；瘻囟葍H為7℃。工程實踐表明，其可顯著提高涂料的防水性和黏結(jié)性。經(jīng)試驗配制成的改性真石漆，其黏結(jié)強度、防水耐堿性較普通真石漆有了顯著提升。

（5）真石漆通常由一種或多種聚合物乳液為基料，在欲通過物理共混方法制備新型改性真石漆用乳液之前，必須對共混聚合物做體系穩(wěn)定性測試及相容性擴展試驗。經(jīng)技術(shù)試驗和生產(chǎn)實踐證實：將前述3類主流乳液共混均可獲得穩(wěn)定的真石漆產(chǎn)品體系。

2　真石漆技術(shù)要求及基本性能檢測方法

2.1　基于真石漆干燥時間、初期干燥抗裂性試驗

2.1.1　檢測方法

將試件每間隔1h，在距膜邊緣不小于1cm的范圍內(nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)《漆膜，膩子膜干燥時間測定法》（GB/T1728—79）中乙法（指觸法）進行測試干燥時間；用能夠獲得3m/s以上風(fēng)速的風(fēng)機送風(fēng)，使得試件與氣流方向平行，放置在選定位置，6h后取出觀察。

2.1.2　技術(shù)要求

（1）對于干燥時間測試，在規(guī)定的干燥條件下，涂料從黏稠狀全部形成固體涂膜，所需的時間應(yīng)符合干燥時間標(biāo)準(zhǔn)。以手指輕觸漆膜表面，如感到有些發(fā)黏，但無漆黏在手指上，即認(rèn)為表面干燥。

（2）對于初期干燥抗裂性試驗測試，試件通過肉眼觀察，若兩塊試板表面無裂紋，即符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2　基于真石漆耐水性試驗

由于真石漆一般用于外墻裝飾，長期受雨水的沖刷和浸泡，這導(dǎo)致真石漆膜易發(fā)軟白化，顏色變淺。造成這種不良反應(yīng)的原因主要有兩個，一是真石漆涂裝施工后涂層較厚，水分進入涂層揮發(fā)較慢，水分易殘留在涂層內(nèi)，出現(xiàn)發(fā)白[6]；二是水分透過涂層進入漆膜內(nèi)部并滯留在孔隙內(nèi)，擴散后會被漆膜吸收，成為涂層永久性污染。所以真石漆的涂層裝飾性，首先要求真石漆膜的耐水性良好。

2.2.1　檢驗方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《漆膜耐水性測定法》（GB/T1733—93）中的甲法——浸水試驗法，整個試驗將水溫控制在(23±2)℃中進行，將3塊試板放入其中，并使每塊試板長度的2/3浸泡于水中。浸泡96h后，取出試板，用濾紙吸干，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中放置3h后，觀察涂層表面狀態(tài)。

2.2.2　技術(shù)要求

所測試的3塊真石漆試板中應(yīng)至少有2塊試板無失光、變色、起泡、起皺、開裂、剝落等現(xiàn)象，與未浸泡部分相比，允許顏色輕微變化。

2.3　基于真石漆耐堿性試驗

真石漆用天然彩砂因其成分和純度不同，致使彩砂遇酸容易發(fā)生反應(yīng)，這就決定了漆膜的耐酸堿性及耐鹽霧腐蝕性受材料和環(huán)境的影響很大，所以基于實效配方制備的真石漆均要求進行耐堿性試驗。

2.3.1　檢測方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《建筑涂料涂層耐堿性的測定》（GB/T9265—2009）的方法，首先在三級水中加入過量的Ca(OH)2配制堿溶液并進行充分?jǐn)嚢瑁芊夥胖?4h后，取出上層清液配置出的試驗用堿溶液，并放于玻璃容器中，將試板長度的2/3浸泡于試驗溶液中，加蓋密封96h后，取出試板用水沖洗干凈，甩去水珠，再用濾紙吸干，立即觀察涂層表面狀態(tài)。

