何佩宇 （黃山華暢置業(yè)投資有限公司，安徽黃山 245000）

黃 敏 （合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230601）

探索研究

環(huán)境友好型建筑外墻涂料的制備及應(yīng)用

何佩宇 （黃山華暢置業(yè)投資有限公司，安徽黃山 245000）

黃 敏 （合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230601）

采用硅丙乳液和純丙乳液拼用，并添加合適的助劑，制得環(huán)境友好型建筑外墻涂料。討論了硅丙乳液和純丙乳液配比、防腐劑、消泡劑和增稠劑對涂料性能的影響，并在安徽黃山市某新建樓盤實(shí)地施工，綜合性能表現(xiàn)良好。

硅丙乳液；純丙乳液；建筑外墻涂料；耐候性；耐水性；耐沾污性

0 引言

我國外墻涂料發(fā)展已有數(shù)十年歷史，尤其是改革開放給我國外墻涂料行業(yè)的發(fā)展帶來了大好機(jī)遇，產(chǎn)品由低檔的無機(jī)外墻涂料向有機(jī)外墻涂料方向發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，競爭也日益激烈。博思數(shù)據(jù)研究中心發(fā)布的《2016～2022年中國外墻涂料行業(yè)市場調(diào)研及行業(yè)調(diào)研報告》顯示，世界外墻涂料每年的增長速度為7%，高于涂料行業(yè)5%的年均增長速度。目前世界涂料總產(chǎn)量約2 800萬t，其中外墻涂料占40%～50%。2015年，我國外墻涂料產(chǎn)量達(dá)到326.37萬t，同比增長18.62%；市場規(guī)模達(dá)到951.63億元，同比增長20.06%。預(yù)計到2020年，我國外墻涂料市場規(guī)模將達(dá)到1 972.35億元。

伴隨著我國外墻涂料市場逐步規(guī)范，外墻涂料技術(shù)在不斷進(jìn)步，涂料水性化、環(huán)保化的趨勢已形成。丙烯酸類樹脂具有優(yōu)異的保色性、柔韌性和附著力，廣泛用于建筑外墻涂料中；硅丙乳液能夠?qū)⒂袡C(jī)硅的耐高溫性、耐候性和耐沾污性與純丙烯酸樹脂的高附著力結(jié)合起來；純丙乳液價格適中，通過與性能優(yōu)異但是價格較為昂貴的硅丙乳液復(fù)配，能夠制備出耐候性、耐水性、耐沾污性優(yōu)異的環(huán)保型建筑涂料。

本試驗(yàn)以硅丙乳液和純丙乳液為基料，添加合適的助劑，制得貯存穩(wěn)定性好，耐水性、耐溶劑性優(yōu)異的環(huán)境友好型建筑外墻涂料，并應(yīng)用于實(shí)際施工。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料及儀器

1.1.1 主要原材料

硅丙乳液、純丙乳液，陶氏化學(xué)；云母粉，安徽滁州格銳礦業(yè)有限公司；鈦白粉，鄭州市九州化工有限公司；輕質(zhì)碳酸鈣，江西辰宇粉體制品有限責(zé)任公司；Dispersant 4010分散劑，深圳海川化工科技有限公司；BYK-2010潤濕劑，BYK公司；華科-88防腐劑，陜西省石油化工研究設(shè)計院；RM-2020、RM-299增稠劑，陶氏化學(xué)；BYK-022消泡劑，BYK公司；Texanol成膜助劑，伊士曼公司；其他助劑，均為工業(yè)品。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

砂磨機(jī)，涂4#黏度儀，刮板細(xì)度儀，漆膜涂布棒，耐洗刷試驗(yàn)機(jī)。

1.2 涂料的制備

1.2.1 參考配方

環(huán)境友好型建筑外墻涂料的參考配方見表1。

表1 環(huán)境友好型建筑外墻涂料的參考配方Table 1 The reference formulation of environmental-friendly architectural exterior wall coatings

1.2.2 制備工藝

首先將配方中的分散劑、消泡劑、潤濕劑制備成溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆?，在常溫下將顏填料加入到上述溶液中，預(yù)分散；然后砂磨至要求的細(xì)度，過濾，加入硅丙乳液和純丙乳液，調(diào)節(jié)pH為7～8，根據(jù)需要添加適量成膜助劑、防腐劑，再加入增稠劑和水，調(diào)節(jié)至合適的施工黏度，即制得環(huán)境友好型建筑外墻涂料。

