影響與提高熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料漆膜性能的因素分析

玉 淵，陸 強(qiáng)，趙文斐，玉寧佳

（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

影響與提高熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料漆膜性能的因素分析

玉 淵1，陸 強(qiáng)2，趙文斐2，玉寧佳1

（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料具有良好的耐候性﹑耐化學(xué)性﹑漆膜附著力﹑保光保色，易于返工的優(yōu)點(diǎn)，但由于樹脂的分子量較大，漆液黏度高，為降低施工固體分，加入溶劑進(jìn)行稀釋又會(huì)導(dǎo)致漆膜薄﹑豐滿度差。同時(shí)，熱塑性丙烯酸樹脂對溫度敏感性較差，又具有低溫易發(fā)脆開裂﹑高溫易發(fā)粘而影響耐沾污性的缺點(diǎn)，因而會(huì)影響熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料的應(yīng)用與推廣。本文探討如何提高和改善熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料的漆膜性能，并對影響因素進(jìn)行分析。

熱塑性丙烯酸樹脂﹑有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂﹑外墻涂料漆膜性能

外墻涂料由于直接暴露于大氣環(huán)境中，時(shí)時(shí)受到自然界中各種環(huán)境因素如風(fēng)﹑雪﹑雨﹑霜﹑紫外線﹑酸雨和各種腐蝕性氣體的破壞作用，這就要求它必須具有優(yōu)良的耐水性﹑耐堿性﹑耐洗刷性，在紫外線下抗粉化，以及耐沾污性和耐老化性[1]。熱塑性丙烯酸涂料所使用的基料樹脂是由丙烯酸﹑甲基丙烯酸及其衍生物（如酯類﹑腈類﹑酰胺類）聚合制成，分子量可達(dá)75000～120000[2]。熱塑性丙烯酸涂料成膜過程中不發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，隨著溶劑的揮發(fā)，涂料中起粘結(jié)作用的樹脂與其他不揮發(fā)組分顏填料形成連續(xù)干燥的涂膜，粘附在基材表面，對物體外立面既起到功能性的保護(hù)作用，如良好的漆膜附著力﹑硬度﹑耐化學(xué)性﹑耐水性，又起到保光保色的美觀裝飾效果。同時(shí)，由于熱塑性丙烯酸樹脂的分子量太大會(huì)導(dǎo)致漆液黏度較高，為了降低施工黏度，需要加入較多的溶劑進(jìn)行稀釋，不僅會(huì)造成涂層流掛，還會(huì)降低漆液中樹脂的固體分，從而導(dǎo)致漆膜較薄，豐滿度較差。此外，熱塑性丙烯酸樹脂對溫度敏感性較差，具有低溫易發(fā)脆開裂﹑高溫易發(fā)粘而影響耐沾污性的缺點(diǎn)。

上述熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料的不足會(huì)影響其應(yīng)用與推廣，本文將探討如何提高和改善熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料的漆膜性能，并對影響因素進(jìn)行分析。

1 材料、實(shí)驗(yàn)配方與檢測儀器

1.1 材料

1.1.1 常規(guī)材料

A組：熱塑性丙烯酸樹脂（NV 55%，Tg 30℃）；B組：熱塑性丙烯酸樹脂（NV 55%，Tg 61℃）。金紅石型二氧化鈦﹑二氧化硅﹑超細(xì)滑石粉﹑碳酸二甲酯﹑二元酸酯﹑助劑。

1.1.2 改進(jìn)增加的材料

C組：有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂（NV 50%，Tg 32℃，有機(jī)硅單體含量8%）﹑云母粉﹑氯化石蠟-52。

1.2 檢測儀器

漆膜附著力測試儀﹑漆膜沖擊儀﹑漆膜彈性測定儀﹑涂料耐洗刷測定儀﹑漆膜厚度儀﹑3M膠帶﹑漆膜干燥試驗(yàn)器。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

1.3.1 常規(guī)配方與改進(jìn)配方

常規(guī)配方①和配方②，分別以A﹑B組樹脂為基料，加入顏填料﹑溶劑與助劑。本文改進(jìn)的配方③則是在配方②的基礎(chǔ)上，增加C組改性樹脂﹑云母粉和氯化石蠟-52。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)測試

1.3.2.1 室溫25℃測試

表1 實(shí)驗(yàn)配方①、②和③

上述試驗(yàn)配方①﹑②﹑③的測試，均是將漆液調(diào)制混合均勻后，涂刷在尺寸（長×寬×厚）為120mm×50mm×0.3mm的馬口鐵試板上（靜置72h），待涂膜完全干燥適宜實(shí)驗(yàn)為止。

