姜廣明，馬海旭，梁 楊，王連盛，王志霞，胡 水

（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京100013；2.北京化工大學(xué)，北京100029）

0 引 言

外墻無(wú)機(jī)建筑涂料是指以堿金屬硅酸鹽［1］或硅溶膠［2，3］為主要黏結(jié)劑，采用刷涂、噴涂或滾涂的施工方法，在建筑物外墻表面形成薄質(zhì)裝飾涂層的涂料［4］。它具有耐候、透氣、環(huán)保及不燃等諸多優(yōu)勢(shì)［5］，可替代合成樹脂乳液外墻涂料廣泛地應(yīng)用于建筑工程涂裝上。但是為了達(dá)到貯存穩(wěn)定性、流平性，較好的耐沾污性以及抗菌防霉等性能，需要采用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合、納米技術(shù)、溶膠-凝膠技術(shù)［6］、硅溶膠改性［7］等技術(shù)，并使用超細(xì)填料和助劑等［8］。

本文將通過(guò)比較外墻無(wú)機(jī)建筑涂料和合成樹脂乳液外墻涂料的物理性能和水蒸氣透過(guò)率等性能；以及通過(guò)紅外光譜分析兩者在成分上的差別；綜合運(yùn)用熱失重分析法和氣色色譜法測(cè)試涂料中的有機(jī)物含量，從而給出國(guó)內(nèi)目前外墻無(wú)機(jī)建筑涂料有機(jī)物含量的范圍。

1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

選取國(guó)內(nèi)較大的無(wú)機(jī)建筑涂料企業(yè)生產(chǎn)的4個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料，編號(hào)為WJ-2，WJ-6，WJ-16，WJ-18；選取1個(gè)合成樹脂乳液外墻涂料，編號(hào)為WJ-21。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

水蒸氣透過(guò)率使用水蒸氣透濕杯測(cè)試，水蒸氣透過(guò)率的檢測(cè)依據(jù)為JG/T309－2011《外墻涂料水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定及分級(jí)》，在多孔PE板上刷涂2道后測(cè)試。

紅外光譜使用美國(guó)某公司生產(chǎn)的Nicolet6700傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試，掃描范圍為4000～400cm-1，分辨率為4cm-1。將涂料晾干后粉碎，用KBr壓片后測(cè)試紅外光譜。

熱失重分析使用瑞士某公司產(chǎn)品TGA/DSC1同步熱分析儀（型號(hào)STAResystem）測(cè)試；氮?dú)鈿夥?，測(cè)試的溫度范圍為室溫～900℃。

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量使用上海某公司生產(chǎn)的GC126型氣相色譜儀測(cè)試。揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量的檢測(cè)依據(jù)為GB24408－2009《建筑用外墻涂料中有害物質(zhì)限量》。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能和水蒸氣透過(guò)率分析

5個(gè)外墻涂料的物理性能的檢測(cè)結(jié)果列于表1中。與合成樹脂乳液外墻涂料形成完整的連續(xù)涂層不同，真正的外墻無(wú)機(jī)建筑涂料在微觀上形成的是有機(jī)相和無(wú)機(jī)相的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［9］，因此透氣性良好。我們也測(cè)試了外墻涂料的水蒸氣透過(guò)率，結(jié)果也列于表1中。

表1 外墻涂料的物理性能和水蒸氣透過(guò)率

4個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的物理性能都符合JG/T26－2002《外墻無(wú)機(jī)建筑涂料》標(biāo)準(zhǔn)的要求。合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的物理性能符合GB/T9755－2014《合成樹脂乳液外墻涂料》標(biāo)準(zhǔn)的要求。這說(shuō)明外墻無(wú)機(jī)建筑涂料在耐水性、耐堿性、耐溫變性等方面與合成樹脂乳液外墻涂料相當(dāng)。由于外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的漆膜堅(jiān)硬，其在耐洗刷性、耐沾污性、耐老化性等方面，還優(yōu)于一般的合成樹脂乳液外墻涂料。

一般來(lái)說(shuō)，外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的水蒸氣透過(guò)率要比合成樹脂乳液外墻涂料高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。水蒸氣透過(guò)率，是鑒別外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的第一個(gè)方法。

2.2 紅外光譜分析

4個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的紅外光譜，如圖1所示。

圖1 外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的紅外光譜圖

4個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的紅外光譜中最為明顯的就是Si的紅外峰，比如1637cm-1是Si-O-H的氫鍵伸縮振動(dòng)峰，1041cm-1是非常強(qiáng)的Si-O-Si的振動(dòng)峰。Si-OSi在1041cm-1的紅外峰，是鑒別外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的第二個(gè)方法。