1.3 性能檢測

環(huán)境友好型建筑外墻涂料的性能檢測結(jié)果見表2。

表2 環(huán)境友好型建筑外墻涂料的性能檢測結(jié)果Table 2 The performance test results of environmental-friendly architectural exterior wall coatings

2 結(jié)果和討論

2.1 基料的選擇

近年來，高性能的外墻涂料取代面磚、馬賽克及玻璃幕墻用于外墻裝飾，以減輕高層建筑的承重和安全問題已成為趨勢。隨著建筑物向高層化、大型化方向發(fā)展，要求高層、超高層建筑物的外墻涂裝周期一般至少在15 a以上，使用品質(zhì)優(yōu)異的外墻涂料已經(jīng)是高檔建筑的發(fā)展方向［1］?，F(xiàn)有的苯丙、純丙涂料已經(jīng)滿足不了高檔建筑對高品質(zhì)的要求。硅丙樹脂在丙烯酸聚合物主鏈上引入了硅氧烷或聚硅氧烷，這類樹脂制備的涂料兼具丙烯酸涂料和有機(jī)硅涂料的優(yōu)點(diǎn)，涂層具有高耐候性、耐水性和耐沾污性等特點(diǎn)。但是硅丙乳液價格偏高，為了制備出性價比高，同時又兼具高性能的建筑涂料，本試驗(yàn)選擇硅丙乳液和純丙乳液復(fù)配。硅丙乳液與純丙乳液配比對漆膜性能的影響見表3。

表3 硅丙乳液與純丙乳液配比對漆膜性能的影響Table 3 The influence of the ratio of silicone acrylic emulsion to pure acrylic emulsion on the film properties

由表3可見：硅丙乳液制得漆膜的憎水性和耐沾污性優(yōu)異，耐洗刷次數(shù)超過2 000次，這是由于有機(jī)硅含有鍵能較大的Si—O鍵，相比于C—C鍵、C—O鍵具有更好的耐候性、疏水性，同時其較低的表面能賦予涂層良好的耐沾污性，缺點(diǎn)是不能常溫自干，且價格較高；純丙乳液具有優(yōu)異的附著力和耐候性，能夠常溫自干，但是由于它缺少交聯(lián)點(diǎn)，存在“熱黏冷脆”的缺點(diǎn)［2］。綜合經(jīng)濟(jì)效益和性能要求，確定m（硅丙乳液）∶m（純丙乳液）=1∶1。

2.2 助劑的選擇

水性涂料是以水為稀釋劑的環(huán)保型涂料，由于水的表面張力較溶劑要大，蒸發(fā)潛熱高，給水性涂料的制備和施工帶來很多問題。針對水性涂料存在的問題，需要選擇合適的助劑加以解決。

2.2.1 防腐劑的選擇

水性涂料以水為分散劑，含有大量的纖維素等有機(jī)物和高分子材料，為微生物提供了大量的養(yǎng)分，在貯存期間容易引起微生物的大量繁殖而造成涂料腐敗變質(zhì)，施工后漆膜也容易遭受霉菌和藻類的侵蝕，造成涂層的使用壽命縮短，所以選擇合適的防腐劑顯得尤為重要。目前所用的防腐劑以幾種防腐劑復(fù)配為主，通過不同防腐劑的協(xié)同作用達(dá)到高效廣譜、持久耐候的效果。卡松是一類比較常見的性價比較高的廣譜防腐抗藻劑，主要由5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（CMI）和 2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（MI）組成，通過斷開細(xì)菌和藻類蛋白質(zhì)的鍵而起殺滅作用。異噻唑啉酮與微生物接觸后，能迅速且不可逆地抑制其生長，從而導(dǎo)致微生物細(xì)胞的死亡，故對常見細(xì)菌、真菌、藻類等具有很強(qiáng)的抑制和殺滅作用，同時降解性好，具有不殘留、操作安全、配伍性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、使用成本低等特點(diǎn)［3］。

