外墙涂料配方及其调整的几个问题

dewing · 发表于 2009-4-3 16:37:50

2 外墙涂料配方设计的基本原则外墙涂料是外用建筑涂料中用量最大的涂料品种。由于直接处于大气环境中，自施工成膜开始，即受到大气和自然界中各种因素的影响，因而对外墙涂料的性能要求是严格的，尤其是耐久性和耐污染性更是首当其冲。外墙涂料的这一性能要求决定了其配方设计的基本原则，这就是在满足对比率（遮盖力）要求的前提下其PVC值小于临界PVC（CPVC）值。在涂料的PVC值高于其CPVC值情况下，涂料基料无法包覆所有的颜料颗粒，而只能使其松散地存在于涂膜中，在颜料颗粒之间存在有孔隙，即涂膜中存在孔隙，从而使涂膜的质量变差。这种情况对于涂膜的耐久性和耐污染性的影响尤为严重。当涂料的PVC值为零时，是只有基料和助剂组成的清漆（透明涂料）。随着其中颜料、填料的数量的不断增大，涂料的PVC值逐渐增大，涂料的某些性能随之降低。因而，要保证涂料满足对比率要求，就要在涂料中使用一定数量的颜料、填料，而为了保证涂料的PVC值不超过CPVC值，则基料的用量必须保持在一定水平。这样，就能够保证涂料具有足够的乳液的用量。当然，涂料的PVC值大于其CPVC值，也能够生产具有一定性能要求的涂料。但是，由于涂料的PVC值超过其CPVC值时，涂料的主要性能会迅速劣化，因而笔者认为使用PVC值高于CPVC值的配方生产外墙涂料在多数情况下是不适当的，对于高耐久性要求的涂料尤其如此。在涂料的PVC值大于其CPVC值的情况下只能够得到性能一般的涂料，很难得到高性能的外墙涂料。使涂料的PVC值大于其CPVC值的方法除了保证基料的用量以外，还要使用高密度的颜料、填料。例如，在保持基料不变的情况下，使用重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土等填料时，由于这几种填料的密度都很低，在相同重量下占据更多的体积，有可能使涂料的PVC值大于其CPVC值；而将这几种填料换成等重量的重晶石粉或者沉淀硫酸钡时，所占据的体积就会小得多，涂料的PVC值就不会超过其CPVC值。当然，使用等重量的钛白粉也会具有同样的结果，但成本提高，而前者不会提高涂料的成本。 3 涂料配方应当包含的内容目前我国建筑涂料的生产工艺基本上是物理混合以及颜料、填料的分散过程，不涉及化学反应。这种情况使得涂料配方对于涂料的生产具有非常重要的意义。直接决定涂料的生产过程和产品的质量。一个能够供实际生产使用的涂料配方，并不是仅仅是原材料名称和用量，而是需要更详细的内容，即除了原材料的实际名称、功能或作用提示、生产厂商、商品型号、技术要求和配比方式（通常使用的配比方式有质量比、重量比、体积比等）、用量等要素外，还应当包含：①配方目标涂料的名称和配方的使用条件；②基本的配方参数，例如涂料配方的PVC值、颜料-基料比，涂料分散介质的pH值范围以及涂料的干密度、湿密度等；③配方的使用说明，例如对于溶剂型涂料，应当给出生产过程中溶剂损耗的补充说明；对于硅溶胶-合成树脂乳液复合涂料，应当给出硅溶胶加料前预分散物料的pH值范围等；对于合成树脂乳液涂料，应当给出某些助剂的加入条件（例如成膜助剂的加入条件、乳液型增稠剂的加入条件等）的说明和④某些特殊说明。这样的配方才是完善的、具有使用价值的。通常书籍和资料中给出的仅包含原材料名称（甚至连确切的原材料名称也没有给出）和较大范围用量的配方一般仅具有参考意义。 4 外墙涂料配方需要调整的几种情况通常情况下，可能鉴于涂料耐久性要求、满足配色需要、对涂料耐沾污性要求的提高和使用场合的变化等而需要对外墙涂料的配方进行调整。 4.1 鉴于涂料耐久性要求鉴于涂料耐久性要求而对涂料配方进行调整的情况十分常见。这里的配方调整，是指同一类涂料（例如合成树脂乳液涂料），因对涂料耐用年限的不同而进行适当调整。从这一意义上来说，可以将外墙涂料分成表1所示的几类而考虑其配方调整的问题。