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抗碱封闭底漆对外墙涂料耐候性的影响因素

发表时间:2011/8/30 浏览次数:6168 文章来源:〖返回列表
 
  摘要:探讨抗碱封闭底漆对外墙涂料耐候性的影响因素,重点讨论基料的选择对性能的影响;阴离子、阳离子乳液型底漆;有机、无机复合乳液底漆及颜填料的添加对底漆性能的影响。

    关键词:底漆;外墙涂料;抗碱封闭底漆;耐候性;保色性

    1引言

    建筑外墙涂料由于安全环保、色彩鲜艳、价格低廉、施工简便且节能降耗,逐渐成为外墙装饰的主流方向。建筑涂料的施工基层往往是砂浆混凝土,其中的石灰、水泥具有很强的碱性,随着基层水分的挥发,水泥内的碱分及可溶性盐会以水溶液的形式从水泥毛细孔中透过涂层而渗出,氢氧化钙被带到表面,逐渐与空气中的二氧化碳反应生成难溶的中性碳酸物。这种白色的物质极难完全除去,容易引起涂层变色发花、褪色、剥落等问题,严重地影响了涂膜的装饰性和保色性。因外墙涂料需要具有较高的耐候性才能适应当前建筑技术发展的需求,而涂料的耐候性又是涂料各项性能的集中表现,除涂料的面漆基料及涂装技术外,配套底漆是影响外墙涂料涂装效果的关键因素。

    2试验部分

    2.1基本配方及性能测试

    基本配方见表1,产品的性能测试结果见表2。

    表1原材料及基本配方

表1原材料及基本配方

表1原材料及基本配方

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    表2产品性能的测试结果

表2产品性能的测试结果

表2产品性能的测试结果

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    2.2主要试验方法

    2.2.1试验基材

    ⑴纤维增强水泥中密度平板

    抗泛碱和抗盐析性试验用板,密度1200kg/m3,厚度为(6.0±0.5)mm,表面处理符合JG/T23—2001中4.2的规定。

    ⑵石棉水泥板

    除抗碱性和抗盐析性外,其余项目检验用板,规格符合JC/T412—1991(1996)表2中1类板(加压板厚度为4~6mm)的技术要求,其表面处理应该符合JG/T23—2001中4.2的规定。

    2.2.2试板要求

    试板尺寸、数量、养护期及底漆涂布量(刷涂)按表3规定执行。

    表3制板要求

表3制板要求

表3制板要求

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    2.2.3耐水性

    按GB/T1733—1993甲法的规定进行,试板投试前封边、封背。将3块试板浸入GB/T6682规定的三级水中,如果3块板中有2块未出现起泡、掉粉等涂膜病态,可评定为无异常。如果出现以上病态,按GB/T1766进行描述。

    2.2.4耐碱性

    按GB/T9265的规定进行,如果3块试板中有2块未出现起泡、掉粉等涂膜病态,则可评定为无异常,如果出现以上病态,按GB/T1766进行描述。

    2.2.5附着力

    按GB/T9286的规定进行,划格间距为2mm,应施加胶粘带。

    2.2.6抗泛碱性

    ⑴PVA-铁蓝水溶液的配制

    ●2%PVA(粉状聚乙烯醇1788)水溶液的配制:按计算量将水加入容器中,在高速搅拌下缓慢加入粉状聚乙烯醇(1788),加完后,继续高速搅拌,待溶液中无团块状物即可出料,用198μm滤网过滤后,在本标准规定的环境下静置备用,贮存期不超过1个月。

    ●2%PVA-铁蓝水溶液的配制:按计算量将以上配制的2%PVA水溶液加入容器中,边搅拌边加入符合HG/T3001—1999要求的LA09-03铁蓝颜料,2%PVA水溶液与铁蓝颜料的质量比为4∶1,高速搅拌15min至均匀,出料后于本标准规定的环境下静置备用,贮存期不超过1个月。