1.3.2.2 室外35℃測試

在戶外裁剪3塊尺寸（長×寬×厚）為500mm×500mm×5mm的埃特板，然后在板材面上批刮膩?zhàn)萤p打磨﹑淋水硬化，上封閉抗堿底漆，再將上述試驗(yàn)配方①﹑②﹑③的漆液調(diào)制混合均勻后分別涂刷兩道涂料，進(jìn)行15d的記錄觀察與測試。

1.4 檢測結(jié)果

室溫25℃測試結(jié)果見表2，室外35℃測試結(jié)果見表3。

3 結(jié)果與討論

3.1 玻璃化溫度的影響

由表1實(shí)驗(yàn)配方可知，配方①與配方②均使用了相同組分和相同固體含量（NV 55%）的熱塑性丙烯酸樹脂﹑顏填料﹑溶劑和助劑，二者的區(qū)別在于，配方①中A組樹脂的Tg（玻璃化溫度）為30℃，配方②中B組樹脂的Tg為61℃。Tg是指無定型聚合物由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度。在此溫度以上，高聚物表現(xiàn)出彈性；在此溫度以下，高聚物表現(xiàn)出脆性。

由表2可知，室溫25℃既低于A組樹脂Tg 30℃，又低于B組樹脂Tg 61℃，因此配方①和配方②在該溫度時(shí)均能保持較好的自干性，并且在沖擊強(qiáng)度﹑附著力和耐洗刷性等項(xiàng)目中不僅測試結(jié)果相同，也都表現(xiàn)出較好的漆膜性能。而在彈性測試中，配方①和配方②的曲率半徑Φ分別為0.5mm與1.0mm，說明配方②的柔韌性略低于配方①，是因?yàn)榕浞舰谥蠦組樹脂的Tg 61℃是室溫25℃的1倍多，樹脂的Tg越高則漆膜表征的脆性越高，經(jīng)軸棒彎曲后涂層局部雖有少許裂紋但尚未脫落。并且由三菱鉛筆測試可知，配方①和配方②的漆膜硬度分別為H與2H，說明配方②的漆膜硬度比配方①略硬，是因?yàn)闃渲腡g越高則漆膜的硬度越硬。

由表3可知，室外35℃高于A組樹脂Tg 30℃，但低于B組樹脂Tg 61℃，因此配方①和配方②在該溫度時(shí)表現(xiàn)出不同的漆膜結(jié)果：1）在干燥時(shí)間測試中，配方①涂刷兩道涂料的實(shí)干時(shí)間分別為0.3h和6h，配方②分別為0.2h和4h，說明配方①的漆膜干燥時(shí)間比配方②要慢，是因?yàn)楫?dāng)A組樹脂的Tg低于周圍環(huán)境溫度，其涂層的干燥時(shí)間相對越長，干燥速度也會(huì)變慢。2）在施工效果測試中，在戶外將配方①與配方②涂料同時(shí)在上了底漆的埃特板表面滾涂第一道涂料，待0.2h后分別用漆膜干燥試驗(yàn)器將1cm3的脫脂棉球壓在第一道涂料的漆膜表面，30s后移除干燥試驗(yàn)器與棉球，發(fā)現(xiàn)配方①的漆面不僅輕微凹陷，還粘有棉絮絲，說明配方①的漆膜尚未完全干燥，漆膜偏軟；而配方②沒有出現(xiàn)該現(xiàn)象，說明第一道涂料已完全干燥。接著上第二道涂料，配方①則出現(xiàn)滾涂第二道涂料時(shí)不僅將第一道涂料的漆膜咬出，并且滾涂時(shí)第一道涂料與第二道涂料的漆面之間有明顯的滾痕?。欢浞舰诘牡诙劳苛弦诐L涂且漆面無滾痕印，說明在0.2h的相同干燥時(shí)間里，因A組樹脂的Tg低于周圍環(huán)境溫度，由于漆膜自干性相對較差，導(dǎo)致第二道涂料中的溶劑會(huì)稀釋與溶解第一道涂料的涂膜，漆膜表現(xiàn)出耐溶劑性較差，進(jìn)而影響了涂料的遮蓋力。3）在漆膜3M膠帶附著力測試時(shí)，配方①為4B級，配方②為5B級。因?yàn)榕浞舰僦蠥組樹脂的Tg 30℃不僅比②中B組樹脂的Tg 61℃要低，也比室外35℃要低，樹脂的玻璃化溫度越低，漆膜硬度就會(huì)偏軟，附著力也相對較差。4）在漆膜外觀測試中，由于配方①漆膜干燥時(shí)間相對較長，當(dāng)細(xì)小顆粒物粘附在尚未實(shí)干的涂層表面時(shí)，隨著溶劑揮發(fā)，漆膜逐步干燥，細(xì)小顆粒污染物便鑲嵌在涂層中，難以用清水抹刷掉，因此影響了漆膜的耐沾污性。而配方②的漆膜雖然也有細(xì)小顆粒污染物粘附，但是由于漆膜干燥相對較快，細(xì)小顆粒污染物并未鑲嵌在涂層中，用清水清抹刷后，漆面保持平整光滑。