本試驗(yàn)選擇陜西石油化工研究設(shè)計院研發(fā)的華科-88防腐劑，與同類異噻唑酮?dú)⒕鷦┫啾龋中陂L、作用溫和、刺激性小，屬于公認(rèn)的安全、低毒、對皮膚溫和、對眼黏膜無刺激的高效、廣譜殺菌防腐劑。

2.2.2 消泡劑的選擇

在生產(chǎn)和施工過程中，水性涂料都會產(chǎn)生大量氣泡，尤其是建筑涂料，施工環(huán)境不確定，外界影響因素很多，所以選擇合適的消泡劑顯得尤為重要。聚醚改性硅氧烷是一類消泡、抑泡效果優(yōu)異的消泡劑，與水性涂料體系具有一定的相容性，可以實(shí)現(xiàn)高效率的消泡，同時又能降低產(chǎn)生縮孔、針眼等漆膜缺陷的風(fēng)險［4］。

BYK-022消泡劑特別適用于基于丙烯酸酯或丙烯酸酯/ 聚氨酯乳液的體系，在水性涂料生產(chǎn)和應(yīng)用時極為有效，具有優(yōu)異的長效穩(wěn)定性，對微泡的消除極為有效，且對顏色接受性和光澤無影響，但在加入時，需要足夠高的剪切力，以避免縮孔。本試驗(yàn)選用BYK-022消泡劑，同時考察了其用量對體系的影響，結(jié)果如表4所示。

由表4可見：BYK-022消泡劑用量過少時，起不到良好的消泡和抑泡效果，漆膜表面不規(guī)整；增大BYK-022消泡劑用量至體系質(zhì)量的0.1%時，其消泡、抑泡能力優(yōu)異，漆膜無針孔等缺陷，且乳液穩(wěn)定性良好；當(dāng)BYK-022消泡劑的用量超過體系質(zhì)量的0.15%時，雖然其消泡能力十分強(qiáng)勁，但副作用亦十分明顯，漆膜對基材的潤濕性不好，容易造成縮孔等漆膜缺陷，而且漆膜光澤度降低，乳液穩(wěn)定性也受到影響。綜合考慮，BYK-022消泡劑用量以體系質(zhì)量的0.1%為宜。

表4 BYK-022消泡劑用量的影響Table 4 The effect of BYK-022 defoamer amount

2.2.3 增稠劑的選擇

水性建筑涂料在貯存期間，需要長期保持較高的低剪切黏度，防止分散顆粒因重力作用而下沉，出現(xiàn)分層現(xiàn)象；在施工時，則希望黏度適中，便于施工，又能保證一定的成膜厚度；施工后，黏度應(yīng)在短時間內(nèi)恢復(fù)，以利于涂膜的流平，之后黏度應(yīng)迅速升高，以防止流掛。外墻施工本身受外界因素干擾較大，涂料的黏度對施工效率和施工效果有直接影響，所以添加合適的增稠劑對于水性涂料的穩(wěn)定性、成膜性等有十分重要的影響。

水性涂料用增稠劑主要包括堿溶脹型、纖維素類和締合型增稠劑。其中堿溶脹型增稠劑成本低，防沉降、防流掛性能優(yōu)異，但是對酸堿度較為敏感，且耐水性、耐堿性不好；纖維素類增稠劑輥涂抗飛濺性不佳，涂膜的耐水性、耐擦拭性和耐腐蝕性較差，易于生物降解，不宜用作高檔建筑外墻涂料體系的增稠劑；締合型增稠劑既具有良好的遮蓋力，又具有良好的流平性，能夠與乳膠粒子吸附，不會產(chǎn)生絮凝等不利現(xiàn)象，且耐水性和耐擦拭性好，涂膜豐滿度較高，是目前水性涂料常用的增稠劑之一［5］。

本試驗(yàn)選用陶氏化學(xué)的RM-2020和RM-299作為體系的增稠劑，其中RM-2020是高剪切型增稠劑，RM-299為低剪切型增稠劑，兩者配用，既能滿足貯存穩(wěn)定性的要求，又能保證正常施工［6］。根據(jù)現(xiàn)場施工對乳液黏度的要求，RM-2020和RM-299增稠劑用量一般占乳液總質(zhì)量的0.5%左右。

