1、外墻涂料 漆膜的耐沾污性及影響因素摘要：建筑涂料漆膜的耐沾污性是影響涂料質(zhì)量和價(jià)格的重要因素。本文介紹了導(dǎo)致) m- . L8 g5 乳膠漆膜發(fā)生沾附污染的原因，影響乳膠漆漆膜耐沾污性的主要因素，提出從漆膜的. S1 p1 e6 x: N* a親水憎水性和結(jié)構(gòu)致密性角度解決漆膜的耐沾污性問題。最后，評述了粉化理論和仿- l# z5 c2 u5 m h3 d5 C9 ? i生學(xué)原理兩種自清潔理論用于解決漆膜的耐沾污性問題。 & / Q( U0 E+ F; y+ o! f1 c2 v/ ; ?+ w8 _/ n! w9 fY5 J# A* I- l* b3 ?5 q% x建筑涂料漆膜的沾附污染可以

2、分為兩種類型：附著性污染和吸人性污染 1 。附著! E% gr) 0 o性污染是指污染物僅僅物理吸附在漆膜的表面，通常這種污染通過擦洗、風(fēng)吹等機(jī)械. s l. W C- B5 p( s8 # T. y作用可以得到清除；吸人性污染是在附著性污染的基礎(chǔ)上，污染物進(jìn)入到漆膜的內(nèi)# H+ - t# 0 v! v+ v A3 g! l部，這樣造成的漆膜污染不易去除。我們一般所指的漆膜沾污通常是這兩種類型同時(shí)* f+ L0 |$ F& l V3 n存在。 & v * U* w3 L& s6 C0 wE/ t: O L本文針對建筑涂料乳膠漆，介紹了國內(nèi)外對漆膜耐沾污性的研究現(xiàn)狀，包括導(dǎo)致8 J5 z5 b!

3、 I( q/ a2 , z發(fā)生沾附污染的原因和目前人們采用的幾種新型提高漆膜耐沾污性的技術(shù)。 i0 5 t% I+ P0 o& ( S8 U7 P7 E& n. z6 G6 f1 導(dǎo)致乳膠漆膜發(fā)生沾附污染的原因 # j2 : 1 T. D- g% t( m+ j; 1 , L& E; e內(nèi)外墻涂料因?yàn)樗幁h(huán)境不同，導(dǎo)致耐沾污性差的原因略有不同。外墻涂料的污- c; s t5 U. x Q$ ( Q9 W0 E染原因是墻面凸凹不平，雨水夾帶空氣中的塵埃落到漆膜表面，漆膜表面存在空隙， QT3 i$ e* L# h% j9 W s細(xì)小的污染物(膠體尺寸)隨著雨水侵入到涂層內(nèi)，水分蒸發(fā)后，污染物就會

4、留在漆膜$ d L* K8 S! t. F內(nèi)，形成永久性的污染；另外，外墻涂料所用基料的玻璃化溫度較低，受熱后涂層容/ g# L( Q0 e* + T/ l8 M3 U易變軟發(fā)粘，或者涂層由于受雨水浸泡而軟化，軟化的漆膜更容易吸附空氣中的污染* t! Q- n4 S* F* z2 U物怛j。導(dǎo)致內(nèi)墻涂料耐沾污性差的主要原因是漆膜為親水性，涂料的顏基比過高導(dǎo)8 r C9 2 5 g, r/ _+ h6 K致漆膜結(jié)構(gòu)不密實(shí)，如果漆膜表面沾有污物，污物就會在毛細(xì)管力的作用下，以空氣( r$ v/ d* Q# O中的水蒸氣為介質(zhì)，進(jìn)入到漆膜內(nèi) 3 。根據(jù)這種水對造成污染的雙重作用，因而; N g& r

