水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料的研制與應(yīng)用研究

王旭洋，戎肖江，唐娜

（1.天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，2.天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；3.杭州之江有機(jī)硅化工有限公司，浙江311200）

水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料的研制與應(yīng)用研究

王旭洋1，2，3，戎肖江3，唐娜1，2

（1.天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，2.天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；3.杭州之江有機(jī)硅化工有限公司，浙江311200）

摘要：以丙烯酸彈性乳液、純有機(jī)硅樹(shù)脂和聚氨酯分散體混合體為基料，以金紅石鈦白粉、重質(zhì)碳酸鈣、煅燒高嶺土為顏填料，配以助劑制備了水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料并優(yōu)化了制備條件，為：顏填料的加入量為40wt%，丙烯彈性酸乳液SC-138的加入量為35wt%，彈性聚氨酯分散體pu101的加入量為5wt%，純有機(jī)硅樹(shù)脂BS-43N的加入量為5wt%。應(yīng)用研究結(jié)果表明：研制的水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料具有較高拉伸強(qiáng)度、低吸水量、低沾污性和良好透氣性等良好的綜合性能。

關(guān)鍵詞：水性有機(jī)硅樹(shù)脂；聚氨酯分散體；彈性涂料；透氣性；耐沾污性Abst ract：In this paper，we use elasticpolyacrylic emulsion，silicone resin and polyurethane dispersion m ixture as the binder，prepared with rutile titanium dioxide，calcium carbonate and calcined kaolin as pigments and f llers，With additives prepared water based organic silicone elastomer exterior paint.The best preparation conditions was optimized，as follows：the amount of pigment is added 40wt%，elasticpolyacrylic emulsion SC-138 added in an amount of 35w t%，an elastic polyurethane dispersion is added in an amount pu101 5wt%，of pure silicone resin of BS-43N add an amount of 5w t%. Application research results show that the development of water based organic silicon resin elastic exterior wall coating with good comprehensive performance，such as high tensile strength，low water absorbing capacity，high dirt-pickup resistance good permeability and so on.

0　前言

墻體裂縫嚴(yán)重影響建筑物的整體美觀，造成雨水和二氧化碳?xì)怏w入侵，引起鋼筋銹蝕，加快墻體碳化速度，建筑物墻體飾面裂紋已成為影響建筑工程質(zhì)量的通病之一。為解決建筑物外墻底材開(kāi)裂、伸縮和基層的細(xì)微裂紋，涂料界近幾年開(kāi)發(fā)了具有延伸性的彈性涂料來(lái)彌蓋墻體裂紋以解決這類(lèi)問(wèn)題［1]。然而這類(lèi)彈性涂料主要以低玻璃化溫度的丙烯酸乳液為成膜物質(zhì)，存在著涂膜耐沾性較差，透氣性差等問(wèn)題。特別是在建筑物外保溫系統(tǒng)裝飾面層中使用時(shí)，很滿足外保溫系統(tǒng)對(duì)涂料的性能要求。

本研究固定配方中的丙烯彈性酸乳液和顏填料的量，通過(guò)添加不同比例的純有機(jī)硅樹(shù)脂和彈性聚氨酯分散體并配以助劑優(yōu)化制備條件及參數(shù)研制了具有較高延伸率和高拉伸強(qiáng)度、高耐候性、低沾污性同時(shí)具有良好透氣性和低吸水量的水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

丙烯酸彈性乳液SC-138（52%固含量，德國(guó)巴斯夫股份有限公司）；純有機(jī)硅樹(shù)脂BS-43N（50%固含量，德國(guó)瓦克化學(xué)有限公司）；彈性聚氨酯分散體pu101（30%固含量，合肥科天化工有限公司）；金紅石鈦白粉R-902（美國(guó)杜邦公司）；成膜助劑Texanole（美國(guó)伊士曼化工公司）；重質(zhì)碳酸鈣1000目（廣福建材精化有限公司）；煅燒高嶺土1250目（內(nèi)蒙古天之?huà)筛邘X土有限公司）；分散劑、消泡劑、增稠劑、殺菌劑（美國(guó)羅門(mén)哈斯公司），實(shí)驗(yàn)所用到水均為去離子水。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)采用JSF-500型分散機(jī)和KSM-2開(kāi)啟式砂磨機(jī)購(gòu)自上海普申化工機(jī)械有限公司；NZW涂料耐沾污測(cè)試儀購(gòu)自廣州德滿億儀器有限公司；GXD080B氙燈老化試驗(yàn)箱蘇州廣郡電子科技有限公司；DXLL-10000電子拉力試驗(yàn)機(jī)購(gòu)于上海德杰儀器設(shè)備有限公司；PL403電子天平購(gòu)于梅特勒-拖利多儀器公司。