表2 室溫25℃ 測試對比

表3 室外35℃測試對比

由上述室溫25℃與室外35℃的測試對比可知，以Tg 61℃的B組樹脂制成的涂料，綜合漆膜性能優(yōu)于Tg 30℃的A組樹脂。但B組樹脂制成的涂料的不足之處在于漆膜硬而脆，柔韌性不足。因此，本文以B組樹脂作為主樹脂進(jìn)行研究，探討提高和改善熱塑性丙烯酸建筑外墻涂料漆膜性能的具體措施。

3.2 改性樹脂的影響

有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂是利用有機(jī)硅聚合物對丙烯酸樹脂進(jìn)行改性制成，因此具備兩種樹脂的性能和特點(diǎn)。本文將Tg為61℃的B組熱塑性丙烯酸樹脂作為主樹脂，Tg為32℃的C組有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂作為輔樹脂進(jìn)行混配，制成配方③。由表2和表3可知，配方③涂料整體漆膜性能均優(yōu)于配方②，這是因?yàn)椋?）有機(jī)硅聚合物中，90%以上是以Si-O鍵為骨架組成的聚硅氧烷，其鍵能為443.5kJ·mol-1，比以C-C為主鏈﹑鍵能為347kJ·mol-1的丙烯酸樹脂要高出近100kJ·mol-1[3]，因而有機(jī)硅聚合物對高溫和紫外線具有良好的熱穩(wěn)定性，在戶外應(yīng)用時(shí)不易分解，從而使有機(jī)硅改性丙烯酸涂料的漆膜具有較好的耐熱性﹑耐老化性和耐候性，可提高涂料的使用壽命。同時(shí)，有機(jī)硅聚合物還具有良好的耐低溫特點(diǎn)，能夠改善配方②中熱塑性丙烯酸樹脂“熱粘冷脆”的不足。2）由于有機(jī)硅聚合物的加入會(huì)使得有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂的Tg降低，為了保證配方③中混配后樹脂的Tg 仍高于室外35℃，使得漆膜仍能保持較好的自干性﹑硬度和附著力，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，我們將B組樹脂與C組樹脂的重量百分比例設(shè)計(jì)為70%∶30%。由表3的干燥時(shí)間測試可知，雖然配方③中第二道涂料的漆膜實(shí)干時(shí)間比配方②要慢1h，但仍比配方①的漆膜實(shí)干時(shí)間快1h，并且在施工效果和附著力測試中，配方③的漆膜結(jié)果均與配方②表現(xiàn)一致，施工易滾涂，漆膜無粘結(jié)，附著力達(dá)到5B。3）由表3的漆膜外觀可知，與配方②漆膜表面粘附有較多細(xì)小顆粒物﹑需用清水才能抹刷掉的結(jié)果相比，配方③的漆膜表面不僅顆粒物粘附較少，并且經(jīng)雨水沖刷后還可將顆粒物自行帶走，墻面保持干凈如初。這是因?yàn)橛袡C(jī)硅聚合物具有較低的表面張力，因而具有良好的疏水性﹑耐沾污性，有效提高與改善了配方③漆膜的自潔性。

3.3 云母粉的影響

云母粉是一種富有彈性﹑可彎曲﹑呈片狀結(jié)構(gòu)的晶體。1）由表2的漆膜外觀測試可知，配方③中加入云母粉后，漆膜外觀比配方①和配方②顯得更為飽滿厚實(shí)，這是因?yàn)樵颇阜蹫橥该骰虬胪该鞯谋∑?，?dāng)光照射到涂膜表面時(shí)，大部分光被云母薄片屏蔽反射，小部分光則穿透過涂層，光在云母薄層中經(jīng)過多次的反射和透射后，形成了“三維空間效應(yīng)”，使得在觀測時(shí)漆面總能呈現(xiàn)出厚實(shí)飽滿的感觀。2）由表2的漆膜厚度和耐洗刷性可知，雖然配方③的漆膜僅比配方②厚了2μm，但耐洗刷性提高了將近3000次且不露飾底，說明配方③的耐洗刷性能更好。這是因?yàn)?，與配方②的線性結(jié)構(gòu)﹑干燥無交聯(lián)的熱塑性丙烯酸涂料漆膜相比，云母粉加入涂料后不僅會(huì)沉積在涂層底部，而且在涂層中并行排列，形成重疊﹑致密﹑穩(wěn)定﹑三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的涂膜，所以能有效提高配方③的漆膜機(jī)械強(qiáng)度和硬度，從而較大程度地提高了耐洗刷性。3）云母粉自身具有良好的彈性和彎曲性，當(dāng)漆膜彎曲時(shí)，能改善漆膜的抗龜裂效果，防止涂層開裂而脫落。