表1 从耐用年限不同考虑配方调整而对外墙涂料的分类分类类别分类类别主要成膜物质主要涂料种类耐久性特征合成树脂乳液类聚丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、有机硅-丙烯酸酯共聚乳液、有机氟改性丙烯酸酯乳液等普通外墙涂料（乳胶漆、有光外墙涂料、弹性外墙涂料等通常因涂料成膜物质的不同，耐久性可产生较大差异。在相同配方条件下耐久性高、低的顺序大致为：有机氟改性丙烯酸酯乳液涂料＞有机硅-丙烯酸酯乳液复合涂料＞苯丙乳液涂料溶剂型外墙涂料聚丙烯酸酯树脂、苯乙烯-丙烯酸酯共聚树脂、有机硅-丙烯酸酯共聚树脂、聚氨酯-丙烯酸酯共聚树脂、氟树脂等半光外墙涂料、金属光泽外墙涂料、有光外墙涂料等通常因涂料种类的不同，耐久性可产生较大差异。在相同配方条件下耐久性高、低的顺序大致为：氟树脂涂料＞聚氨酯-丙烯酸酯复合涂料＞有机硅-丙烯酸酯复合涂料＞聚丙烯酸酯涂料＞苯丙树脂涂料有机-无机复合类硅溶胶-苯丙乳液、硅溶胶-聚丙烯酸酯乳液普通外墙涂料、有光外墙涂料等由于在涂料组成中引入无机成膜物质，涂料的附着力、耐沾污性和耐久性都比类似配方或近似成本的单一有机涂料的有所提高。但硅溶胶不能够和溶剂型树脂复合。 4.1.1 通过改变涂料成膜物质调整配方从表1中可以看出，在涂料配方基本相同的情况下，通过选用不同的成膜物质，能够调整涂料的耐久性。如所熟知，氟树脂涂料是目前耐久性最好的外用涂料，其耐久性已有经过20余年实际使用的工程例证并仍然呈现很好的装饰效果。但成本太高，对施工工艺及技术条件的要求很严格，一般并不是较好的选择方案，用量受到限制。而聚氨酯-丙烯酸酯复合外墙涂料、有机硅-丙烯酸酯复合外墙涂料成本都有较好的性能-价格比，选用优质材料、使用合理的配方，其耐久性能够达到15年以上。而合成树脂乳液类涂料价格最低，性能能够满足普通要求，并具有环保优势，是建设部推荐优先选用的涂料品种。根据对涂料耐久性的不同要求和产品档次，就可以确定涂料成膜物质的选用，达到调整涂料配方、满足性能要求之目的。 4.1.2 通过改变涂料分散介质种类调整涂料配方涂料分散介质有溶剂型和水性两类。水作为分散介质的优势在于低毒或无毒、来源方便而无须运输、储存和低价格等。溶剂型涂料的优势在于涂料的性能优异。通常，在相近配方下同类涂料相比，溶剂型涂料的性能优于水性涂料。其基本原因在于溶剂型涂料中成膜物质以溶液分子状态存在，水性涂料则以乳胶微粒存在；其次是水性涂料中保护胶体和乳化剂发引入；第三是对于热塑性树脂类涂料，涂膜硬度和耐沾污性与施工温度是矛盾，受限制。这都是外墙涂料配方调整时需要考虑的因素。在水性涂料中复合硅溶胶是提高涂料性能，而特别是耐沾污性和耐久性的良好方法。因为硅溶胶一旦成膜就不可再溶解，能够赋予涂膜好的耐水性，且颗粒细微以及与无机基材的粘结性能好等。 4.2 从配色需要调整配方外墙涂料使用纯白色的不多，而通常生产的产品是白色基准涂料。因而，颜色调配是外墙涂料生产与应用中最常见的操作。当涂料的颜色较浅时，直接使用色浆对白色基准涂料进行调色即可。对于颜色较深的涂料，使用白色基础漆调色时色浆的用量可能会很大，而且调不出需要的颜色来，甚至还有可能会导致涂料PVC值的改变，并进而使涂料的性能发生变化。在这种情况下涂料配方调整有两种途径，一是直接生产彩色涂料，二是降低白色基准涂料中钛白粉的用量。直接生产彩色涂料时，应根据确定的各种颜料的用量和密度计算出各种颜料的体积以及体积总和，并与原来颜料体积的总和比较，检验涂料的PVC值是否改变，若PVC值同原配方的不同，应采取适当增加成膜物质的方法，调整至和原配方的PVC值相同。这类方法适宜于涂料量较大时使用。以降低涂料中钛白粉用量的方法生产基础漆则相对简单，只要使用密度相近的填料等量代替钛白粉即可。重晶石粉或者沉淀硫酸钡的密度与钛白粉的相近。 4.3 根据使用场合的不同调整涂料配方涂料的使用场合不同，对某些性能的要求发生变化，而需要对涂料的配方进行调整。