外墻乳膠漆耐沾污性及其人工加速測試方法的探討 - 圖文-

1、外墻乳膠漆耐沾污性及其人工加速測試方法的探討鄭公劭 ( 上海申得歐有限公司 201201摘要:對外墻乳膠漆耐沾污性的定義及其人工加速測試方法的標準規(guī)定進行了探討。關(guān)鍵詞:外墻乳膠漆;耐沾污性;測試;標準水性乳膠漆具有低能耗,低污染等特點,被廣泛用于建筑物的裝飾和保護。外墻乳膠漆除具有色彩豐富,施工方便,維修重涂容易等優(yōu)點外,在耐氣候老化,保色性,耐粉化等性能上也都較為令人滿意。目前困擾外墻乳膠漆的一個重要問題是它的耐沾污性。尤其是在大氣污染仍較嚴重的環(huán)境下這個問題更為突出。1 外墻涂料的耐沾污性根據(jù)實際中使用的效果,外墻乳膠漆涂膜污染可以分為兩種現(xiàn)象:1 整個涂膜均勻地被粉塵、煙氣,油性排放物

2、等污染而呈現(xiàn)變色、變暗的現(xiàn)象;2 在沒有遮檐的墻面的涂膜上形成的雨痕條紋狀污染,即所謂的“雨筋”現(xiàn)象。由于其與未被污染處有明顯的視覺反差,這種污染往往被認為比均勻的污染更嚴重。粉塵細顆粒的粘附、堆積,涂膜對雨水夾帶塵垢的吸人作用,靜電吸附作用等均為第一類均勻污染的機理。提高乳液聚合物的 Tg ,提高乳液聚合物的交聯(lián)密度,采用含硅,含氟等基料以降低涂膜的表面張力,使涂膜具有疏水性等都是提高外墻乳膠漆涂膜耐沾污性的方法。疏水性涂膜,如含硅,甚至含氟乳液制得的涂膜,并不是在所有的環(huán)境下都表現(xiàn)出比一般乳液制得的乳膠漆涂膜有更好的耐沾污性。在一些空氣濕度較大的環(huán)境中,含硅乳膠漆的涂膜并沒有明顯的優(yōu)越性,

3、其被污染的程度比一般純丙或苯丙乳膠漆涂膜更為嚴重。這里面當(dāng)然與乳液基料中含硅量的多少 ( 有資料介紹我國硅改性乳膠漆的平均硅含量為 1.6% 、乳膠漆配方設(shè)計中 PVC 的高低等許多因素有關(guān)。雖然有不少的實驗,尤其是用粉煤灰的試驗方法來證明含硅乳膠漆的涂膜耐沾污性能較好,但是,實際應(yīng)用效果并不完全如此。另外疏水性涂膜表面對“雨筋”狀污染也沒有很好的抗性。因此,硅改性乳液的乳膠漆比純丙或苯丙乳液的乳膠漆耐沾污性一定更優(yōu)的觀念應(yīng)該受到質(zhì)疑和改變。一些 Tg 較高的乳液制得的乳膠漆的涂膜在抵抗粉塵的均勻污染方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,但同時在其涂膜表面會形成令人不愉快的“雨筋”污染。近年來關(guān)于涂膜表面究竟

4、疏水性還是親水性更耐沾污已有不少的討論。有人提出對于空氣中親油疏水的污染物,親水性涂膜與污染物之間的結(jié)合力弱,雨水更易滲透到界面,耐沾污性良好。日本技術(shù)人員的實驗表明,為防止和減弱“雨筋”污染,涂膜必須具有親水性。外墻乳膠漆的耐沾污性問題,涉及到各種不同的因素。從污染源來講,有親水性的,也有親油性的。從所處的環(huán)境條件來講,有北方天高氣爽,干燥少雨的干旱氣候,也有南方沿海溫?zé)岫嘤?潮濕多霧的熱帶氣候。從涂料來講,有不同類型的乳液基料,不同高低的 PVC 設(shè)計,表面軟硬不一的涂膜。眾多的不同因素告訴我們:導(dǎo)致外墻乳膠漆涂膜被污染的原因、機理,以及它的解決方法是錯綜復(fù)雜的。目前一些經(jīng)典的傳統(tǒng)的理論并