5、 x+ t! Q; A+ x8 A# R提出了疏水性表面較親水性表面更耐臟的觀點(diǎn)，而目前有的日本學(xué)者卻提出了截然相6 g. b1 C0 : L! D反的觀點(diǎn)，認(rèn)為漆膜為憎水性而導(dǎo)致耐沾污性下降 4 。 R! R, t Q- 5 k# r1 L9 y B5 J9 E2 z- : N8 T1 a1 I2 6 ) t3 w6 s% q3 K 另外，漆膜中含有的非極性有機(jī)物是電的不良導(dǎo)體，高電阻的表面容易產(chǎn)生靜& k& Q% c0 M+ ?+ f* Y- CD. k電，一旦遇到帶有相反電荷的污染物微粒，會發(fā)生靜電吸引，由于靜電吸附而造成漆 l. |; m, e$ ?|1 * X膜污染。但是這種機(jī)理只適

6、用在極為干燥的大氣環(huán)境下，而一般空氣中的水蒸氣可以0 b$ U# v- N7 O7 & p$ X提供足夠的導(dǎo)電性來抑制靜電荷的聚集，所以在一般情況下，因?yàn)殪o電吸附導(dǎo)致的漆+ I! w9 r- P! / K, K8 x- m膜污染很少，通常是靜電吸附同其它的因素協(xié)同而造成漆膜的污染。同時(shí)，漆膜在濕5 i% 0 h- z( t1 j% : r熱條件下，霉菌藻類的生長也對漆膜造成污染，使漆膜的裝飾性下降。 e5 w% k0 X4 P. Z& S& n: a# J7 s/ T% T8 Y* B0 Q. Q9 h4 f2 3 s 根據(jù)以上導(dǎo)致乳膠漆膜耐沾污性差的原因，要解決漆膜的耐沾污性問題，需要+ x

7、+ i$ D* v3 v從漆膜的親水憎水性和結(jié)構(gòu)致密性角度加以解決。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，涂料用聚合物組分的水/ n6 N& e! t3 e5 U5 V0 V敏感性和水汽滲透性之間的良好搭配對涂層的耐沾污性具有重要影響。下面具體分析2 e+ n9 B/ d5 I9 |/ v; ! S膠漆的組成對漆膜耐沾污性的影響。 8 T+ N/ _ k$ j. |/ R+ 1 ( qJ g T4 i( A N- 1 L, C7 V% 6 J9 b4 l/ x$ 2 乳膠漆膜耐沾污-陛的影響因素 2 E, w, C2 L2 A+ O0 H& b; g5 T: M7 d6 - T3 D! G( 2 % ?) aO6 OP4

8、 b21 乳膠漆的成膜物與耐沾污性能 0 & I/ g|6 l. U5 m $ n; T/ Bw8 F* n9 ! V) M1 Z) d# F 涂料對建筑物的保護(hù)和裝飾功能，是通過成膜物質(zhì)高分子化合物的固化而! D5 K/ A0 W& c; E! r形成的，雖然涂料中還有其它成分，如：顏料、填料、助劑等，但是成膜物質(zhì)是關(guān) f, Y# q: H$ + l0 r: |- ?鍵，它對涂料的物理強(qiáng)度指標(biāo)、拒水透氣性能都有重要影響。 & S6 . G; Z3 E. z& ) eW6 M- m: f2 y# J9 z- a* 5 o* s! N, i5 H5 u: v (1)玻璃化溫度。乳膠漆是典型的以熱

9、塑性聚合物為基料的涂料，在一定溫度, r& . ?) F1 F) L; X下，熱塑性聚合物的膜的硬度或粘度由聚合物的玻璃化溫度(Tg)決定，所以乳膠涂料8 Y3 _& D2 C, u) M. g成膜物質(zhì)的玻璃化溫度是影響漆膜耐沾污性的重要因素。玻璃化溫度上升，硬度越 s0 n% B4 T; g& p) o! 5 b6 Z高，成膜物耐沾污性就越好，這已經(jīng)被許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。我國建筑涂料聚合物Tg設(shè)計(jì)7 Z% r: ; h1 Z4 Y一般在1025，日本則要求Tg在3040。權(quán)衡軟硬單體比例，適當(dāng)選用功能單. x0 P! E+ k2 K體，可以綜合其物理性能及價(jià)格 5 。 . J; x. B+ k+