例如，同样是合成树脂乳液类涂料，在南方温热潮湿地区使用时，涂膜在使用过程中较易长霉，需要增大防霉剂的用量，同时这类涂膜一直处于较高环境温度下，要求成膜物质的玻璃化温度高；而当这类涂料在北方寒冷或严寒地区使用时，涂膜长霉问题不复存在，但冬季可能处于零下20～40℃的低温环境中，涂膜受冻开裂的问题成为主要矛盾，因而应使用玻璃化温度低些的合成树脂，或者在涂料配方中适当使用增塑剂。 4.4 从提高涂膜的耐沾污性要求调整涂料配方当涂料的PVC值高于其CPVC值时，由于成膜物质不足以包覆涂料中所有的颜料、填料粒子，在涂膜中造成孔隙，灰尘能够嵌入涂膜的孔隙中而对耐沾污性能不利。但另一方面，为了兼顾施工性能，合成树脂乳液涂料中热塑性聚合物的玻璃化温度不高，在夏季的高温季节涂膜更容易变软回粘。因而，涂料的CPVC值也不是越低越好，应处于适当范围。 4.5根据使用条件的变化调整涂料配方目前建筑节能在我国成为法定要求，建设部重点推广的是外墙外保温节能措施。实施外墙外保温的墙面以涂料装饰为主，胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统还要求使用弹性涂料（JG 158―2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》标准规定的平涂用涂膜断裂伸长率≥150%；连续性复层建筑涂料主涂层的断裂伸长率≥100%）。墙面实施外墙外保温后，夏季墙体表面温度的骤变可达50℃之多，表面温度可达80℃之高。这对涂料的耐温变性能提出更高的要求，而夏季保温层表面的持续高温也会加速涂膜的老化速度，更不利于热塑性涂料的耐沾污性。这对于南方高热地区尤其如此。这类墙面对涂膜的耐温性和耐温变性提出了更高的要求。在调整涂料的配方时，应考虑使用玻璃化温度高、耐热性、耐沾污性好的合成树脂（乳液或者溶液），例如具有弹性性能的有机硅－丙烯酸酯树脂。若需要进一步的提高涂料性能，则可以适量提高钛白粉的用量，或者使用玻璃空心微珠，以提高涂膜的反射光、热和紫外线的能力，降低涂膜表面温度。 5 外墙涂料配方调整中新材料的应用现代社会中新材料层出不穷。有些新材料的引入确实能够明显提高涂料性能或者赋予涂料新的功能。涂料配方设计、调整中应注意新材料的应用。例如，使用具有中空结构的聚合物微球既能够提高涂膜的遮盖能力，对配色时颜料的着色力影响不大。而与之相比，使用钛白粉提高涂料遮盖力时对颜料的着色力影响很大；再例如，玻璃空心微珠是近年来新出现的功能填料，在涂料中应用可使涂膜产生很高的反射关、热的能力而制成反射型涂料；又例如，有机氟改性丙烯酸酯树脂也是近年来出现的新型涂料成膜物质，能够使涂料的性能显著提高。在涂料配方中通过引入新型基料，能够提高涂料性能。在调整涂料配方时，使用涂料助剂通常仅能够改善涂料性能或者消除涂料的某些性能缺陷，而不能够使涂料的档次有根本改变；只有改变涂料的基料或者增大基料的用量才能使涂料的性能有根本提高。有鉴于此，在使用新材料时应考虑向涂料中引入新材料的成本，若成本太高则往往会失去意义。例如，建筑涂料行业曾有一度引入疏水界面剂制造耐沾污性能好的“荷叶型”涂料。但是，因为这类疏水界面剂的成本过高，用量也大，当使涂料具有实际意义的耐沾污性能时，所需要的成本甚至超过将丙烯酸酯类基料调换成同样量的，耐沾污性能既好、又使涂料具有更好综合性能的有机硅-丙烯酸酯树脂。这样，这类助剂的使用就没有技术-经济综合优势，因而不能够在涂料中得到广泛应用。在涂料配方调整时成功使用助剂的例子则是在弹性涂料生产过程中，由于乳液的用量很高，鉴于调色要求润湿剂的用量很大，使涂料生产和施工中都会产生大量泡沫；而增稠剂的使用和涂料的高黏度又使得泡沫难于消除，这影响涂膜的装饰效果和力学性能。在这种情况下，使用高性能的消泡剂（例如硅酮类或硅酮复合类），虽然涂料的成本有所提高，但消除了涂料性能缺陷的实际问题，是很有实际使用价值的。