外墙乳胶漆耐沾污性及其人工加速测试方法的探讨

1、外墙乳胶漆耐沾污性及其人工加速测试方法的探讨郑公劭 ( 上海申得欧有限公司 201201摘要:对外墙乳胶漆耐沾污性的定义及其人工加速测试方法的标准规定进行了探讨。关键词:外墙乳胶漆;耐沾污性;测试;标准水性乳胶漆具有低能耗,低污染等特点,被广泛用于建筑物的装饰和保护。外墙乳胶漆除具有色彩丰富,施工方便,维修重涂容易等优点外,在耐气候老化,保色性,耐粉化等性能上也都较为令人满意。目前困扰外墙乳胶漆的一个重要问题是它的耐沾污性。尤其是在大气污染仍较严重的环境下这个问题更为突出。1 外墙涂料的耐沾污性根据实际中使用的效果,外墙乳胶漆涂膜污染可以分为两种现象:1 整个涂膜均匀地被粉尘、烟气,油性排放物

2、等污染而呈现变色、变暗的现象;2 在没有遮檐的墙面的涂膜上形成的雨痕条纹状污染,即所谓的“雨筋”现象。由于其与未被污染处有明显的视觉反差,这种污染往往被认为比均匀的污染更严重。粉尘细颗粒的粘附、堆积,涂膜对雨水夹带尘垢的吸人作用,静电吸附作用等均为第一类均匀污染的机理。提高乳液聚合物的 Tg ,提高乳液聚合物的交联密度,采用含硅,含氟等基料以降低涂膜的表面张力,使涂膜具有疏水性等都是提高外墙乳胶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,并不是在所有的环境下都表现出比一般乳液制得的乳胶漆涂膜有更好的耐沾污性。在一些空气湿度较大的环境中,含硅乳胶漆的涂膜并没有明显的优越性,

3、其被污染的程度比一般纯丙或苯丙乳胶漆涂膜更为严重。这里面当然与乳液基料中含硅量的多少 ( 有资料介绍我国硅改性乳胶漆的平均硅含量为 1.6% 、乳胶漆配方设计中 PVC 的高低等许多因素有关。虽然有不少的实验,尤其是用粉煤灰的试验方法来证明含硅乳胶漆的涂膜耐沾污性能较好,但是,实际应用效果并不完全如此。另外疏水性涂膜表面对“雨筋”状污染也没有很好的抗性。因此,硅改性乳液的乳胶漆比纯丙或苯丙乳液的乳胶漆耐沾污性一定更优的观念应该受到质疑和改变。一些 Tg 较高的乳液制得的乳胶漆的涂膜在抵抗粉尘的均匀污染方面表现出明显的优势,但同时在其涂膜表面会形成令人不愉快的“雨筋”污染。近年来关于涂膜表面究竟

4、疏水性还是亲水性更耐沾污已有不少的讨论。有人提出对于空气中亲油疏水的污染物,亲水性涂膜与污染物之间的结合力弱,雨水更易渗透到界面,耐沾污性良好。日本技术人员的实验表明,为防止和减弱“雨筋”污染,涂膜必须具有亲水性。外墙乳胶漆的耐沾污性问题,涉及到各种不同的因素。从污染源来讲,有亲水性的,也有亲油性的。从所处的环境条件来讲,有北方天高气爽,干燥少雨的干旱气候,也有南方沿海温热多雨,潮湿多雾的热带气候。从涂料来讲,有不同类型的乳液基料,不同高低的 PVC 设计,表面软硬不一的涂膜。众多的不同因素告诉我们:导致外墙乳胶漆涂膜被污染的原因、机理,以及它的解决方法是错综复杂的。目前一些经典的传统的理论并

5、不能完全解释所有的实际现象。还有许多方面需要进一步摸索、认识、探讨,实事求是地从实践中分析、理解,以期掌握客观规律和原理。相信经过广大涂料专家和技术人员的不懈努力,在外墙涂膜抗沾污方面一定会取得更大的进展。2 外墙涂料耐沾污性测试方法外墙涂料的耐沾污性能如此重要,其检验方法一直引起人们的重视。天然曝晒是检验耐沾污性的最可靠的方法。美国 ASTMD 3719 就是被广泛采用来评判外墙涂料耐沾污性的一个测试方法。但天然曝晒的方法耗时较长,天然环境条件很难标准化,保持一致性。这些问题限制了天然曝晒方法的使用,人们一直希望找到与天然情况较一致的人工加速耐沾污性测试方法。2.1 国内检测方法及存在问题我

6、国在 1988 年发布了 GB 9780 88 建筑涂料涂层耐沾污性测试方法国家标准。多年来没有见到这个方法的测试结果与实际使用状态之间相关性的报道,也没有这个方法与天然曝晒耐沾污性状况的对比试验报告。经过多年实践,发现这个方法标准本身的测试误差大,重复性差。尽管在制定 GB / T9755 2001 标准时,对这个方法进行了局部的修正,例如取消了计算公式中分母里的粉煤灰反射率一项,但仍存在很多问题。该标准对粉煤灰有详尽的规定:细度 180 目,筛余量小于 6% ,颗粒级配为 180 200 目占 20% , 200 250 目占 30% , 250 325 目占 50% ,反射系数为 25%