3 施工案例

結(jié)合以上試驗(yàn)結(jié)果，選擇安徽黃山地區(qū)某新建樓盤作為研制的環(huán)境友好型建筑外墻涂料的施工案例。

3.1 施工條件

戶外開放式施工，施工溫度：25℃；相對濕度：60%；天氣狀況：晴；風(fēng)力：微風(fēng)。

3.2 施工流程

采用噴涂施工，干膜厚度為80 μm，施工流程如下：

除塵清洗→底漆（三棵樹股份有限公司產(chǎn)品）→干燥→第1道面漆（自制）→干燥→第2道面漆（自制）→干燥→罩光漆（三棵樹股份有限公司產(chǎn)品）。

3.3 注意事項(xiàng)

（1） 本施工案例對象為安徽省黃山市某高檔小區(qū)新建樓盤。黃山地區(qū)常年雨水較多，空氣濕度較大，對外墻涂料的耐水性、耐沾污性和耐候性等性能要求十分苛刻；

（2） 在施工前，必須對墻面基層進(jìn)行處理，務(wù)必將表層灰漿、浮塵等清理干凈；油污應(yīng)用溶劑清洗干凈；蜂窩、空洞等也必須提前修補(bǔ)完整，保證基層表面干凈、堅硬、平整、粗糙［7］；

（3） 一定要等到第1道面漆充分干燥后，才能噴涂第2道面漆；

（4） 戶外施工時，因風(fēng)速、溫度、濕度對施工效果有很大影響，應(yīng)控制好施工方式和速度，同時做好施工人員自身的防護(hù)措施。

4 結(jié)語

采用硅丙乳液和純丙乳液混拼的方式，添加合適的助劑，制得性能優(yōu)異的環(huán)境友好型建筑外墻涂料，并將該涂料用于實(shí)際施工。綜合各方面試驗(yàn)結(jié)果表明：該外墻涂料的耐候性、耐水性和耐沾污性均達(dá)到市場上同類溶劑型涂料的水平，對于建筑裝飾和防護(hù)，打造生態(tài)環(huán)保家居環(huán)境具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 劉積靈，張玉坤，董薇.水性純丙乳液及外墻涂料的研究［J］.吉林化工學(xué)院學(xué)報，2003，20（2）：10-12.

2 陳盛.硅丙乳液的性能對比研究［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2008，11（2）：18-20.

3 王文毅.水性建筑涂料領(lǐng)域的防腐防霉抗藻劑及應(yīng)用［J］.涂料技術(shù)與文摘，2015，36（8）：34-42.

4 林宣益.水性涂料用助劑［J］.涂料工業(yè)，2006，36（10）：36-42.

5 Chandramalar A V M. Flow Behaviour of Titanium Dioxide Dispersion in the Presence of 2-Hydroxyethyl Cellouse［J］. Colloid Polymer Science，2000（278）：485-489.

6 何程林，許寧，雷瓊，等.常溫自干型水性聚氨酯金屬涂料的研制及應(yīng)用［J］.中國涂料，2015，30（10）：29-32.

7 楊忠敏.水性建筑涂料的涂裝工藝以及質(zhì)量控制［J］.綠色建筑，2009，25（4）：6-7.

The Preparation and Application of Environmental-Friendly Architectural Exterior Wall Coatings

He Peiyu （ Huangshan Huachang Real Estate Co.，Ltd.，Huangshan Anhui，245000，China）
Huang Min （ College of Architecture and Art，Hefei University of Technology，Hefei Anhui，230601，China）

With combination of the silicone acrylic emulsion and pure acrylic emulsion，and addition of the appropriate additives，an environmental-friendly architectural exterior wall coatings was prepared. The influence of the ratio of silicone acrylic emulsion to pure acrylic emulsion，preservative，defoamer and thickener on the coatings properties was discussed. The coatings was used for the construction of a new building in Huangshan City，Anhui Province，and showed good comprehensive performance.

silicone acrylic emulsion；pure acrylic emulsion；architectural exterior wall coatings；weather resistance；water resistance；dirt resistance

TQ 630.6；TU 56

A

1009-1696（2016）06-0001-04

2016-05-13

何佩宇，男，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：建筑藝術(shù)與設(shè)計。