  ⑵试板的制备

    按照本标准的要求制备试板,6d后采用石蜡封边(2道),并在底漆表面刷涂配制好的2%PVA-铁蓝水溶液,刷涂量为0.3~0.5g,见图1。

图1试验前样板

图1试验前样板

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    图1试验前样板

    ⑶试验溶液

    2%NaOH水溶液,每次试验前现配现用。

    ⑷试验容器

    试验在不加盖的平底箱(塑料或其它耐碱性材质)中进行,箱的尺寸为(600±50)mm×(400±50)mm×(250±50)mm,箱内底部放置多孔隔板,多孔隔板垫起高度为10~15mm。

    ⑸试验步骤

    ①将试验溶液加入试验容器中,试验溶液应高于垫起的多孔隔板;②把标准试板小心放入容器中,刷涂有铁蓝的底漆面向上,试验溶液浸没试板的高度应大于试板厚度的1/2,确保在试验周期内试板底面均被试验溶液充分浸润,用新闻纸将箱口覆盖并用胶带将周围密封好;③每个样品制备3块试板,按规定的试验时间进行,试验结束后取出试板,应立放通风处并完全干燥,在规定的标准环境中放置24h后观察结果。

    ⑹结果判定

    判定时观察试板中间区域,观察面积为110mm×50mm(以试板的长边向内各减10mm,短边向内各减20mm的面积为准),视铁蓝变色(由蓝色变为棕黄色)面积的百分比,3块板中有2块板的变色面积均不大于10%判定为合格,见图2。

图2抗泛碱性试验后样板

图2抗泛碱性试验后样板

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    图2抗泛碱性试验后样板

    2.2.7抗盐析性

    ⑴试验溶液

    试验溶液配比(质量比)为:Na2SO4∶NaCl∶水=5∶10∶85,每次试验前现配现用。

    ⑵结果判定

    判定时观察试板中间区域(同抗泛碱性),视铁蓝表面析出的白色结晶或者泛白色的百分比,3块板中有2块试板表面析出的白色结晶或泛白面积均不大于10%判定为无异常,见图3。

图3抗盐析性试验后样板

图3抗盐析性试验后样板

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    图3抗盐析性试验后样板

    3结果与讨论

    3.1对封闭底漆的性能要求

    封闭底漆也是一种涂料,由基料、颜料、填料、分散介质和助剂等组成。对于封闭底漆用的基料来说,可以是溶剂型树脂也可以是水性乳液。封闭低漆一般用于外墙涂装,是新旧墙面涂装的第一道涂料,具有封闭和阻隔、加固和稳定、黏结和过渡的功能。

    3.1.1封闭和阻隔功能

    外墙基层使用的材料一般为水泥、石灰、砂、石膏及添加剂等材料,这类材料含有很多可溶性碱、盐,涂料涂装后这些材料可能渗透到漆膜中对漆膜起破坏作用,或留在漆膜表面使漆膜表面“泛碱”、“起霜”。封闭底漆所具有的封闭和阻隔功能能避免或减少这类情况的出现。有时候外墙涂料在配色时使用耐碱性差、色彩鲜艳的有机颜料,封闭底漆能够防止基层中碱分、盐分的渗出造成漆膜褪色。另外封闭底漆还具有适当的透气性,能够使墙体中的水分释放而不会引起漆膜的开裂、起泡等问题。