5、不能完全解釋所有的實際現(xiàn)象。還有許多方面需要進一步摸索、認識、探討,實事求是地從實踐中分析、理解,以期掌握客觀規(guī)律和原理。相信經(jīng)過廣大涂料專家和技術(shù)人員的不懈努力,在外墻涂膜抗沾污方面一定會取得更大的進展。2 外墻涂料耐沾污性測試方法外墻涂料的耐沾污性能如此重要,其檢驗方法一直引起人們的重視。天然曝曬是檢驗?zāi)驼次坌缘淖羁煽康姆椒āＣ绹?ASTMD 3719 就是被廣泛采用來評判外墻涂料耐沾污性的一個測試方法。但天然曝曬的方法耗時較長,天然環(huán)境條件很難標準化,保持一致性。這些問題限制了天然曝曬方法的使用,人們一直希望找到與天然情況較一致的人工加速耐沾污性測試方法。2.1 國內(nèi)檢測方法及存在問題我

6、國在 1988 年發(fā)布了 GB 9780 88 建筑涂料涂層耐沾污性測試方法國家標準。多年來沒有見到這個方法的測試結(jié)果與實際使用狀態(tài)之間相關(guān)性的報道,也沒有這個方法與天然曝曬耐沾污性狀況的對比試驗報告。經(jīng)過多年實踐,發(fā)現(xiàn)這個方法標準本身的測試誤差大,重復(fù)性差。盡管在制定 GB / T9755 2001 標準時,對這個方法進行了局部的修正,例如取消了計算公式中分母里的粉煤灰反射率一項,但仍存在很多問題。2.1.1 污染源粉煤灰該標準對粉煤灰有詳盡的規(guī)定:細度 180 目,篩余量小于 6% ,顆粒級配為 180 200 目占 20% , 200 250 目占 30% , 250 325 目占 50

7、% ,反射系數(shù)為 25% 30% ,燒失量為 3% 6% 。實際上這樣的粉煤灰根本無法得到。即使是一些國家級檢測機構(gòu),也是采用級篩的粉煤灰進行混拼。這種做法也僅考慮了粒徑分配,誤差很大。其它如反射系數(shù),燒失量等均無法混拼,實際是不控制的。由于各地、各批次粉煤灰不能保證有統(tǒng)一的規(guī)格,測試結(jié)果的準確性當(dāng)然就無法保證了。GB / T9755 2001 標準制訂時,曾提出粉煤灰的規(guī)格應(yīng)符合 GB / T1596 1331 用于水泥和混凝土中的粉煤灰中表 1 之級的規(guī)定。后來在標準正式發(fā)布時干脆取消了所有有關(guān)粉煤灰的質(zhì)量規(guī)定,僅用腳注的形式說明“粉煤灰由本標準歸口單位統(tǒng)一供應(yīng)”。這樣也就不清楚現(xiàn)在用的粉

8、煤灰的粒徑分布,反射率和燒失量了。一些檢測站的實踐反映:新的統(tǒng)一供應(yīng)的粉煤灰與以前的粉煤灰相比,同樣測試,涂膜的反射率下降要低一些。這樣的安排并不能保證其質(zhì)量的一致性。許多單位反映上半年和下半年買來的標準粉煤灰同時用于測試同一樣板的耐沾污性,結(jié)果相差很大。2.1.2 涂刷方法GB 9780 88 標準規(guī)定的涂刷方法是用軟毛刷將 1 : 1 的粉煤灰水按橫向和豎向各兩次均勻地涂刷在樣板上。 GB / T9755 2001 中又規(guī)定了涂刷量。但是,用不同的軟毛刷,涂刷時的用力大小,都對測試結(jié)果有很大的影響。不同操作者進行試驗的人為誤差很大。在疏水性較強的涂膜上粉煤灰水不能均勻地刷涂,呈斑點狀分布。

9、過分用力涂刷的結(jié)果往往使涂膜受損,更影響了檢測效果。2.1.3 水的溫度大量實踐證明:由于標準中沒有規(guī)定測試的環(huán)境溫度和沖洗水的溫度,不同溫度的水沖洗的結(jié)果不一樣。夏天和冬天對同一品種涂料的檢測結(jié)果往往相差較大。有文章研究了溫度對耐沾污性能的影響。對同一涂膜, 23 下涂膜的反射系數(shù)下降率高于 15 ,可以超過 5 個百分點。2.1.4 試板的移動速度在用水沖刷時,試板的移動速度對沖洗結(jié)果有一定的影響。筆者曾經(jīng)試著在沖洗時用較快的頻率和以較慢的頻率左右移動試板,發(fā)現(xiàn)結(jié)果不同。用較慢的頻率移動試板,試板的局部表面上的粉煤灰會被沖去較多,甚至?xí)霈F(xiàn)沖刷后試板的表面被污染的狀況很不一致的現(xiàn)象。另外,

