內(nèi)墻涂料耐污漬測試方法的研究進(jìn)展

胡曉珍，李劍峰，徐宴華

（上海建科檢驗有限公司，國家建筑工程材料質(zhì)量檢驗檢測中心，上海 201108）

建筑內(nèi)墻涂層在實際生活過程中難免會沾染到各種生活污漬，如墨水、油脂、茶水等，日積月累會影響室內(nèi)美觀，需要一定的抵抗污漬的能力，在沾染污漬后能夠通過洗刷除去表面污染物，保持潔凈外觀。因此，耐污漬性能是內(nèi)墻涂料的一項重要指標(biāo)。目前針對涂料的耐污漬性已有不少標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 9780—2013、HG/T 4756—2014、ASTM D4828-94

（2020）、ISO 11998：2006等。隨著人們生活品質(zhì)的提高和內(nèi)墻涂料品種的不斷豐富，現(xiàn)有的測試方法已經(jīng)不能滿足實際需求，因此本文在總結(jié)國內(nèi)外的測試方法后，提出耐污漬性能試驗可能的改進(jìn)思路。

1 不同標(biāo)準(zhǔn)耐污漬方法的對比

國際國內(nèi)常用的不同標(biāo)準(zhǔn)耐污漬方法的對比如表1所示。

表1 不同耐污漬方法的對比Table 1 Comparison of different stain resistance methods

ASTM D3450-15（2020）提供了一種標(biāo)準(zhǔn)污漬（礦物油+炭黑的混合物）用于測試，采用濕摩擦后涂層表面反射系數(shù)的變化來反應(yīng)涂層的耐污漬性能；ASTM D4828-94（2020）建議了多種污漬，包括鉛筆、圓珠筆、水性記號筆、紅藥水、蠟筆、口紅、礦物油+炭黑混合物等，濕摩擦后觀察涂層表面污漬的去除情況，顏色和光澤的變化來判定等級；ASTM D6578/D65 78M-13（2018）建議了4種污漬：油性記號筆、油性噴涂漆、蠟筆、水性記號筆，采用從干海綿到甲乙酮等5種不同擦洗介質(zhì)對涂層能否徹底去除污漬進(jìn)行評級；JG/T 304—2011采用3種污漬：墨汁、紅色記號筆、黑色丙烯酸噴漆，用可完全除去污漬的不同強(qiáng)度的清洗劑來進(jìn)行分級判定；ISO 11998：2006沒有規(guī)定污漬來源，采用目視描述測試結(jié)果，無法給出定量測試數(shù)據(jù)，難以進(jìn)行不同產(chǎn)品的對比測試；GB/T 9780—2013規(guī)定了6種污漬，滴加清洗液體，在濕摩擦后用反射系數(shù)變化來表示涂料的耐污漬性能；HG/T 4756—2014在耐污漬測試方法上引用了GB/T 9780—2013，但額外增加了光澤變化的指標(biāo)和耐污漬持久性的測試項目，能更好地評價涂層在經(jīng)歷沾污、洗刷后表面觀感的變化；ASTM D7089-06（2021）使用溶劑型油漆和墨水作為污漬來源，使用商業(yè)涂鴉清潔劑進(jìn)行不同壓力的水沖洗，根據(jù)能夠?qū)⑽蹪n全部清除的水壓或更強(qiáng)的清潔劑來進(jìn)行分級判定；ASTM C756-87（2021）在涂層表面施加精確量的熒光水溶性污漬劑，濕摩擦后將殘留在試樣上的污漬用水溶劑萃取，并測量溶液的熒光強(qiáng)度，通過與標(biāo)準(zhǔn)參考表面熒光強(qiáng)度的比值來判定涂料的清潔指數(shù)。而其余一些標(biāo)準(zhǔn)，如JIS K 5600-5-11-2014 Testing methods for paints—Part 5：Mechanical property of film—Section11：Washability、CNS 15200-5-11：2010 Methods of test for paints—Part 5-11：Mechanical property of film—Wet-Scrub resistance and cleanability、NF T30-303-2006 Paints and varnishes—Determination of wet—scrub resistance and cleanability of coatings、SS 5 Part F6：2014 Methods of test for paints，varnishes and related materials—Part F6：Determination of wetscrub resistance等完全等效采用ISO 11998：2006標(biāo)準(zhǔn)或使用類似的方法，不再討論。

