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外墙涂料施工

2010-09-27

       据资料统计,在欧美等工业发达国家,建筑物外墙采用高性能涂料涂饰的或防火涂料已占 90 % ;而我国外墙采用涂料涂饰的还远低于这一水平,大部分使用硬面材料 ( 面砖、花岗岩、瓷砖、幕墙和不锈钢面板 )。这些硬质饰面材料不仅造价高,而且还存在破损坠落的安全隐患,被喻为“城市定时炸弹”。新加坡、马来西亚等国家已经立法规定:高层建筑不允许使用瓷砖装饰。目前我国一些省市已出台或正在制定外墙限用幕墙、瓷砖的法规。这些无疑都为外墙涂料的发展提供了广阔的空 间。“十五”期间,全国城乡住宅累计竣工面积达 57 亿 m 2( 平均每年 1 1 . 4 亿 m 2) ,也为发展外墙涂料提供了巨大的市场 。
     虽然外墙涂料有其独特的优势和巨大的发展空 间,但外墙涂料要在外墙装饰中唱主角,还面临着巨大的考验,必须具有较高的耐久性,才能适应当前建筑技 术发展的需求。也即要求涂料的饰面装饰效果不随时间的流逝而很快下降,而且能够抵御外界各种污染源的沾污。因此发展高耐候保色性和高抗沾污能力的外 墙涂料成为外墙涂料发展的一个重要方向。
 外墙涂料耐久性
   1 耐候保色性
     装饰功能是外墙涂料的重要功能之一。外墙涂料 长期暴露于户外,受到风吹、雨淋和日晒,经过一段时间后,饰面的外观会发生粉化、变色、褪色、失光等现象。对高性能外墙涂料的耐候保色要求一般是 8 ~ 10 a 以上,相当于国家标准中人工加速老化 1 000 h 以上,其变色不大于 2 级。涂膜的粉化、褪色和变色与涂料的基料和颜料有着密切的联系。
(1) 基料与耐候保色性
     基料对涂料的性能起着决定性的作用。外墙饰面受紫外线、日晒及雨水的作用会逐级劣化,其中紫外线的影响最大。它能使基料聚合物发生化学反应而变 质。如果乳液聚合物含有聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基 丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯和聚丁二 烯等,受到紫外线照射,很容易发生主链断裂、分子间交联或降解反应。
     这样基料中聚合物因交联或降解会 引起涂膜物性的变化:分子间交联会使延伸性降低,而主链断裂会降低涂膜的强度,最终导致外墙涂料的泛黄或粉化。所以在配制高性能外墙涂料时应注意基料的优选,选择耐候性优异的乳液作为基料。硅改性丙烯酸乳液和水乳型聚氨酯是目前发展最快、最具开发 前景的涂料基料品种。这些基料聚合物分子间较高的 化学键能和特殊的分子结构决定了它们具有优异的抗老化性能,其人工加速老化均超过 1 500 h ,有的甚至达到 3 000 h ,完全能够满足高性能外墙涂料对基料耐 候性的要求。当然乳液的耐候性不仅跟品种有关,而 且还跟乳液中乳液颗粒的尺寸和乳化体系紧密相关。乳液颗粒越细,所形成的涂膜越完善,其耐候性相应地也较优良。此外,还在乳液中加入一定量的紫外线吸收剂,可以减少紫外线对涂膜的损伤。
(2) 颜料和耐候保色性
     涂料的涂膜主要由基料聚合物和颜 ( 填 ) 料构成。因此 2 种主要组分的种类和比率决定着涂膜的结构和 物性 。在涂料配方中,若颜料体积浓度 (PVC) 低于临界 PVC ,颜料粒子分散在基料聚合物连续相中,形成“海—岛”结构;但如果 PVC 超过临界 PVC 时,基料聚 合物就不能将颜料粒子间的空隙完全充满,颜料粒子 松散堆积,其间出现空隙,涂膜的耐洗刷性、耐污染、耐 候性急剧下降。同类乳液品种, PVC 越低,光泽越高,耐候性、保色性越差。所以,在配制高性能外墙涂料时应严格控制 PVC 尽量小于临界 PVC ,保证涂膜的完整。
     颜料的主要作用就是使涂膜具有一定的遮盖力和呈现不同的色彩,因此要使涂膜具有优异的耐候性,颜料就需具有较好的遮盖力和着色力,较高的分散度,鲜明的颜色以及对光的稳定性等。耐候性优异的白色颜 料不仅自身的颜色始终如一,而且能吸收大量紫外线, 减轻紫外线对基料或其他彩色颜料的破坏作用,即提 高涂膜的耐候保色性。白色颜料中应用最广、效果最 好的是金红石型钛白粉。彩色颜料中无机和有机颜料均在使用,但从涂膜的耐候性能考虑,一般使用无机颜 料比较适合。无机颜料的耐光性和耐候性一般优于有 机颜料, 目前在外墙涂料中主要采用耐候性优异的铁系颜料。
     另外,在高性能涂料中应尽量避免使用易粉化的填料,而使用具有较好耐候性及酸碱稳定性的填料。应用效果较好的有沉淀硫酸钡、石英粉、云母粉和硅灰石粉等。
2 . 2 耐污染性
     我国工业烟气、粉尘和汽车尾气排放超标严重,空 气中的粉尘含量高,而且人均绿地面积较少。因此,高 耐污染性的外墙涂料对适应这种特殊的环境状况具有极其重要的现实意义。
