0前言

無機(jī)涂料是由堿性金屬硅酸鹽水溶液或硅溶膠為主要成膜物質(zhì)的涂料，與傳統(tǒng)的乳膠漆相比，無機(jī)涂料固化后與基材產(chǎn)生石化作用，附著力更強(qiáng)，且涂料有機(jī)物含量低，更環(huán)境友好，并且涂層還具有優(yōu)異的不燃、耐久、透氣等性能。但當(dāng)無機(jī)涂料在應(yīng)用到外墻時，受涂層自身多孔透氣和室外環(huán)境潮濕、下雨等因素的影響，極易造成無機(jī)涂料黏結(jié)強(qiáng)度變化與耐水性不足等問題。

外墻色漆的黏結(jié)強(qiáng)度與耐水性是外墻涂料.重要的性能之一，也是涂料用戶評價外墻涂料質(zhì)量高低的重要指標(biāo)之一。目前市面上絕大部分外墻無機(jī)涂料標(biāo)準(zhǔn)對有機(jī)物含量與內(nèi)墻標(biāo)準(zhǔn)有所不同，一般來說，外墻無機(jī)涂料有機(jī)物含量≤8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同）即可。而在無機(jī)涂料體系中，有機(jī)物含量基本由乳液含量所決定，而乳液含量的高低對無機(jī)涂料性能有重要的影響，但目前系統(tǒng)研究乳液含量變化對外墻無機(jī)涂料的影響較少。因此，研究乳液含量變化對外墻無機(jī)涂料在工程應(yīng)用中適用性能，尤其是黏結(jié)強(qiáng)度和耐水性能具有重要意義。

本研究設(shè)計(jì)思路為：利用外墻無機(jī)涂料體系中乳液含量的變化來研究外墻無機(jī)涂料黏結(jié)強(qiáng)度與耐水性能的影響。主要研究方法為：通過外墻無機(jī)涂料初期耐水性、附著力和涂層吸水量進(jìn)行表征。希望通過本研究，能進(jìn)一步拓展外墻無機(jī)涂料的應(yīng)用理論與技術(shù)支持，為無機(jī)涂料研究工作者提供新的思路與方法。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

硅酸鉀K1、K3工業(yè)級，西安通鑫半導(dǎo)體輔料有限公司；硅酸鉀K2，工業(yè)級，安徽瓷瑪新材料技術(shù)有限公司；聚合物乳液，工業(yè)級，巴斯夫；多功能助劑AMP-95纖維素X1、纖維素X2、消泡劑、分散劑、穩(wěn)定劑、疏水劑SI，工業(yè)級，上海奧潤化工有限公司；鈦白粉、高嶺土、重鈣、滑石粉，工業(yè)級，中核華原鈦白股份有限公司；去離子水，自制。

實(shí)驗(yàn)樣板：無石棉纖維水泥加壓板，標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司。

1.2主要設(shè)備

電子..試驗(yàn)機(jī)，CMT-4304,深圳三思縱橫科技股份有限公司；不透水性試驗(yàn)漏斗，BGD1357,標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司。

1.3涂層制備

以1000g為固定量，在40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同）的去離子水中添加0.6%的纖維素（X1或X2）和0.1%的AMP-95，在轉(zhuǎn)速500r/min

時攪拌5min,待纖維素溶脹后，添加0.2%的消泡劑，0.4%的潤濕分散劑、0.2%的穩(wěn)定劑，在轉(zhuǎn)速500r/min時攪拌10min,接著添加8%的金紅石型鈦白粉、7%1200目高嶺土、12%800目重鈣、3%滑石粉，調(diào)整轉(zhuǎn)速為1500r/min攪拌分散30min使細(xì)度將至50um以下；調(diào)整轉(zhuǎn)速為600r/min，依次加入0.2%的消泡劑、7%～14%聚合物乳液，攪拌分散10min；然后添加13%～19%硅酸鉀（K1或K2或K3），攪拌10min,再逐步添加1%有機(jī)硅疏水S1、0.2%消泡劑，攪拌均勻并控制黏度在85KU，得到外墻無機(jī)涂料。配方見表1。