1.3水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料的制備

（1）固定實(shí)驗(yàn)配方中顏填料，丙烯酸彈性乳液SC-138等比例，其中SC-138含量為35wt%，顏填料含量為40wt%，通過(guò)添加不同比例的純有機(jī)硅樹(shù)脂BS-43N和聚氨酯分散體pu101制得彈性外墻涂料的樣品并進(jìn)行其性能測(cè)試。

（2）工藝流程：將去離子水，分散劑，消泡劑加入分散釜中，攪拌5分鐘，依次加入R-902鈦白粉，煅燒高嶺土，重質(zhì)碳酸鈣，高速分散45分鐘。將分散好的漿料輸入砂磨機(jī)砂磨，砂磨好后輸入到調(diào)漆釜，慢速攪拌下依次加入成膜助劑Texanole，純丙烯酸彈性乳液

SC-138，純有機(jī)硅樹(shù)脂BS-43N，彈性聚氨酯分散體pu101，增稠劑、殺菌劑，攪拌均勻后即得所需產(chǎn)品。

1.4涂料測(cè)試和性能表征

（1）拉伸性能：（包括拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率）依據(jù)GB528-1998標(biāo)準(zhǔn)，采用力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試（拉伸速度為500mm/min）。

（2）耐人工老化測(cè)試：依據(jù)GB/T1865標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果評(píng)定依據(jù)GB/1766，其中變色等級(jí)的評(píng)定依據(jù)GB/T1766-1995中4.2.2。

（3）吸水量：依據(jù)JG149-2003中1.1。

（4）水蒸氣透過(guò)率：依據(jù)JG/T309-2001，試驗(yàn)方法依據(jù)其中的7.2部分，結(jié)果計(jì)算依據(jù)8.1.1。

（5）耐沾污性測(cè)試：依據(jù)GB/9780-2005（建筑涂料涂層耐沾污性試驗(yàn)方法）。

2　結(jié)果與討論

2.1彈性聚氨酯分散體pu101濃度對(duì)涂料拉伸性能的影響

水性聚氨酯分散體是聚氨酯以微小顆粒分散在水介質(zhì)中的兩相體系。高分子分散體施工后，水分揮發(fā)，微小的高分子顆粒濃縮形成緊密堆積，在一定的條件下形成為有良好機(jī)械性能的涂膜材料［2]。pu101濃度添加量對(duì)拉伸性能的影響如圖1所示。pu101的加入對(duì)涂料斷裂延伸率影響不顯著，當(dāng)其添加濃度為1%-5%時(shí)斷裂延伸率略有提高。隨著彈性聚氨酯分散體pu101濃度的增加則涂料拉伸強(qiáng)度顯著增加，pu101的加入能有效的提高涂料的拉伸強(qiáng)度，增強(qiáng)了涂膜的彌蓋裂紋的功能。

圖1　彈性聚氨酯分散體PU101濃度對(duì)涂料拉伸性能的影響

2.2硅樹(shù)脂BS-43N對(duì)涂料耐候性的影響

硅樹(shù)脂是硅分子三維交聯(lián)的化合物，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于石英，他們都以硅/氧為骨架，硅氧鍵能與碳碳鍵能、碳氧鍵能相比高很多，紫外線的能量不足以使硅氧鍵斷裂，所以硅樹(shù)脂具有很好的附著力和耐久性。通常采用耐人工老化性來(lái)衡量樣品的耐候性，涂料的耐人工老化性隨著硅樹(shù)脂BS-43N濃度的增加顯著提升，如圖2所示。

圖2　硅樹(shù)脂BS-43N濃度對(duì)涂料耐候性的影響

2.3硅樹(shù)脂BS-43N對(duì)涂料吸水量的影響

涂料的吸水率是外墻涂料極重要的一個(gè)指標(biāo)［3]，包括涂料層，砂漿等整個(gè)外保溫系統(tǒng)的吸水量要求不大于500g/（m2.d），那么對(duì)于涂料層而言，其吸水量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于500g/（m2.d）這樣才能使整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)該項(xiàng)指標(biāo)，墻體的破壞、吸潮、長(zhǎng)霉、泛堿都是因?yàn)橥苛衔蔬^(guò)高引起的。見(jiàn)圖3所示，隨著硅樹(shù)脂BS-43N度濃的增加涂料的吸水量下降明顯。