2.3.2　技術(shù)要求

所測試的3塊真石漆試板中應(yīng)至少有兩塊試板無失光、變色、起泡、起皺、開裂、剝落、粉化等現(xiàn)象，與未浸泡部分相比，允許顏色輕微變化。

2.4　基于真石漆耐沖擊性試驗

2.4.1　檢測方法

將試件在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中養(yǎng)護14d后取出，緊貼于厚度為20mm的標(biāo)準(zhǔn)砂上面，在試板上選擇各相距50mm的3個位置，然后將直徑(50±2)mm，重量(530±10)g的球形砝碼從高度300mm處自由落下至指定位置，立即觀察試件表面狀態(tài)。

2.4.2　技術(shù)要求

用肉眼觀察試板表面，應(yīng)無裂紋、剝落及明顯變形。

2.5　真石漆黏結(jié)強度試驗

真石漆的自重大決定了真石漆需要較強的黏結(jié)強度來提高附著力，以避免涂層發(fā)生剝落現(xiàn)象。真石漆的黏結(jié)強度主要取決于聚合物乳液，不同的聚合物乳液類型、摻量會直接影響到真石漆的黏結(jié)強度。經(jīng)研究試驗[7]：乳液選擇不當(dāng)是造成涂層發(fā)軟的主要原因；另外，乳液用量不足也會影響涂層效果。作為真石漆產(chǎn)品的基料，當(dāng)乳液加入量不足時，制成的產(chǎn)品黏結(jié)強度將達不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。真石漆專用乳液的黏結(jié)強度通常大于3MPa，真石漆產(chǎn)品的黏結(jié)強度與乳液用量呈正相關(guān)，因此，適當(dāng)增加乳液用量可以有效提高真石漆產(chǎn)品的黏結(jié)強度。但乳液用量也不是越多越好，一是考慮成本過高；二是會影響彩砂的含量，易產(chǎn)生浮色發(fā)花現(xiàn)象。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料》（JG/T 24—2000），對真石漆黏結(jié)強度的明確要求予以驗證。

2.5.1　檢測方法

（1）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，將硬聚氯乙烯或金屬型框置于砂漿塊上，將主涂料填滿型框，用刮刀平整表面，立即除去型框，即為試板，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中養(yǎng)護14d。此試驗5個試板為1組。在養(yǎng)護期第10天將試板置于水平狀態(tài)，用雙組份環(huán)氧樹脂或其他高強度黏結(jié)劑均勻涂布于試樣表面，并在其上面鋼質(zhì)上放夾具，加約1kg砝碼；除去周圍溢出的黏結(jié)劑，放置72h，除去砝碼；養(yǎng)護14d后，在拉力試驗機上，按國家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)層建筑涂料》（GB/T9779—2005）的方法，沿試件表面垂直方向以5mm/min的拉伸速度測定最大抗拉強度，即黏結(jié)強度。

（2）浸水狀態(tài)下，同法做5個試板，養(yǎng)護14d。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T17671—1999），將試件水平置于水槽底部標(biāo)準(zhǔn)砂上面，然后注水到水面距離砂漿塊表面約5mm處，靜置10d后取出，試件側(cè)面朝下，在（50±2）℃的恒溫箱內(nèi)干燥24h，再置于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中24h，然后同上測定浸水后的黏結(jié)強度。

2.5.2　技術(shù)要求

要求所測試真石漆黏結(jié)強度可符合標(biāo)準(zhǔn)要求。出現(xiàn)異常不符時應(yīng)進行二次驗證，確認(rèn)后可調(diào)整配方提升聚合物乳液用量。