除了上述標(biāo)準(zhǔn)外，也有一些針對涂料的研究在進(jìn)行耐污漬測試時會適當(dāng)擴(kuò)大污漬來源范圍，或提出利用色差等數(shù)值對耐污漬性能進(jìn)行判定。這些方法可能也擁有較好的定量表征的效果，但目前尚無全面系統(tǒng)的研究。

2 現(xiàn)有測試方法的局限

現(xiàn)有耐污漬測試幾乎都按照圖1所示的流程進(jìn)行，區(qū)別在于污漬來源、去除污漬的實驗方法和最后污漬殘留的判定依據(jù)。本文將從這3個方面來探討現(xiàn)有測試方法的局限性。

圖1 耐污漬測試流程Fig.1 Stain resistance test process

2.1 污漬來源

盡管目前市面上耐污漬涂料產(chǎn)品五花八門，但消費(fèi)者對內(nèi)墻涂料的印象仍是不耐臟。參照國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中的污漬來源，主要問題是污漬來源單一，僅能對產(chǎn)品進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋荒艽硐M(fèi)者實際生活中的需求[1]。盡管GB/T 9780—2013中已選取了典型的生活污漬和標(biāo)準(zhǔn)污漬，但相對于較純粹的實驗室污染源，實際發(fā)生的污染來源可能是一個混合的復(fù)雜系統(tǒng)，導(dǎo)致實驗室的測試結(jié)果不能滿足消費(fèi)者的實際需求。

2.2 測試方法

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更多考慮到涂層在沾染污漬后經(jīng)過洗刷去除污漬的能力，但于實際場景而言，不沾染污漬的能力也應(yīng)作為涂料耐污漬能力的考量，并直接體現(xiàn)在最終的測試結(jié)果上。目前所有標(biāo)準(zhǔn)的測試方法都是將涂層平鋪，污漬平面涂覆在涂層表面，去除污漬的手段是清洗介質(zhì)擦洗或水壓沖洗。此時，根據(jù)涂層表面能和微觀結(jié)構(gòu)的不同，如圖2所示，污漬在涂層表面的形態(tài)滿足Wenzel模型或Cassie-Baxter模型，顯然當(dāng)污漬在涂層表面符合Cassie-Baxter模型時耐污漬測試更容易得到更好的結(jié)果。

圖2 污漬在涂層表面浸潤狀態(tài)Fig.2 Wetting state of stain on coating surface

已經(jīng)有不少研究人員注意到了涂料成膜的致密性和體系的親水親油平衡性對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中污染源侵染的影響[2]。平鋪污漬的測試方法可能對固態(tài)污漬影響較小，但對于液體污漬（如食用醋、紅茶等）影響較大。由于在實際中，涂層是垂直于水平面的，因此需要考慮到涂層和污漬的親和性。垂直施加污漬的方式能夠讓雙疏的涂料得到更好的測試結(jié)果，也更符合實際場景。

2.3 判定依據(jù)

總體來說，除去污漬的選擇不同外，上述所有標(biāo)準(zhǔn)都采取了2種路線來判斷耐污漬性能：一種是用能夠完全去除污漬的清潔強(qiáng)度（包括不同等級的清潔劑、擦洗介質(zhì)或水壓等）來衡量耐污漬性能；另一種是通過洗刷后污漬在涂層表面的殘留程度，包括污漬殘留的定量分析或污漬殘留對涂層外觀變化的影響（反射系數(shù)、色差等）。第1種方法的局限性在于，從原理上講，不同污漬存在更適合的專用清潔劑，因此不同強(qiáng)度的清潔強(qiáng)度難以定義，在測試結(jié)果上容易引起偏差。第2種方法則對洗刷介質(zhì)沒有特殊要求，但ASTM D3450-15（2020）、GB/T 9780—2013等通過污漬殘留導(dǎo)致涂層反射系數(shù)變化來表征耐污漬性能，由于反射系數(shù)是以著色組分對底材的遮蓋力來衡量，特別是針對本身擁有一定顏色的涂料，測試結(jié)果的體系偏差較大。從微觀角度，涂層表面凹凸不平，污漬涂覆后溶劑蒸發(fā)，具有著色性的物質(zhì)進(jìn)入涂層毛細(xì)孔，沉積在涂層表面且難以被洗刷除去，從而對涂層造成污染。因此通過判定污漬在涂層表面洗刷后的定量殘留，更能準(zhǔn)確地鑒別涂料產(chǎn)品的耐污漬性能，而忽略涂料本身的顏色的影響。ASTM C756-87（2021）中利用熒光來表征污漬殘留，雖然定量性好，但限定了污漬來源，未考慮生活中油性污漬的情況，不能反映實際應(yīng)用中的情況。除了上述標(biāo)準(zhǔn)外，也有公司利用污漬在涂層表面的滲透深度來進(jìn)行判定，如立邦在CN106932322A[3]中描述了涂層在浸染污漬后，利用電子顯微鏡拍攝污染區(qū)域橫截面計算污漬滲透率來判斷涂料產(chǎn)品耐污漬能力。該方法可以一定程度上對涂層的耐污漬能力進(jìn)行定量表征，但測試時需要對污染后的涂層樣品進(jìn)行切片處理，實施起來較為困難，且設(shè)備成本要求較高。