圖3　硅樹(shù)脂BS-43N濃度對(duì)涂料吸水量的影響

2.4硅樹(shù)脂BS-43N對(duì)涂料透氣性的影響

涂料透氣性差則容易起泡、開(kāi)裂及脫落，涂料的透氣性對(duì)于外保溫系統(tǒng)極為重要［4]。JG/T309-2001規(guī)定了外墻涂料水蒸氣透過(guò)率的分級(jí)，本實(shí)驗(yàn)采用水蒸氣透過(guò)率表征樣品的透氣性。研究表明：隨著硅樹(shù)脂BS43N濃度的增加，涂料水蒸氣透過(guò)率從35V/g/（m2.d）變化至98V/g/（m2.d），硅樹(shù)脂BS-43N的加入有效地改善了涂料的透氣性，如圖4所示。

圖4　硅樹(shù)脂BS-43N濃度對(duì)涂料水蒸氣透過(guò)率的影響

2.5硅樹(shù)脂BS-43N對(duì)涂料耐沾污性的影響

涂膜耐沾污性的好壞直接影響到了建筑物的裝飾效果，一般的丙烯酸彈性外墻涂料所采用的彈性乳液玻璃化溫度（tg）較低，制得的產(chǎn)品耐沾污性比較差，特別是到了夏天的高溫季節(jié)涂膜容易發(fā)粘，從而被灰塵等污染物所污染，加入硅樹(shù)脂BS-43N可以有效提高涂料的耐沾污性，如圖5所示，隨著B(niǎo)S-43N濃度的提高，涂料的耐沾污性明顯下降。

2.6硅樹(shù)脂BS-43N對(duì)涂料斷裂延伸率的影響。

硅樹(shù)脂BS-43N是熱固性材料，隨著B(niǎo)S43N量的增大，涂料的耐沾污性變好，而斷裂延伸率降低［5]，加入BS-43N后，導(dǎo)致樣品的斷裂延伸率下降，考慮到經(jīng)濟(jì)成本和其他方面的性能參數(shù)，確定最佳添加濃度為5wt%。

圖5　硅樹(shù)脂BS-43N濃度對(duì)涂料耐沾污性的影響

圖6　硅樹(shù)脂BS-43N濃度對(duì)涂料斷裂延伸率的影響

3　結(jié)語(yǔ)

（1）以丙烯酸彈性乳液、有機(jī)硅樹(shù)脂和彈性聚氨酯分散體為成膜物制得的彈性外墻涂料具有良好耐候性、耐水性、透氣性和耐沾污性，并且涂料具有較好的拉伸性能，能滿足外保溫系統(tǒng)中對(duì)面層涂料的要求。本實(shí)驗(yàn)中加入純有機(jī)硅樹(shù)脂BS43N的主要目的是為了提高涂料的耐候性、耐水性、透氣性和耐沾污性，加入彈性聚氨酯分散體PU101主要目的是為了提高涂料的拉伸強(qiáng)度。

（2）當(dāng)丙烯酸彈性乳液SC-138為涂料總質(zhì)量的35%，水性彈性聚氨酯分散體pu101為涂料總質(zhì)量的5%，純有機(jī)硅樹(shù)脂BS-43N為涂料總質(zhì)量的5%時(shí)，制得的外墻涂料綜合性能相對(duì)較好，耐候性、耐沾污性均有很大的提高，涂料有著良好的透氣性和低吸水量，在保持?jǐn)嗔蜒由炻驶静蛔兊那闆r下，拉伸強(qiáng)度有著大幅度提高。

（3）新加坡，馬來(lái)西亞等國(guó)已有法規(guī)規(guī)定；高層建筑禁止使用硬質(zhì)材料。我國(guó)也有城市出臺(tái)類(lèi)似規(guī)定。外墻涂料必將取代瓷磚、玻璃幕墻等硬質(zhì)材料成為外裝飾市場(chǎng)的主流。水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料具有更好的透氣性、耐候性、低沾污性和低液態(tài)水吸收率，同時(shí)涂膜具有良好的拉伸性能，隨著市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量外墻涂料需求的日益增長(zhǎng)，水性有機(jī)硅樹(shù)脂彈性外墻涂料必將有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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［2］王武生.水性聚氨酯分散體合成及應(yīng)用介紹［J].聚氨酯，2008（1）：97-99.

［3]沙圣剛，俞海，朱學(xué)廷，劉學(xué)文.有機(jī)硅改性涂料—外墻外保溫系統(tǒng)的最佳涂層［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［4]沙圣剛，俞海，朱學(xué)廷，劉學(xué)文.有機(jī)硅改性涂料—外墻外保溫系統(tǒng)的最佳涂層［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［5］劉成樓.外墻外保溫飾面用彈性隔熱硅樹(shù)脂涂料的研制［J].上海涂料，2011，49（4）：28-30.

作者簡(jiǎn)介：王旭洋（1979-），男，浙江金華人，在讀碩士，助理工程師，研究方向：水性有機(jī)硅涂料。