10、 b! Y! L& k/ b; _l$ X: |+ 7 i+ h/ s6 / I+ N3 F( X (2)引入其它化合物進(jìn)行改性。這亦是提高成膜物耐沾污性重要措施之一。例+ F2 f! B, c6 - J9 h- % I; v如，近年來開發(fā)并逐漸推廣的有機(jī)無機(jī)復(fù)合涂料，采用硅溶膠與苯丙乳液或者水玻璃, i2 K8 R$ j- X. G# V一苯丙乳液相配合，無機(jī)基料可以提高漆膜致密度，對填平補(bǔ)齊多孔隙的乳膠漆膜發(fā) g7 a; O2 ! F8 g6 S+ u1 j揮作用，因而漆膜的耐沾污性能得以提高。這種漆因價(jià)格上升幅度小，成為一類很有4 NS, * N1 I0 x& B% y前途的外墻涂料 6

11、 。 ! n0 n( D( * i- 4 f; ?% x8 p- n# h1 c2 Y& R* c, l- b& N* qi& W ) B U, O# Y; P: 另外，采用有機(jī)硅樹脂，通過硅醇方式接枝共聚到帶有羧基或羥基的丙烯酸酯) A2 GB1 m$ V& G% % w5 J聚合物中，制備有機(jī)硅改性丙烯酸酯聚合物，利用有機(jī)硅樹脂優(yōu)異的硬度和疏水性來% I3 B: s1 # 0 q4 C; c5 3 O提高漆膜的耐沾污性。如孫中新等人采用硅丙樹脂制得的外墻涂料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室漆膜耐+ Q$ K/ o/ n H2 C- 沾污性測定，得到結(jié)果有機(jī)硅改性丙烯酸涂料的耐沾污性較常規(guī)丙烯酸涂料有了明顯$ t

12、6 r& X& j& . v/ W6 B的提高 7 。但是BASF公司的Alan Smith制備有機(jī)硅改性苯丙乳膠漆，有機(jī)硅乳液+ Y! Q7 q- R! Z_的加入量為017，在大氣環(huán)境下存放25年，卻沒有發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅改性的優(yōu)勢 3 v9 D: f: v3 E+ Z! Z8 。Paint Research Association提出，用5的有機(jī)硅防水劑溶液對涂膜進(jìn)行后% ?& ?2 q, C( Q$ z5 Z處理可使積塵沾污明顯降低，然而將l的同一有機(jī)硅防水劑加到涂料配方中則沒有R h6 |8 |# c# . O, l明顯效果。這也是目前在學(xué)術(shù)界里關(guān)于漆膜的親水疏水性對耐沾污性影響存在較大爭

13、f& L0 V0 H0 x$ c議的地方。但是有機(jī)硅的存在，可以抑制漆膜藻類霉菌的生長，這也可以從另一方面1 |. ?5 A+ M 提高漆膜的耐沾污性。 + h* F! : T9 z; _5 RH! / O2 D: v, 6 F近年來，隨著乳液聚合技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)新型核殼型乳液。這種核殼乳液，用梯* v/ f( s( S2 r1 F- q0 o8 U; t7 C度滴加控制聚合反應(yīng)進(jìn)程制得，內(nèi)部是由軟單體構(gòu)成，外部由硬單體構(gòu)成，這種內(nèi)柔: C) l2 v: M+ S6 k) v外剛的特殊結(jié)構(gòu)提供涂料優(yōu)異的性能，包括耐沾污性 9 。國內(nèi)科研單位有成果報(bào)4 N8 B4 h; 4 S% L ?: ?3