7、 30% ,烧失量为 3% 6% 。实际上这样的粉煤灰根本无法得到。即使是一些国家级检测机构,也是采用级筛的粉煤灰进行混拼。这种做法也仅考虑了粒径分配,误差很大。其它如反射系数,烧失量等均无法混拼,实际是不控制的。由于各地、各批次粉煤灰不能保证有统一的规格,测试结果的准确性当然就无法保证了。GB / T9755 2001 标准制订时,曾提出粉煤灰的规格应符合 GB / T1596 1331 用于水泥和混凝土中的粉煤灰中表 1 之级的规定。后来在标准正式发布时干脆取消了所有有关粉煤灰的质量规定,仅用脚注的形式说明“粉煤灰由本标准归口单位统一供应”。这样也就不清楚现在用的粉煤灰的粒径分布,反射率和

8、烧失量了。一些检测站的实践反映:新的统一供应的粉煤灰与以前的粉煤灰相比,同样测试,涂膜的反射率下降要低一些。这样的安排并不能保证其质量的一致性。许多单位反映上半年和下半年买来的标准粉煤灰同时用于测试同一样板的耐沾污性,结果相差很大。GB 9780 88 标准规定的涂刷方法是用软毛刷将 1 : 1 的粉煤灰水按横向和竖向各两次均匀地涂刷在样板上。 GB / T9755 2001 中又规定了涂刷量。但是,用不同的软毛刷,涂刷时的用力大小,都对测试结果有很大的影响。不同操作者进行试验的人为误差很大。在疏水性较强的涂膜上粉煤灰水不能均匀地刷涂,呈斑点状分布。过分用力涂刷的结果往往使涂膜受损,更影响了检

9、测效果。大量实践证明:由于标准中没有规定测试的环境温度和冲洗水的温度,不同温度的水冲洗的结果不一样。夏天和冬天对同一品种涂料的检测结果往往相差较大。有文章研究了温度对耐沾污性能的影响。对同一涂膜, 23 下涂膜的反射系数下降率高于 15 ,可以超过 5 个百分点。在用水冲刷时,试板的移动速度对冲洗结果有一定的影响。笔者曾经试着在冲洗时用较快的频率和以较慢的频率左右移动试板,发现结果不同。用较慢的频率移动试板,试板的局部表面上的粉煤灰会被冲去较多,甚至会出现冲刷后试板的表面被污染的状况很不一致的现象。另外, GB / T9780 88 测试方法也不能反映涂膜被“雨筋”状污染的程度大小。由于以上等

10、众多因素,这种测试方法误差大,重复性差。有文章报告了实验结果:同一试样,同一批粉煤灰,由不同人操作,测试结果相差 19.2 25.2 个百分点。同一试样,同一批粉煤灰,由同一人在不同时间操作,测试结果相差 15.4 个百分点。在同一条件下,采用不同方式涂刷粉煤灰,其测试结果相差 7.2 9.7 个百分点。在同一试样上,采用相同的涂刷方法,用不同的粉煤灰,测试结果相差最大,为 29.3 个百分点。以上分析和数据充分说明 GB9780 88 以及稍作修改后的 GB / T9755 2001 附录中的建筑涂料涂层耐沾污性试验方法不能科学地反映涂层的被沾污程度,弊病很大。用这样的试验方法很难测得合理的

11、结果。在产品标准中用这样的检验方法来测试,甚至用来作为仲裁性的判断,根本无法评价外墙乳胶漆涂膜真正的耐沾污性,不能起到许多人希望的控制和提高我国外墙涂料质量,尤其是耐沾污性的质量水平,还会对用户产生误导作用。最近 CB / T9780 88 正在被修订。但据说其基本方法没有改变,只是用含有石墨粉的配制粉取代原来的粉煤灰。这样前面分析的造成测试误差的因素基本没有改变。有关部门在 10 个不同单位用粉煤灰和配制粉同时对统一制作的涂膜样板进行了验证试验。 10 个单位的验证试验结果统计表明,无论是极差,还是标准差,配制粉比粉煤灰更大 ( 表 1 。表 1 粉煤灰与配制粉测试值比较项目粉煤灰配制粉测试

12、值最大值 X max 13.9% 21.5%测试值最小值 X min 7.1% 9.8%测试值最小值 X min 7.1%9.8% 测试值极差 R6.8% 11.7% 测试值平均值 X9.6% 13.8% 标准差 S1.95 3.042.2 国外的检测方法国外对外墙乳胶漆耐沾污性的人工加速检验方法也进行了研究。日本在 1995 年修订 JISK5663 合成树脂乳液涂料时,对内外用乳胶漆的耐沾污性做了修订试验,结论是在修订后的标准中没有包括耐沾污性这项指标。在正式发布该标准时同时发布的“标准解释”中指出:“本涂料若按 JDK 5400 的 8.10( 耐污染性 ,用污染材料 ( 食用色素、红茶、蜡笔、记号笔等 进行试验,验证试验证实的污染情况如解释表 3 。从表 3 可见,以污染性作为质量控制项目是毫无意义的,因此不采用。还有,关于室外曝晒污染的试验方法,因还没有确立,所以这次暂不采用。”“解释表 3 ” 污染试验验证