10、 GB / T9780 88 測試方法也不能反映涂膜被“雨筋”狀污染的程度大小。由于以上等眾多因素,這種測試方法誤差大,重復(fù)性差。有文章報告了實驗結(jié)果:同一試樣,同一批粉煤灰,由不同人操作,測試結(jié)果相差 19.2 25.2 個百分點。同一試樣,同一批粉煤灰,由同一人在不同時間操作,測試結(jié)果相差 15.4 個百分點。在同一條件下,采用不同方式涂刷粉煤灰,其測試結(jié)果相差 7.2 9.7 個百分點。在同一試樣上,采用相同的涂刷方法,用不同的粉煤灰,測試結(jié)果相差最大,為 29.3 個百分點。以上分析和數(shù)據(jù)充分說明 GB9780 88 以及稍作修改后的 GB / T9755 2001 附錄中的建筑涂料涂

11、層耐沾污性試驗方法不能科學(xué)地反映涂層的被沾污程度,弊病很大。用這樣的試驗方法很難測得合理的結(jié)果。在產(chǎn)品標準中用這樣的檢驗方法來測試,甚至用來作為仲裁性的判斷,根本無法評價外墻乳膠漆涂膜真正的耐沾污性,不能起到許多人希望的控制和提高我國外墻涂料質(zhì)量,尤其是耐沾污性的質(zhì)量水平,還會對用戶產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。最近 CB / T9780 88 正在被修訂。但據(jù)說其基本方法沒有改變,只是用含有石墨粉的配制粉取代原來的粉煤灰。這樣前面分析的造成測試誤差的因素基本沒有改變。有關(guān)部門在 10 個不同單位用粉煤灰和配制粉同時對統(tǒng)一制作的涂膜樣板進行了驗證試驗。 10 個單位的驗證試驗結(jié)果統(tǒng)計表明,無論是極差,還是標準

12、差,配制粉比粉煤灰更大 ( 表 1 。表 1 粉煤灰與配制粉測試值比較項目粉煤灰配制粉測試值最大值 X max 13.9% 21.5%測試值最小值 X min 7.1% 9.8%測試值最小值 X min 7.1%9.8% 測試值極差 R6.8% 11.7% 測試值平均值 X9.6% 13.8% 標準差 S1.95 3.042.2 國外的檢測方法國外對外墻乳膠漆耐沾污性的人工加速檢驗方法也進行了研究。日本在 1995 年修訂 JISK5663 合成樹脂乳液涂料時,對內(nèi)外用乳膠漆的耐沾污性做了修訂試驗,結(jié)論是在修訂后的標準中沒有包括耐沾污性這項指標。在正式發(fā)布該標準時同時發(fā)布的“標準解釋”中指出:

13、“本涂料若按 JDK 5400 的 8.10( 耐污染性 ,用污染材料 ( 食用色素、紅茶、蠟筆、記號筆等 進行試驗,驗證試驗證實的污染情況如解釋表 3 。從表 3 可見,以污染性作為質(zhì)量控制項目是毫無意義的,因此不采用。還有,關(guān)于室外曝曬污染的試驗方法,因還沒有確立,所以這次暫不采用。”“解釋表 3 ” 污染試驗驗證數(shù)據(jù)見表 2 。表 2 污染試驗驗證數(shù)據(jù)合污染 成樹脂乳膠涂料 I 類 合成樹脂乳膠涂料II 類有光乳膠涂料 材料 A 公司 B 公司 C 公司 A 公司 B 公司C 公司A 公司B 公司C 公司紅茶明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化