14、 g導(dǎo)但尚無工業(yè)品應(yīng)市，而Robin公司的Repaqueop-62就屬于此類乳液，如在醋丙或苯0 j+ T1 l, N/ n) K1 Y丙乳液中加入2035，所得漆膜的保光保色性、耐沾污性都會大大提高。 ( o! C D2 g8 # _7 B0 ; A0 l8 Z! 3 g5 H% t! z i h& x22 涂料體系的顏料體積濃度與耐沾污性 ) k5 g) 6 a/ s5 S9 D& M5 L j# 4 _0 f! o9 V) H+ S/ I3 O5 i! L2 g) B) a* | N+ 涂料的顏料體積濃度(PVC)對漆膜的理化性能有很大的影響。當(dāng)涂料體系的基料( G4 Q( p9 f6

15、L. H s, O) j含量較低，PVC高于CPVC(臨界顏料體積濃度)時(shí)，影響涂層耐沾污性的主要因素是涂$ i+ D% 9 D, 7 T C料所用基料乳液的玻璃化溫度，而對聚合物的改性方法，如采用化學(xué)交聯(lián)型乳液、有w) S( ; E X8 f/ M9 s& G$ - d; g機(jī)硅改性乳液、乳液的丙烯酸單體不同配比對漆膜的耐沾污性都沒有影響；而對于& x3 S- Z- c. d% d; j3 o5 E1 PPVC較低，也較低的外墻涂料，采用化學(xué)交聯(lián)型聚合物可以明顯改善漆膜的耐沾污# w: V! g8 0 b% L# HY性。通常隨著涂料體系PVC升高，漆膜的積塵沾污性降低，這一特性持續(xù)到PVC

16、=CPVC: T- u; _- |( g0 H m5 q. e% 3 P時(shí)為止，這和積塵沾污性是源于涂料的熱塑性聚合物成膜物質(zhì)的粘著性的論點(diǎn)是一致8 w! / |3 F4 L2 ) : V# B+ Y的。當(dāng)PVC升高時(shí)，在涂膜表面的聚合物數(shù)量相應(yīng)減少；而當(dāng)PVCCPVC時(shí)，、漆膜變* d7 c, L Q7 r成多孔結(jié)構(gòu)，漆膜的耐沾污性明顯下降 10 。降低漆膜的孔隙率是減少積塵沾污的7 Q3 L$ | H* k8 8 B: w) q& # g一個(gè)方法。有專利提出用低粘度的超細(xì)二氧化硅水漿處理涂層表面可以減少積塵沾3 J1 ?: S% w, i+ N( v) g9 ?% j污 11 。當(dāng)涂膜表面

17、采用這種水漿處理，二氧化硅顆粒填充了涂膜敞開的孔隙，因6 i) n, F5 p* Pj而減少了積塵沾污，這種處理方法對砂粒型乳膠漆極為有效，因?yàn)檫@種漆的PVC剛好3 v) z; e7 l N. I, M2 b是在CPVC以上，涂膜顯示出典型的多孔隙表面。 U1 y4 4 _: v0 B$ ?& W) N, m# t; k S$ D d H g5 Q; e( l& Q& F8 c& l/ M23 乳膠漆所用助劑與耐沾污性 - z& G1 h/ l5 / ( E& Q1 p # Y2 W3 M( j6 g* y! nz; , L( M- o, 0 x* y+ |, 231乳化劑與耐沾污性 1 a,

18、 v b) F2 h; T% z3 e% s2 , |. _5 E+ V% H q# + ?9 i0 h1 m 制造乳膠漆聚合物乳液，使用的都是有機(jī)單體，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯1 A1 D. A3 r. N, D等，他們在水中溶解度極小，必須借帶有親油親水基團(tuán)的表面活性劑進(jìn)行乳化。單體8 a5 V! _( ( p r經(jīng)乳化聚合完畢之后，乳化劑自然滯留在乳液之中，待乳膠漆成膜后，隨干燥過程進(jìn)5 N, n% L% U; h9 Kur5 |; q行，乳化劑在表面張力作用之下部分會遷移到漆膜表面。雖然在漆膜表面的濃度極- C, O, h/ U3 B小，但仍然要對漆膜性能造成嚴(yán)重危害，導(dǎo)致漆膜發(fā)軟回粘