    3.1.2加固和稳定功能

    封闭底漆应该能加固粉化、酥松和脆化的基层,起到表面处理和稳定的作用。外墙基层一般比较粗糙,封闭底漆渗透到基层的空隙中,增加基层的强度和与后道涂料的附着力。

    3.1.3黏结和过渡功能

    封闭底漆渗透到基层中,相当于基层与表面涂膜的“过渡层”,对基层和后道底漆有很好的黏结力。

    3.2封闭底漆的材料组成及其对性能的影响

    3.2.1溶剂型树脂与水性乳液基料的选择对底漆性能的影响

    底漆应选用粒径小、成膜温度低、稳定性好、耐水解性好、耐碱性强、渗透性强、附着力好、封闭性佳的基料,从而使生产的底漆具有更好的稳定性、渗透性、成膜性和附着力。这些基料既可以是溶剂型树脂也可以是水性乳液。溶剂型树脂是高分子真溶液,即在溶剂中能自发形成单相均匀的分子分散体系,在热力学上是稳定的体系。高分子溶液不是单液胶体而是真溶液,它是分子分散体系而非胶粒分散体系。目前水性基料主要是合成树脂乳液(阴离子型或阳离子型),乳液是憎性胶体,它是憎液胶粒通过第三组分(乳化剂)分散在连续相中的,在热力学上是不稳定体系。溶剂型树脂的分子和溶剂有亲和力(自动溶解成溶液),黏度高。乳液中的分散相与连续相(水)无亲和力,需要第三组分(乳化剂)。表4是溶剂型和水性封闭底漆的性能比较。

    表4溶剂型和水性封闭底漆的性能比较

表4溶剂型和水性封闭底漆的性能比较

表4溶剂型和水性封闭底漆的性能比较

3.2.2阴离子乳液型与阳离子乳液型底漆性能探讨

    阳离子底漆可以是清漆,也可以是白色底漆。粒径小、表面张力低的阳离子乳液对水泥质基层的渗透性非常好。同时,相对于表面为负电荷的水泥、石灰质基层,带正电荷的阳离子型乳液与基层具有更好的亲和力,另外,阳离子表面活性剂对固体表面,尤其是硅酸盐类的固体表面具有很强的附着力。阴阳离子乳液的性能特征见表5。

    表5两类乳液的性能特征比较

表5两类乳液的性能特征比较

表5两类乳液的性能特征比较

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    3.3阳离子型丙烯酸酯乳液的性能

    阳离子型丙烯酸酯乳液的性能见表6,表中同时列出了溶剂型环氧树脂和阴离子型丙烯酸乳液的相应性能。

    表6阳离子型丙烯酸酯乳液和其它基料的涂膜性能比较

表6阳离子型丙烯酸酯乳液和其它基料的涂膜性能比较

表6阳离子型丙烯酸酯乳液和其它基料的涂膜性能比较

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    注:将试板分为25格,经试验后23格以上完好为◎;20~22格完好为○。