2.6　基于真石漆耐沾污性試驗

涂層的耐沾污性對涂層裝飾性的影響至關(guān)重要，是衡量建筑外墻涂料質(zhì)量的一個非常重要的指標(biāo)。長期以來，研究人員都致力于通過改善涂料的一些性能來改善涂料的耐沾污性。郭文錄等[8]通過制備納米TiO2對水性氟碳涂料進行改性的方法研究，認(rèn)為當(dāng)涂料中乳液的比例在適當(dāng)范圍時，隨著乳液含量的增加，涂層的耐沾污能力逐漸增強。但當(dāng)乳液含量過高時，涂層表面硬度太高會出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，導(dǎo)致污染源進入裂縫成為涂層永久性污染，從而降低涂層的耐沾污性能。真石漆的耐沾污性能與涂膜硬度、乳液種類及用量、表面親水/親油特性、涂層的平整度等自身性質(zhì)密切相關(guān)。一般來說，涂膜硬度好，耐沾污性能就好。在外墻涂料乳液的選擇上，采用相對較高的?；瘻囟群统赡囟?20～35℃)的乳液，可以使涂膜硬度大大提高，從而有效提高真石漆的耐沾污性。此外，在乳液中也可以引入疏水性單體，降低涂層表面張力，使水分和粉塵不易黏附，起到自清潔作用。所謂的“荷葉”效應(yīng)，也正是這個道理。從乳液含量角度看，當(dāng)乳液摻量不足時，基料不能將顏料粒子間的空隙完全充滿，導(dǎo)致干燥后的涂料涂層產(chǎn)生微小空隙，從而影響耐沾污性能。

2.6.1　檢測方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《建筑涂料涂層耐沾污性試驗方法》（GB/T9780—2013），采用建筑涂料涂層耐沾污性試驗用灰標(biāo)準(zhǔn)樣品（GSB 08—2992—2013）作為污染源，配制污染源懸浮液。

（1）取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)養(yǎng)護后的涂層試板，在上、中、下三個位置測試涂層試板的初始反射系數(shù)，取其平均值，記為A。用軟毛刷將污染源懸浮液按先橫向、后豎向的順序均勻涂刷試板的表面，污染源懸浮液涂刷量為每塊試件(0.7±0.1)g。

（2）涂刷好的試板按B法（烘箱快速法）進行試驗：將試板放入（60±2）℃烘箱中30min，取出在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下放置2h后，置于沖洗裝置的試板架上，將已注滿15L水的沖洗裝置閥門打開至最大，沖洗涂層試板。沖洗時應(yīng)不斷移動涂層試板，使水流均勻沖洗各部位，沖洗1min后關(guān)閉閥門，將涂層試板在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下放置24h，作為一個循環(huán)。

（3）按以上方法繼續(xù)進行試驗至二次循環(huán)后，在涂層試板的上、中、下三個位置測試涂層試板的初始反射系數(shù)，取其平均值，記為B。按照外墻涂料涂層耐沾污性計算外墻涂料涂層的反射系數(shù)下降率。

2.6.2　技術(shù)要求

通過計算，采用0～4級共5個等級評定試驗結(jié)果，分別與基本灰卡的5個等級（5、4、3、2、1）相對應(yīng)（表1）。取兩塊試驗后的涂層試板，分別與一塊未經(jīng)試驗的涂層試板按標(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆 色漆的目視比色》（GB/ T 9761—2008）8.2(b)項常規(guī)法比色箱與基本灰卡的色差進行比色評定等級。評定等級應(yīng)≤2級。

表1　評定等級

耐沾污性等級/級　污染程度　觀感色差　灰卡等級/級0無污染　無可察覺的色差　5 1很輕微　有剛可察覺的色差　4 2輕微　有較明顯的色差　3 3中等　有很明顯的色差　2 4嚴(yán)重　有嚴(yán)重的色差　1

3　結(jié)語

真石漆正處于一個迅速發(fā)展時期，然而其耐水白性、耐沾污性等問題又是限制發(fā)展的一大因素。本文從真石漆用乳液的選型入手，在技術(shù)原理方面闡釋了不同類型的乳液對真石漆綜合性能的影響，并探討了真石漆基本性能檢測的實際意義、方法和技術(shù)要求，為真石漆產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和檢驗提供了依據(jù)，但愿能給同行提供參考。

參考文獻：

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Selection of Emulsion for Outer Wall Real Stone Paint and Method for Performance Test

Lu Shushu Wu Nengsen Xie Weishu

【Abstract】This paper carries out technical analysis and discussion to mainstream emulsions for real stone paint from aspects of formulation and material and systematically elaborates test items, signifi cance of test, test methods and technical requirements of comprehensive performance of stone paint.

【Keywords】 polymer emulsion, type selection, performance analysis, test method, technical requirement

收稿日期：（2015-12-03）

基金項目：福建農(nóng)林大學(xué)區(qū)域交通一體化技術(shù)項目，編號Pytd12006。