19、，易粘附塵埃造成污 a, 5 p1 B1 X, W# md12 。 K( d- E) a4 ( , q& w% n4 Z! Q/ O: Kp) y0 d: Y& B6 I$ m1 ! k 目前出現(xiàn)一種新型可聚合表面活性劑，這種乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在親水 _3 ( F0 - r e$ 1 親油的乳化基團(tuán)和可參加游離基聚合反應(yīng)的功能基團(tuán)。這樣在起到降低體系界面能作 ?8 g9 2 6 T* eF; C用的同時(shí)，這種新的乳化體可以在乳液聚合時(shí)與共聚單體發(fā)生反應(yīng)，永久地共價(jià)鍵合: E3 z( x# n) 8 UJ3 l到乳液膠粒上。這樣，乳液的穩(wěn)定性及漆膜性質(zhì)都可以大為改善 13 。 + z/ O

20、9 3 E5 z4 h0 r$ L) m0 C# O. P, z |* Q+ n) q2 k7 r7 r# LU9 l 作者采用一種新型可聚合型乳化劑(SURFMERS-1)制成乳膠涂料，測定相關(guān)性; H q K2 l* W1 W: u8 v4 R能。同時(shí)與含有常規(guī)乳化劑的乳液所制備的普通乳膠漆進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表l。 3 x9 t0 q7 w* m- : Z u: W, W: i2 F7 u4 + P! ?3 B R- , S表1 采用不同乳化劑制備的乳膠涂料漆膜性能比較 + j) V0 |3 V l: _- D& r: b0 _ W4 Z; j7 , T+ A K8 U5 e7 M+ B

21、) T漆膜性能 , T6 b6 P/ l9 D+ ?( p所用乳化劑種類 ) H5 i6 ) s N9 U8 m5 R$ 7 R- + R5 r3 z; U& 含有可聚合型乳化劑的乳膠涂料 b8 B1 U0 ; |& g含有常規(guī)乳化劑的普通乳膠漆 6 z* H8 T5 ?0 c6 F2 - u um0 # y* D. H, r! N+ ) Q表干時(shí)間（h） , ?- h/ K9 c1 g8101012 % s0 Ai1 D 2 K$ D Y8 B/ B- |. _# K- Y o. : J9 Z& q+ - j( - I硬度 ) h5 + l* N* h$ w% s) 55602530 * /

22、 j+ u. D3 Q0 s) z a7 j1 O7 t- j% y( w耐水性 $ A7 c. G; E$ v好差 * q0 L5 |& 7 k/ Y0 D ?1 B! e0 f) m耐溶劑性（乙醇） : q/ I1 I6 r; z5 中 a& |Z+ F- O# A8 c6 o: b差 ! O5 C% t8 C J+ l, a1 1 k% / a, k% 3 j/ S8 P* Z- Y9 G) 0 u . r L0 Y9 D3 s- J( y4 s$ e) D# ) m os我國在1988年制定了GB 9780建筑涂料涂層耐沾污性測試方法，但是經(jīng)過幾& a! P2 i5 1 n: w( J

23、年的實(shí)踐，業(yè)內(nèi)對此方法存在較大爭議 14 。所以作者并沒有采用此方法來測定所* C* ! r* I! ys( w$ K* 8 p6 ?得漆膜的耐沾污性，而是通過漆膜的硬度、耐水性等指標(biāo)來說明采用新型可聚合型乳 u% M K( N; Q化劑制備的乳膠涂料漆膜的耐沾污性有一定的提高。 1 U. | ?& F) O% z! f% s X( / , T0 K232增稠劑(保護(hù)膠)與耐沾污性 ( _/ , v7 w$ o T6 D# / B/ |制備聚醋酸乙烯乳液或醋丙乳液時(shí)，有時(shí)使用聚乙烯醇(PVA)做為保護(hù)膠體。用$ P, , u( s# f1 O6 xPVA保護(hù)膠制造的乳液或乳膠漆，PVA殘留其中