將涂料使用120um和80um線棒刮涂在無石棉纖維水泥板上，30min即可實(shí)干，養(yǎng)護(hù)7d進(jìn)行性能測試。

1.4主要性能檢測方法

初期耐水性實(shí)驗(yàn)：將各配方外墻無機(jī)涂料刮涂制備好涂層后，表干1h后模擬雨水沖刷15h，觀察各涂層表面狀態(tài)。

黏結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：采用CMT-4304型電子..試驗(yàn)機(jī)測試各乳液含量的外墻無機(jī)涂層的附著力黏結(jié)強(qiáng)度，該試驗(yàn)機(jī)的工作負(fù)荷為5kN，測試速度為10mm/min。所有樣品的有效尺寸均為200mm×200mm×5mm，每個測試重復(fù)5次以確?？芍貜?fù)性。

涂層吸水量實(shí)驗(yàn)：采用BGD1357型不透水性試驗(yàn)漏斗測試各乳液含量的外墻無機(jī)涂層的吸水量。將實(shí)驗(yàn)樣板置于水平態(tài)，將不透水性試驗(yàn)漏斗置于樣板的中部，用不吸水的密封材料密封試板和透水性試驗(yàn)裝置的縫隙并保證不滲水。用去離子水注入漏斗內(nèi)，直至漏斗的0mL刻度，漏斗頂端用錫紙蓋包住，記錄靜置2h內(nèi)不同時間段的液面下降毫升數(shù)，每個測試重復(fù)3次以確?？芍貜?fù)性。

1.5實(shí)驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

JG/T26-2002《外墻無機(jī)建筑涂料》；T/CSTM00632.3-2022《建筑涂飾工程用涂料產(chǎn)品技術(shù)要求第3部分：無機(jī)建筑涂料體系》；JG/T210-2018《建筑內(nèi)外墻用底漆》。

2結(jié)果與討論

2.1硅酸鉀、纖維素和疏水劑的變化對涂料初期耐水性的影響--確定實(shí)驗(yàn)配方體系

外墻無機(jī)涂料中硅酸鉀性能成長緩慢、初期耐水差，在工程應(yīng)用的時候，如果噴涂結(jié)束表干時間內(nèi)出現(xiàn)下雨情況，可能會導(dǎo)致無機(jī)外墻涂料出現(xiàn)發(fā)泡、起皮、剝落等缺陷現(xiàn)象，因此，需研究外墻無機(jī)涂料的初期耐水性能的影響因素及規(guī)律。

擬通過對硅酸鉀、疏水劑、纖維素和乳液的變化來研究篩選外墻無極涂料配方。首先通過同一廠家K1、K2和K3這3種不同硅酸鉀來篩選何種硅酸鉀產(chǎn)品初期耐水性更好，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究纖維素種類和疏水劑的添加對外墻無機(jī)涂料的初期耐水性影響，.后研究硅酸鉀和乳液的配比對外墻無機(jī)涂料的初期耐水性影響。

本實(shí)驗(yàn)中，3種不同硅酸鉀與兩種纖維素參數(shù)信息如表2所示。

實(shí)驗(yàn)測試方案為：將個涂層樣板表干1h后模擬雨水沖刷15h，觀察涂層表面狀態(tài)。

本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)7組配方：配方1^?為硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與純羥乙基纖維素醚制備的涂層，其中，純羥乙基纖維素醚是目前市面上制備無機(jī)涂料常用的纖維素，而硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀是市面上常用的穩(wěn)定化處理硅酸鉀升級版。配方2^?為常用的穩(wěn)定化處理硅酸鉀與常用的純羥乙基纖維素醚。配方3^?為硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與改性陰離子纖維素醚，是本實(shí)驗(yàn)中價格.貴、改性.好的材料配方。配方4^?為穩(wěn)定化處理硅酸鉀與改性陰離子纖維素醚。