3.4 氯化石蠟-52的影響

氯化石蠟-52是指氯含量為52%的石蠟烴的氯化衍生物，通常作增塑劑用。由表2的彈性測試可知，未加入氯化石蠟-52的配方②與加入氯化石蠟-52的配方③的曲率半徑Φ分別為1.0mm和0.5mm，這是由于氯化石蠟-52加入配方③后，能削弱熱塑性丙烯酸樹脂分子之間的次價(jià)鍵，通過降低樹脂的玻璃化溫度，從而降低涂膜的脆性和剛性，改善漆膜的伸長率﹑曲撓性和柔韌性。尤其是在實(shí)際應(yīng)用中，加入氯化石蠟-52后，當(dāng)基材砂漿墻面由于氣候或外部條件變化引起涂層收縮或膨脹時(shí)，能有效改善發(fā)生的彎曲破裂，提高和改善漆膜的柔韌性與涂層的附著力。

4 結(jié)論

1）在室溫25℃測試時(shí)，配方①的整體漆膜性能優(yōu)于配方②，配方②的不足之處在于當(dāng)B組樹脂的Tg 61℃與室溫25℃相比過高時(shí)，漆膜表現(xiàn)出硬而脆﹑柔韌性不足。在室外35℃測試時(shí)，配方②的整體漆膜性能則優(yōu)于配方①，配方①的不足之處在于當(dāng)A組樹脂的Tg 30℃與室外35℃相比略低時(shí)，漆膜附著力相對較差；漆膜干燥速度較慢導(dǎo)致漆膜耐溶劑性較差；由于涂膜發(fā)軟和回粘，使得細(xì)小污染物易鑲嵌于涂層表面，影響了耐沾污性。所以，相較于Tg 30℃的A組樹脂，選擇Tg 61℃的B組樹脂制成的熱塑性丙烯酸樹脂建筑外墻涂料，更適宜在戶外施工與應(yīng)用。

2）將B組熱塑性丙烯酸樹脂作為主樹脂，C組有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂作為輔樹脂，二者按70%∶30%進(jìn)行混配，不僅有助于改善熱塑性丙烯酸樹脂“熱粘冷脆”的不足，提高漆膜的耐熱性﹑耐老化性和耐候性，還有助于提高與改善漆膜的耐沾污性和自潔性，延長涂料使用壽命。

3）加入云母粉不僅有助于增強(qiáng)與改善熱塑性丙烯酸涂料漆膜厚實(shí)飽滿的感觀，也有助于提高漆膜的厚度和硬度，更好地提高耐洗刷性。

4）加入氯化石蠟-52有助于改善熱塑性丙烯酸涂料漆膜的柔韌性，降低漆膜的脆性，改善漆膜的伸長率和曲撓性。

[1] 徐峰，王惠明.建筑涂料[M[．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：201.

[2] 熱塑性丙烯酸樹脂.化工詞典[EB/OL[．http://www. chemyq.com/xz/xz6/50661kcuep.htm．2012-11-24.

[3] 孫中新，宇繼航，等.有機(jī)硅改性丙烯酸建筑涂料的制備及性能研究[J].化學(xué)建材，2007(5)：32-34.

Influence Factor Analysis for Performance of Curing Film of Thermoplastic Acrylic Paint for Building External Wall

YU Yuan1, LU Qiang2, ZHAO Wenfei2, YU Ningjia1
(1.Nanning Golden Double Dragons Paint Co. Ltd., Nanning 530004, China; 2.Nanning Zhenning Development Co. Ltd., Nanning 530022 , China)

s：The thermoplastic acrylic external wall paint had advantages of good weather resistance, chemical resistance, painting flm adhering capacity, excellent gloss and color retention and easy rework. Because the molecular weight of resin was large and the paint liquid viscosity was high, the solvent would be added in the paint for the purpose of lowering the solid content while construction. On the other hand, this way would also lead to attenuate flm and inferior fullness. At the same time, thermoplastic acrylic resin was sensitive to temperature in a worse way and easy to embrittle and crack under low temperature and easy to be tacky under high temperature, which would infuence the stain resistance. Finally, this would affect the application and promotion of building external wall thermoplastic acrylic paint. This essay will focus on investigating how to improve the performance of curing flm of thermoplastic acrylic paint for building external wall and analyzing the infuence factor.

thermoplastic acrylic resin; silicone modifed acrylate resin; coating flm performance of external wall

TQ 635.51

B

1671-9905(2017)04-0020-04

玉淵，高級工程師，E-mail: yypricer8@163.com

2017-02-06