另外外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的配方中也含有一部分有機(jī)物成分和CaCO3等填料。比如3430cm-1的寬峰是O-H伸縮振動(dòng)峰；2958、2933、2871cm-1是中等強(qiáng)度的C-H伸縮振動(dòng)峰，1737cm-1是非常強(qiáng)的C=O伸縮振動(dòng)峰；1456cm-1是強(qiáng)的CO32-反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，878cm-1是中等強(qiáng)度的CO32-面外彎曲伸縮振動(dòng)峰。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的成分中沒(méi)有堿金屬硅酸鹽和硅溶膠，所以紅外光譜中沒(méi)有Si-O-Si的紅外峰（見圖2）。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21其他紅外峰與外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的基本相同。比如1730cm-1處的強(qiáng)峰說(shuō)明乳液中含有酯的官能團(tuán)；1446cm-1和878cm-1處的強(qiáng)峰說(shuō)明樣品中不但含有CaCO3，而且CaCO3的含量比外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的高。

2.3 有機(jī)物含量分析

圖2 合成樹脂乳液外墻涂料的紅外光譜圖

外墻無(wú)機(jī)建筑涂料中有機(jī)物含量一般要低于合成樹脂乳液外墻涂料。因此利用熱失重分析儀，分析外墻涂料中的各種成分的種類和含量，就可以比較外墻涂料中有機(jī)物含量的高低。

4個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的熱失重曲線如圖3所示，1個(gè)合成樹脂乳液外墻涂料的熱失重曲線如圖4所示。

圖3 外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的熱失重曲線

圖4 合成樹脂乳液外墻涂料的熱失重曲線

5個(gè)外墻涂料樣品在各溫度區(qū)間的熱失重率和殘余物率，以及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量都列于表2中。

表2 外墻涂料在不同溫度區(qū)間的熱失重率和揮發(fā)性有機(jī)化合物含量

270℃以下的熱失重包括了水，VOC；對(duì)于外墻無(wú)機(jī)建筑涂料，這一段的熱失重還包括堿金屬硅酸鹽和硅溶膠分子中結(jié)合的自由水分子。270～530℃的熱失重主要來(lái)自于乳液中的高分子有機(jī)化合物分解；對(duì)于外墻無(wú)機(jī)建筑涂料，這一段的熱失重還有一小部分來(lái)自于堿金屬硅酸鹽和硅溶膠分子的O-H發(fā)生縮水反應(yīng)。530～900℃的熱失重主要來(lái)自于填料的分解，如碳酸鹽受熱放出CO2等。

有機(jī)物含量應(yīng)該包括低沸點(diǎn)有機(jī)化合物（即VOC）和高分子有機(jī)化合物的總量，因?yàn)榈头悬c(diǎn)有機(jī)化合物的含量低于高分子有機(jī)化合物含量0.5～1數(shù)量級(jí)，所以有機(jī)物含量接近于高分子有機(jī)化合物的含量。粗略計(jì)算的話，我們可以簡(jiǎn)單地將270～530℃的熱失重率和VOC含量相加。計(jì)算時(shí)，涂料密度以1.4g/cm3計(jì)算。

WJ-2雖然是一個(gè)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料，但是它加入的乳液含量最高，高分子有機(jī)化合物含量最多，從其VOC含量最高也可以證明。按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)DIN18363-2012《德國(guó)建筑合同程序（VOB）.C部分：建筑合同中的一般技術(shù)規(guī)范（ATV）.油漆和涂層工程》的要求，外墻無(wú)機(jī)建筑涂料中的有機(jī)物含量不能太高［10］，因此在討論外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的有機(jī)物含量時(shí)就排除掉WJ-2了。

從表2中WJ-6、WJ-16和WJ-18的結(jié)果可以看出，目前國(guó)內(nèi)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的有機(jī)物含量應(yīng)該是≤10%。有機(jī)物含量，是鑒別外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的第三個(gè)方法。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的有機(jī)物含量≥20%；這說(shuō)明合成樹脂乳液外墻涂料的有機(jī)物含量比外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的高很多。

3 結(jié) 論

本文檢測(cè)了外墻無(wú)機(jī)建筑涂料和合成樹脂乳液外墻涂料的物理性能和環(huán)保性能，利用水蒸氣透過(guò)率測(cè)試、紅外光譜測(cè)試、熱失重測(cè)試和氣相色譜測(cè)試總結(jié)了鑒別外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的三個(gè)方法。本文研究了外墻建筑涂料的有機(jī)物含量的測(cè)試方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出目前國(guó)內(nèi)外墻無(wú)機(jī)建筑涂料的有機(jī)物含量≤10%，這與國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)的要求還有差距。