前4個配方可以兩兩作對比，以研究各配方體系初期耐水性能。配方5^?為硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與純羥乙基纖維素醚，配方體系中將乳液含量由7%提高到14%，與配方1^?作對比。配方6^?為常用的穩(wěn)定化處理硅酸鉀與純羥乙基纖維素醚，配方體系中添加疏水劑，對比配方2^?，以研究疏水劑對涂層初期耐水性影響。配方7^?為低活性二氧化硅含量穩(wěn)定化處理硅酸鉀與純羥乙基纖維素醚，此配方是用于研究低成本硅酸鉀的初期耐水性能。硅酸鉀、疏水劑、纖維素和乳液對涂料初期耐水性影響如表3和圖1所示。

從1^?、2^?和7^?3組實(shí)驗(yàn)對比可以分析出，其變量為硅酸鉀不同，其他因素保持一致，都使用了纖維素X1，其結(jié)果表明，3組硅酸鉀復(fù)配纖維素X1制備的外墻無機(jī)涂料初期耐水性都不太好，出現(xiàn)了起泡、剝落和掉粉問題。從1^?、2^?、3^?和4^?4組實(shí)驗(yàn)對比可以分析出，其變量為纖維素不同，纖維素X2復(fù)配的外墻無機(jī)涂料表干1h后進(jìn)行自來水沖刷15h無異常，干燥后強(qiáng)度無變化。從1^?、5^?和6^?實(shí)驗(yàn)對比可以看出，如何含量提高到14%、添加疏水劑S1都不能完全解決外墻無機(jī)涂料出去耐水性不足的問題。因此，可以初步確定K1+X2或K2+X2這兩種配方。

進(jìn)一步對K1+X2或K2+X2兩種配方外墻無機(jī)涂料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)K2+X2配方外墻無機(jī)涂料熱儲存之后增稠明顯，整體性能較K1+X2差些。因此選擇K1+X2配方，也就是硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與改性陰離子纖維素醚制備的外墻無機(jī)涂料來進(jìn)行下一步不同乳液含量對無機(jī)涂料初期耐水性影響研究。

2.2聚合物溶液含量的變化對涂料初期耐水性的影響

根據(jù)T/CSTM00632.3-2022《建筑涂飾工程用涂料產(chǎn)品技術(shù)要求 第3部分：無機(jī)建筑涂料體系》標(biāo)準(zhǔn)要求，外墻無機(jī)涂料有機(jī)物含量≤8%，而實(shí)驗(yàn)使用的乳液固含量在50%左右。因此，適當(dāng)?shù)貙⑷橐汉吭黾拥?/span>13%，其中有機(jī)物含量占比6.5%，復(fù)配其他有機(jī)助劑，可以保證有機(jī)物含量小于8%，符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，設(shè)計(jì)7%～13%乳液添加量與超額的14%乳液添加量來研究乳液含量變化對外墻無機(jī)涂料的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，K1+X2外墻無機(jī)涂料初期耐水性極佳，其性能成長快，表干1h后進(jìn)行自來水沖刷15h涂膜無任何異常；而隨著乳液添加量增加，當(dāng)乳液含量＞13%、有機(jī)物含量＞8后，涂膜特別是邊緣反而出現(xiàn)了起泡異常。

這主要是因?yàn)椋?dāng)乳液含量＞13%、有機(jī)物含量＞8后，由于聚合物乳液的增加，其在無機(jī)涂料中，聚合物乳液成了主要成膜物質(zhì)，固化后涂膜更加致密，失去了無機(jī)涂料的透氣優(yōu)勢。因在進(jìn)行初期耐水性測試過程中沒有封邊封底，在沖水過程中基材也吸收了大量的水分，當(dāng)水分向上揮發(fā)時，無機(jī)涂料透氣多孔，當(dāng)乳液含量不高時，氣體可以逸出，不會出現(xiàn)問題；而乳液含量過高的涂層，因過于致密反而被頂出了氣泡。

因此從此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中可以得出一個結(jié)論，對于K1+X2外墻無機(jī)涂料而言，乳液含量13%是一個臨界值。乳液含量＜13%的涂料以硅酸鹽成膜為主，具有無機(jī)涂料的透氣多孔的性能優(yōu)勢；而乳液含量＞13%時，涂料以乳液成膜為主，涂膜會更加致密，雖喪失了透氣多孔的性能優(yōu)勢，但是涂料更加致密，對色漿的包裹作用更佳，會減少外墻無機(jī)涂料的褪色問題。