24、，其分子鏈節(jié)中的羥基便構(gòu)成干膜對水8 Z% n+ O/ h& C8 V的敏感性，導(dǎo)致漆膜回粘吸附灰塵，從而降低乳膠漆裝飾性能。而改用聚丙烯酸鈉作! N3 o5 S c( Y W% C8 R保護(hù)膠則可以避免這一問題。 $ c4 R% i# K8 l7 G1 t4 a6 v/ d _6 yn) p此外在配漆過程中使用的增稠劑對漆膜的耐沾污性也有影響。如通常使用的增稠8 D( j! M9 t/ 3 B; Z- g# v) Q劑羧甲基纖維素，雖價(jià)低，使用方便，但造成乳膠漆成膜物耐水性、抗沾污性能下9 o- s+ a0 F% A) m0 J# b: S降，這已經(jīng)成為涂料工作者的共識。而改用共聚物型增稠劑

25、則可以解決這一問題。目) s3 I+ P + l1 r# C( z; C. I0 R前，高級外墻涂料、硅溶膠及苯丙外墻涂料都采用了這一工藝，使乳膠漆耐水抗臟問$ bf6 S! a. e題的解決又向前邁 2 2 J# S9 h5 n% 進(jìn)了一步 15 。 ! m1 B l7 b% Z?& b a. e! x) L# ; s2 j4 h+ M: z233耐沾污劑的添加 7 v: i# F# M # f$ e5 R e F, : B: 添加耐沾污劑可以提高漆膜的耐沾污性。耐沾污劑是一類具有極低表面能的物 . i8 |. O6 y8 C& h5 O- M質(zhì)，添加到乳膠漆中能夠顯著降低涂料的表面張力，賦

26、予漆膜一定的疏水性，使漆膜7 I6 O z2 O( R: m. Z% x+ H5 y表面更為致密。添加耐沾污劑的缺點(diǎn)是當(dāng)用量大時(shí)對漆膜的理化性能有不良影響，同7 T6 T e! x+ 0 v3 X# M時(shí)要增加產(chǎn)品成本。 R7 x. r2 T( / 9 o8 b* T, d$ b7 K) q. q24 漆膜的表面粗糙度 + ( z t1 y( L: . x5 d8 B Q% V1 x# Q: uP- D2 a涂膜表面粗糙度會影響積塵沾污是可以想像到的，粗糙的表面可以積聚更多的灰6 i/ i, / b I$ F& GU塵。然而，經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)所有因素(PVC、乳膠基料、顏料等等)都恒定，而僅僅通過

27、& j9 t: b5 q* r M* s改變涂料中聚集體顆粒的大小來改變表面粗糙度時(shí)，這種表面粗糙度對積塵沾污沒有; j( V3 R) f, G5 Q7 j影響，乳膠漆和醇酸樹脂漆都顯示了這個(gè)特性。對于乳膠漆來說，影響漆膜積塵沾污! c1 M% H( 7 OK$ ( t性的主要因素不是表面粗糙度而是其PVC。 * u$ L0 k+ e d6 q# e0 ; h, S6 j! a4 |& B( f8 Z7 n8 D3 涂層的自清潔理論 0 G9 k! 4 p. # w2 2 v: 1 S+ Y9 F v6 J0 _有人提出在外墻涂料配方設(shè)計(jì)中，采用一些易粉化的顏料，如納米級TiO2。這樣; T# U( % n d8 |! q1 mP在適當(dāng)PVC條件下制成的漆膜在外界經(jīng)過光照、風(fēng)吹、雨淋等自然條件，漆膜會產(chǎn)生1 - Y1 ?/ u. N+ r, Q2 _輕微的粉化，經(jīng)過雨水沖刷，污染物會隨著粉化層一起脫落，漆膜得到自我清潔凈0 s7 O0 9 k. t0 p) w; W% D& g化，使墻面保持不受污染的狀況，這是粉化理論在漆膜耐沾污性方面的應(yīng)用 16 。+ |2 4 a; P! M- s但是，有色涂料漆膜的粉化會造成漆膜失去光彩，并形成發(fā)花現(xiàn)象。 ; e% : s E* y& b$ D5 y1 E- R( f9