     高耐污染性是外墙涂料十分重要的性能指标。外墙涂料发展缓慢,一个重要的原因就是涂层的耐污染性不理想,装饰效果短暂。因此,高性能外墙涂料需要解决的一个重要问题就是设法提高涂层的抗沾污性,使涂层对污染介质有抵御能力。涂料抗沾污性能不良 的原因主要有:①涂料配制过程中一般都要使用乳化 剂和各种助剂,随着时间的推移,涂层中的这些低分子 物质要挥发,这样一来涂层中留有大量的孔隙。就微 观结构而言,与溶剂型涂料相比较,乳胶涂料涂层含有大量的微孔,且表面比较粗糙,呈现出凹凸不平。大气中的尘埃在重力的作用下容易沉积其中,对涂层色彩形成不同程度的遮盖。下雨时,尘埃随同雨水在毛细作用下侵入涂层,水分蒸发后,尘埃微粒继续留存于微孔内,这将会对涂膜的装饰效果产生“致命”的影响。
     因此,提高涂膜的致密度、坚硬性是解决沾污性问题的 一 个重要途径。笔者曾研制过的一种硅溶胶一丙烯酸 酯乳液有机一无机复合涂料,经抗沾污测定,其反射率下降仅在 5 %左右,主要是由于硅溶胶胶体颗粒比较 细微,粒径一般在 5 ~ 40 nm ,成膜之后的结构非常致密坚硬,间隙极小,尘埃粒子不易侵入其间。在涂料中添加纳米级 SiO 可以提高涂膜的硬度,从而大幅度提 高抗沾污能力。② 基料中的有机高分子链的结构决定 了高分子乳液涂膜容易产生静电积累,从而产生静电吸附,尘埃微粒容易吸附于涂层的表面,影响涂料的装饰效果,在乳液高分子链中引进一些离子型无机的价键 ( 如 Si — O) 可以提高导电性能,避免静电吸附对涂 层的污染。③ 由于涂层高温返黏、易沾尘,造成装饰效果降低,一般硬度高的涂膜耐沾污性好,这就需要所用 乳液的玻璃化转变温度 ( Tg ) 高,但这同时对涂膜施工性不利。乳液的最低成膜温度 (MFr) 随 的提高相应提高,在常温下涂料不能有效地成膜;如果要满足施工 性要求,使 MFT 较低, Tg 相应变低导致涂膜变软,耐 沾污性差。当外界温度升高时,这种涂层容易返黏,极易黏附尘埃微粒。为了改进乳液的高温回黏,近几年 发展起来的硅丙乳液具有极高的耐沾污性,反射率下降为 3 % ~ 4 % 。另外,硅和氟树脂改性乳液由于其表 面张力低,斥水性好,具有荷叶效应。因此也具有良好的耐沾污性。
3 涂料耐久性与施工关系
     严格地说,涂料只是一个半成品,它最终的目的是涂装于建筑物表面,对建筑物起装饰和保护作用。因 此,施工后干燥成膜的涂层才是成品。即涂料耐久性的发挥与其配套的施工技术有密切的关系,为了获得满意而长期的涂饰效果,就必须对涂料的施工工程质量进行严格地控制 。
     通常由于外墙涂料施工方法不当引起的涂装缺陷主要有掉粉、起皮、泛碱、脱落等。为了避免这些质量缺陷的出现,应严格按照涂料施工工程规范进行施工。对于水泥基层来说应特别注意控制水分和碱度。按规定施涂乳液型涂料的基层含水率不得大于 10 % ;混凝土基层材料养护龄期应在 28 d 以上,水泥砂浆抹灰应在 14 d 以上,基层的 pH 控制在 l0 以下;施工前应清除表面的浮尘、油污等,保持基层表面良好的清洁度;在涂装多孔性底材前应涂刷一层乳胶型或溶液型封闭底漆,避免底材对涂料的吸入不均,造成发花。
4 涂料耐久性的评价
     涂料的耐久性是一项综合性指标,不仅包含涂层 抵御气候变化的能力,而且还应保证在一定时间内涂层的装饰效果。涂层的耐候性可以通过天然暴晒或人工加速老化的方法来确定。天然暴晒是将试样置于实际的气候环境中,其试验结果较为准确。但试验周期长,成本高。因此一般采用人工加速老化的方法评价涂料的耐候性。人工加速老化是模拟气候环境,对涂 层进行紫外线照射、淋雨、加热等处理。涂膜经过一段 时间的人工加速老化后,其表面的状态 ( 颜色变化、剥 落、裂纹、起泡 ) 作为评价耐候性的指标。目前,涂料的 装饰效果主要由涂层耐沾污性确定。以一定量的污染 介质涂刷于涂膜的表面,干后用水冲冼,经规定循环后,测定涂层反射系数的下降率,以此表示涂层的耐沾污性。反射系数下降率越小,涂膜的耐沾污性越好,相 应的装饰效果也越理想。
5 结语
     涂料耐久性是涂料多项性能的集中表现,它不仅 取决于涂料本身的质量 ( 内因 ) ,而且受制于施工技术 水平 ( 外因 ) 。因此,在高性能外墙涂料的开发和研制中应考虑以下几个方面。
    (1) 注意各种原材料的优选和开发。硅丙、氟碳分子链较高的键能和特殊的分子结构决定了它们对外界环境具有极高的稳定性,因此这 2 种乳液成为近期研究和应用的热点。
    (2) 在涂料中引入纳米材料。纳米材料的特殊结构 和特性会使涂料的许多性能 ( 耐候性、耐污染性 ) 产生 “质”的飞跃。目前国外和国内许多公司已经推出硅纳米结构改性丙烯酸自清洁型外墙涂料。
    (3) 进取合理、精细的施工操作,加强施工监督。 综上所述,只有从材料的选择到施工的验收每一 步都进行严格控制,外墙涂料涂膜一定能够经受实际使用环境的长期考验而不破坏,达到优异的耐久性。