2.3聚合物溶液含量的變化對涂料黏結(jié)強(qiáng)度的影響

為進(jìn)一步研究聚合物乳液對無機(jī)涂料黏結(jié)強(qiáng)度與涂層致密性的影響，采用不同乳液含量制備的無機(jī)涂料進(jìn)行附著力拉拔測試。

從附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表4可以看出，當(dāng)乳液含量在10%～13%添加范圍內(nèi)時，其附著力高達(dá)3MPa，表現(xiàn)出較高的附著力值。眾所周知，無機(jī)涂料中硅酸鹽可以與水泥基底發(fā)生硅化反應(yīng)，從而促進(jìn)無機(jī)涂料在基材上的附著強(qiáng)度。從圖3可以看出，拉拔后，拉拔頭帶出大量混凝土基材，證明了硅化反應(yīng)的存在。另一方面，無機(jī)涂料內(nèi)的乳液可以與粗糙的基材表面黏結(jié)以提高取向力，表面越粗糙，其強(qiáng)度越高。因此乳液含量在10%～13%添加范圍內(nèi)，是一個較好的硅酸鹽與乳液對基材附著的協(xié)同作用值。

2.4聚合物乳液含量的變化對涂層致密性的影響

不同乳液含量制備的無機(jī)涂料對涂層致密性也有很大的影響，這可能導(dǎo)致無機(jī)涂層吸水量不同，因此設(shè)計(jì)了涂料吸水量實(shí)驗(yàn)。從表5和圖4結(jié)果可以看出，隨著乳液含量的進(jìn)一步提升，涂層吸水量逐步降低，涂層越來越致密。

3結(jié)語

3.1小結(jié)

（1）外墻無極涂料建議使用硅溶膠復(fù)配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與改性陰離子纖維素醚搭配的配方，其應(yīng)用在外墻領(lǐng)域時，性能更優(yōu)。

（2）乳液含量對外墻無機(jī)涂料初期耐水性影響很大，乳液含量少時，涂料噴涂結(jié)束表干1h內(nèi)水流沖刷15h無發(fā)泡、起皮、剝落等缺陷，干燥后強(qiáng)度無變化；乳液含量高時，涂層沖刷15h 后易發(fā)泡。

（3）乳液含量在10%～13%添加范圍內(nèi)時，外墻無機(jī)涂料在混凝土上黏結(jié)強(qiáng)度在3Mpa以上 。

（4）乳液含量越高，外墻無機(jī)涂料吸水量越低，涂層越致密。

3.2建議與展望

基于乳液含量對外墻無機(jī)涂料初期耐水性、黏結(jié)強(qiáng)度與涂層致密性的影響規(guī)律，在外墻無機(jī)涂料實(shí)際生產(chǎn)、施工、應(yīng)用工程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）合理的乳液添加量對于外墻無機(jī)涂料體系而言，可增強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用過程中的初期耐水性能，使其在不同施工環(huán)境中也能較好應(yīng)用。同時乳液含量的提高，并不一定會影響無機(jī)涂料與混凝土的硅化反應(yīng)，合理的配比能有更好的協(xié)同作用，對進(jìn)一步提升無機(jī)涂料附著力有幫助。無機(jī)涂料耐水性差、吸水量高，可適當(dāng)在滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求下提高乳液含量。

（2）外墻無機(jī)涂料的初期耐水性、黏結(jié)強(qiáng)度與涂層致密性除了與硅酸鹽種類、乳液、助劑和填料種類等因素有關(guān)外，乳液含量對其性能也有重大影響。涂料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出合理的外墻無機(jī)涂料配方。對于外墻無機(jī)涂料而言，低成本高性能一直是市場需求的主旋律，但在降低成本的同時，生產(chǎn)商必須兼顧涂料的高性能標(biāo)準(zhǔn)。