    3.4阳离子型丙烯酸酯乳液外墙封闭底漆

    阳离子型丙烯酸酯乳液作为封闭底漆用于墙面,因其离子粒径小和异性电荷间的亲和力,在渗透性和黏结强度方面比阴离子型丙烯酸酯乳液都具有性能上的优势。

    3.4.1有机、无机复合基料对漆膜性能的影响

    这里讨论的有机、无机复合基料由纯丙烯酸乳液和硅溶胶混合而成。硅溶胶又称硅酸水玻璃,粒子多以球状单个或多个聚结,胶体粒径一般为5~80nm,与一般乳液(粒径0.1~10.0μm)相比粒径小得多,渗透性好,水能渗透的地方它都能渗透,硅溶胶与其它物质混合时分散性和渗透性都非常好。硅溶胶分子附着在基材和填料颗粒的表面,随着水分的蒸发,mSiO2·nH2O粒子间脱水,形成牢固的Si—O键交联的立体网状涂膜。硅溶胶颗粒细微,析胶时的氧化硅具有较高的活性,能与某些无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物,形成很硬的膜;粒子细小对基材的渗透力强,细小的颗粒能通过毛细管作用渗透到基材的内部,并能与基材中的Ca(OH)2反应生成CaSiO3,使涂膜具有较强的附着力。附着力的增强是硅溶胶的渗透、硬化黏结的综合效果,是机械咬合与化学键合的综合结果,因而具有优于一般涂料的黏结力。硅溶胶与有机高分子聚合物混容,使有机高分子均匀地分布在硅-氧-硅无机涂层的间隙中,屏蔽无机涂层中残存的亲水基团,使涂层具有一定的弹性,经受冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲。所形成的涂层兼具无机涂料和有机涂料的特性,弥补两者的不足。硅溶胶成膜后形成硅氧体形网状结构,提高了漆膜对基材的附着力及耐酸碱性。但这一体系存在贮存不稳定的问题,这一不稳定性来源于硅溶胶和乳液自身,二者混合物的稳定性视两者的用量、乳液种类、硅溶胶种类不同而有非常大的差异。体系的不稳定问题表现在涂料的稳定性下降,黏度增长过快,严重者导致涂料在施工前胶化报废,要解决这些问题需要从保护乳液和硅溶胶两方面着手。这方面问题也可以通过选用适宜的表面活性剂来解决。硅溶胶稳定在不同的pH,即由于不同介质的加入,SiO2胶体粒子表面电荷性质发生转变,当pH大于7时,胶体粒子全部带负电,胶体因静电排斥而稳定;当加入质子,pH小于3时,则胶体粒子全部带上同种正电荷,胶体静电排斥稳定;3<pH<7,胶体本身发生聚并,而pH大于11时,自身易聚并,变得很稠厚。因而涂料体系的pH要保证在弱碱性,即pH为8.5~10.0。

    3.4.2颜填料的添加对底漆性能的影响

    从遮盖力的高低来区分底漆,可分为透明型和遮盖型抗碱封闭底漆2种,透明型抗碱封闭底漆的特征是不含有颜填料,具有很低的黏度和极强的渗透力,从而对基材表面产生黏着和封闭作用,但没有遮盖能力,乳液的粒径必须很小。透明型封闭底漆更多的是用于风化墙面的处理,包括旧涂层更新装饰工程底漆处理。遮盖型抗碱封闭底漆的特征是具有封闭和遮盖双重作用。涂料的流动性好,易施工,容易渗入多孔基材,阻断毛细管通道,封闭了基材中的碱性物质,并使涂层牢固地附着在基材表面。同时,涂层具有一定的遮盖力,从而改善了面涂的装饰背景,有利于面涂层的色泽均一,也可以节约面漆的消耗量。遮盖型封闭抗碱底漆需具有如下特征:

    ⑴乳液的添加量大。底漆的抗碱和封闭作用主要是依靠乳液聚合物的功能。

    ⑵较低的颜料体积浓度。

    ⑶提供遮盖力,改善刷涂性能,并能比较容易地渗入基材,阻断碱水溶液的移动通道。

    ⑷很少的增稠剂添加量即可保证涂料对基材的渗透能力。

    不管是溶剂型底漆还是水性底漆,涂料组成材料中含有颜填料的底漆的耐碱性均优于组成材料中不含颜填料的底漆。组成材料中含有颜填料的溶剂型底漆的耐碱性则优于水性底漆的耐碱性,不含颜填料的底漆不能有效地封闭基层,造成其耐碱性相对降低,是由于其相对较高的渗透性和相对低的固体含量的原因,但含有颜填料的底漆的PVC选择为15%左右最佳(见图4)。

图4PVC含量对抗碱封闭性能的影响

图4PVC含量对抗碱封闭性能的影响

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    图4PVC含量对抗碱封闭性能的影响

    4结语

    通过对影响底漆性能的各种因素的讨论,认为溶剂型底漆比水性底漆对墙体的渗透性、黏结强度及封闭性能要好,但溶剂型底漆不环保。水性漆在基料的选择上以阳离子乳液型底漆和有机、无机复合乳液型底漆对墙体的渗透性、黏结强度及抗碱封闭性能最佳,颜填料的添加对底漆的性能有影响,PVC为15%左右的底漆性能最好。

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