14、 明顯 變化 咖啡明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化中國涂料在線 輕微 蠟筆 變化 明顯 鞋油 變化 明顯 變化 明顯 變化 無變 化 明顯 變化 輕微 變化 明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化 無變 化 明顯 變化 明顯 變化 明顯 變化 輕微 變化 明顯 變化 美國 ASTMD 3129 外用建筑乳膠漆試驗指導(dǎo)標準中 9.4.8 條是這樣表述的：“耐沾污性既無一個 ASTM 方法，也無一個聯(lián)邦試驗方法可用來評定外用乳膠漆的耐沾污程度。雖然，存在有不同類型的污染物， 如木質(zhì)底材中水溶性萃取物， 硫化鉛或硫化汞的生成以及金屬氧化表面的污

15、染物。但對于不同的污染物需采用 不同種類的試驗方法?！?美國 ASTMD 5324 03 水性建筑涂料測試導(dǎo)則推薦列出了對乳膠漆的各種性能的測試方法共 54 項之 多，包羅了 ASTM ， ANSI 和 ISO 的有關(guān)測試方法。但在外用涂料的耐沾污項上只列了天然曝曬的方法 ASTMD 3719 。沒有推薦任何人工加速的測試方法。 這里可以看出， 國外對耐沾污性也做了大量的研究， 絕不是乳膠漆的耐沾污性在外國不重要而在中國顯得重要。 他們根據(jù)試驗的結(jié)果，實事求是地認為目前還沒有找到合理的科學(xué)的人工加速試驗方法。 雖然在制定產(chǎn)品標準時國外都沒有把人工加速耐沾污試驗列入，但在日常的試驗中，涂料研究人

16、員在探索人工 加速耐沾污測試方法上還是做了許多工作。如日本一些公司用人工砂，炭黑，焦油配制模擬污染物，并用特殊 的裝置使污染液連續(xù)沖洗樣板，測試樣板沖洗前后的 L* 值來評判耐沾污性。 Rohm & Haas 公司采用 65% 的環(huán)氧鐵紅色漿作為污染物， 并在涂刷前將樣板置于氙燈下照射 500h 以上 ( 一般涂料 或在 QUV 裝置里 照射 5h( 彈性涂料 。 德國 Degussa Tego 公司采用的污染源是柏油， 燈黑和日本 norm dirt No.8 的混合 物的 0.1% 的稀釋液， 150mL 的污染稀釋液在每塊樣板上由泵送循環(huán)流淌 25 次，然后在 50 通風(fēng)烘箱 中

17、干燥 5min 為 1 個循環(huán)。循環(huán)重復(fù) 12 次。 3 STO 公司的測試方法 德國 STO 公司為探索外墻涂料在中國環(huán)境下的耐沾污性測試，根據(jù)德國 Celanese 公司 Caerbra 博士提出的 中國涂料在線 實驗室耐沾污性測試方法，重新配制了污染源?，F(xiàn)將這個方法簡介如下： 原始樣板涂膜測試顏色讀數(shù)后放置在耐沾污性測試裝置的樣板架上 ( 圖 1 。污染液在泵的作用下以 500mL min 的流量通過污染液分配器流到樣板涂膜面上，然后流人污染液收集皿。收集皿內(nèi)的污染液在磁力攪拌 器的作用下保持均勻并被循環(huán)吸人泵內(nèi) ( 如需要還可對污染液控溫 。污染液循環(huán) 30min 后停止循環(huán)，豎 直放

18、置樣板使之干燥 ( 不清洗 ，在 50 烘箱中放置 12h 過夜，再測涂膜的顏色讀數(shù)。這為 1 個試驗 循環(huán)。一般可試驗 5 個循環(huán)。 污染指數(shù)： Dc=(L* 污染后 L* 污染前 × 100 中國涂料在線 污染源： STO 上海工廠屋頂?shù)姆蹓m灰。平均粒徑約 23.5 m, 亮度值 L*=4.9 ，與標準粉煤灰較接近。 FW200 高色 素炭黑。 Degussa 產(chǎn)品，平均粒徑約 13nm ，亮度值 L*=0 。 85% 的粉塵灰與 15% 的 FW 200 炭黑用研缽混和均勻成混合粉。 污染液的配比為： 2 g 混合粉： 2 g 丁醇： 2000mL 水。 這個方法避免了 GB 9780 中涂刷方法、水的溫度 ( 在實驗室里可以控制循環(huán)液的溫度 、試板的移動速度 等不穩(wěn)定因素。污染源沒有象其它一些公司那樣僅用顏料，而是加入了 STO 上海工廠屋頂?shù)姆蹓m灰，一方面 是為了接近上海