3 耐污漬測試方法的改進(jìn)建議

耐污漬測試方法應(yīng)能讓實驗室測試結(jié)果與實際場景有更高的匹配性，即消費(fèi)者通過測試結(jié)果即可明確了解涂料在實際使用場景中的耐污漬水平。除了洗刷方式外，污漬來源和涂覆方式也應(yīng)更貼近實際場景。因此，結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的局限，耐污漬性能測試可能的改進(jìn)方向如下。

3.1 污漬來源

無限制地擴(kuò)大污漬來源是不可行的，更應(yīng)深入地研究污漬在涂層表面的界面原理和污漬殘留的定量表征方法。可以從涂層本身的特性（如表面粗糙度、孔隙率）和與污漬的親和性（如液體污漬在涂層表面的接觸角）出發(fā)，探索不同污漬在具有同一表面特性涂層表面的殘留特征，從而挖掘不同污漬浸染涂層的通用特點，用更少的污漬說明涂料產(chǎn)品的耐污漬性能?，F(xiàn)有GB/T 9780—2013選擇的6種污漬親水親油性各不相同，已經(jīng)具有一定的代表性，在尚未更深入地研究出涂層表面與污漬殘留的對應(yīng)關(guān)系前，沿用現(xiàn)有的6種污漬進(jìn)行測試仍是有意義的。

3.2 測試方法

在實驗方式上，可以考慮涂層垂直水平面放置，定量的污漬以從上方淋下，或從涂層前面以平射的方式浸染涂層。在洗刷方式上也應(yīng)考慮垂直方向上的洗刷方式，例如CN111855462A[4]公開了一種立式洗刷儀（圖3），清潔液體從上方淋下，毛刷以滾筒式進(jìn)行洗刷。顯而易見，立式的污漬浸染和洗刷方式更能貼近實際場景。

圖3 CN111855 462 A中公開的一種立式洗刷儀Fig.3 CN111855 462 A discloses wet abrasion scrub tester

3.3 判定依據(jù)

如果從污漬侵染洗刷后涂層外觀變化角度考量，可能色差和光澤變化就能較好地反應(yīng)人眼在觀察室內(nèi)墻面遭受污漬后的真實場景。這種方法在應(yīng)用上能較好地進(jìn)行平行比較，但當(dāng)涂料本身的顏色不是白色或淺色時，由于涂料顏色的影響，測試結(jié)果會出現(xiàn)較大的偏差。如果以污漬殘留量作為判定依據(jù)，那么就可以排除污漬顏色和涂料顏色對測試的干擾，并在此基礎(chǔ)上研究污漬在涂層表面的界面原理。因此有必要研究污漬在涂層表面洗刷后殘留的定量化表征方式?？梢栽谙此⒑?，針對現(xiàn)有污漬，利用分光光度法定量測量殘留，或在污漬中加入合適的標(biāo)定物，通過測定標(biāo)定物的殘留來判斷污漬的殘留。

4 結(jié)語

本文調(diào)研了針對內(nèi)墻涂料耐污漬性能的測試方法，對比并總結(jié)了現(xiàn)有方法的優(yōu)缺點。并結(jié)合實際場景，提出以下幾點改進(jìn)方向：

（1）應(yīng)進(jìn)一步研究不同污漬在涂層表面浸染的界面原理，以選擇更具有代表性的污漬；

（2）污漬涂覆和洗刷方式考慮在垂直方向上進(jìn)行，以貼近實際場景；

（3）開發(fā)污漬在涂層表面洗刷后殘留的定量化表征方式，用于耐污漬性的判定依據(jù)。