0前言

無機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的涂料，與傳統(tǒng)的乳膠漆相比，無機涂料固化后與基材產生石化作用，附著力更強，且涂料有機物含量低，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。但當無機涂料在應用到外墻時，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，極易造成無機涂料黏結強度變化與耐水性不足等問題。

外墻色漆的黏結強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量高低的重要指標之一。目前市面上絕大部分外墻無機涂料標準對有機物含量與內墻標準有所不同，一般來說，外墻無機涂料有機物含量≤8%（質量分數，后同）即可。而在無機涂料體系中，有機物含量基本由乳液含量所決定，而乳液含量的高低對無機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涂料的影響較少。因此，研究乳液含量變化對外墻無機涂料在工程應用中適用性能，尤其是黏結強度和耐水性能具有重要意義。

本研究設計思路為：利用外墻無機涂料體系中乳液含量的變化來研究外墻無機涂料黏結強度與耐水性能的影響。主要研究方法為：通過外墻無機涂料初期耐水性、附著力和涂層吸水量進行表征。希望通過本研究，能進一步拓展外墻無機涂料的應用理論與技術支持，為無機涂料研究工作者提供新的思路與方法。

1實驗部分

1.1主要原料

硅酸鉀K1、K3工業(yè)級，西安通鑫半導體輔料有限公司；硅酸鉀K2，工業(yè)級，安徽瓷瑪新材料技術有限公司；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。

實驗樣板：無石棉纖維水泥加壓板，標格達精密儀器（廣州）有限公司。

1.2主要設備

電子..試驗機，CMT-4304,深圳三思縱橫科技股份有限公司；不透水性試驗漏斗，BGD1357,標格達精密儀器（廣州）有限公司。

1.3涂層制備

以1000g為固定量，在40%（質量分數，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，調整轉速為1500r/min攪拌分散30min使細度將至50um以下；調整轉速為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即可實干，養(yǎng)護7d進行性能測試。

1.4主要性能檢測方法

初期耐水性實驗：將各配方外墻無機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)。

黏結強度實驗：采用CMT-4304型電子..試驗機測試各乳液含量的外墻無機涂層的附著力黏結強度，該試驗機的工作負荷為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5次以確?？芍貜托浴?/span>

涂層吸水量實驗：采用BGD1357型不透水性試驗漏斗測試各乳液含量的外墻無機涂層的吸水量。將實驗樣板置于水平態(tài)，將不透水性試驗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裝置的縫隙并保證不滲水。用去離子水注入漏斗內，直至漏斗的0mL刻度，漏斗頂端用錫紙蓋包住，記錄靜置2h內不同時間段的液面下降毫升數，每個測試重復3次以確?？芍貜托?。

1.5實驗參考標準

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

2結果與討論

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--確定實驗配方體系

外墻無機涂料中硅酸鉀性能成長緩慢、初期耐水差，在工程應用的時候，如果噴涂結束表干時間內出現(xiàn)下雨情況，可能會導致無機外墻涂料出現(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品初期耐水性更好，然后在此基礎上進一步研究纖維素種類和疏水劑的添加對外墻無機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涂料的初期耐水性影響。

本實驗中，3種不同硅酸鉀與兩種纖維素參數信息如表2所示。

實驗測試方案為：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)。

本實驗共設計7組配方：配方1^?為硅溶膠復配穩(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涂料常用的纖維素，而硅溶膠復配穩(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^?為硅溶膠復配穩(wěn)定化處理硅酸鉀與改性陰離子纖維素醚，是本實驗中價格.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組實驗對比可以分析出，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，其結果表明，3組硅酸鉀復配纖維素X1制備的外墻無機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組實驗對比可以分析出，其變量為纖維素不同，纖維素X2復配的外墻無機涂料表干1h后進行自來水沖刷15h無異常，干燥后強度無變化。從1^?、5^?和6^?實驗對比可以看出，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。

進一步對K1+X2或K2+X2兩種配方外墻無機涂料進行研究，發(fā)現(xiàn)K2+X2配方外墻無機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涂料來進行下一步不同乳液含量對無機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T/CSTM00632.3-2022《建筑涂飾工程用涂料產品技術要求 第3部分：無機建筑涂料體系》標準要求，外墻無機涂料有機物含量≤8%，而實驗使用的乳液固含量在50%左右。因此，適當地將乳液含量增加到13%，其中有機物含量占比6.5%，復配其他有機助劑，可以保證有機物含量小于8%，符合相應標準要求。因此，設計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涂料的影響，結果如圖2所示。

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

這主要是因為，當乳液含量＞13%、有機物含量＞8后，由于聚合物乳液的增加，其在無機涂料中，聚合物乳液成了主要成膜物質，固化后涂膜更加致密，失去了無機涂料的透氣優(yōu)勢。因在進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，當水分向上揮發(fā)時，無機涂料透氣多孔，當乳液含量不高時，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。

因此從此項實驗中可以得出一個結論，對于K1+X2外墻無機涂料而言，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，會減少外墻無機涂料的褪色問題。

2.3聚合物溶液含量的變化對涂料黏結強度的影響

為進一步研究聚合物乳液對無機涂料黏結強度與涂層致密性的影響，采用不同乳液含量制備的無機涂料進行附著力拉拔測試。

從附著力實驗結果表4可以看出，當乳液含量在10%～13%添加范圍內時，其附著力高達3MPa，表現(xiàn)出較高的附著力值。眾所周知，無機涂料中硅酸鹽可以與水泥基底發(fā)生硅化反應，從而促進無機涂料在基材上的附著強度。從圖3可以看出，拉拔后，拉拔頭帶出大量混凝土基材，證明了硅化反應的存在。另一方面，無機涂料內的乳液可以與粗糙的基材表面黏結以提高取向力，表面越粗糙，其強度越高。因此乳液含量在10%～13%添加范圍內，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涂料對涂層致密性也有很大的影響，這可能導致無機涂層吸水量不同，因此設計了涂料吸水量實驗。從表5和圖4結果可以看出，隨著乳液含量的進一步提升，涂層吸水量逐步降低，涂層越來越致密。

3結語

3.1小結

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

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

（3）乳液含量在10%～13%添加范圍內時，外墻無機涂料在混凝土上黏結強度在3Mpa以上 。

（4）乳液含量越高，外墻無機涂料吸水量越低，涂層越致密。

3.2建議與展望

基于乳液含量對外墻無機涂料初期耐水性、黏結強度與涂層致密性的影響規(guī)律，在外墻無機涂料實際生產、施工、應用工程中應注意以下幾點：

（1）合理的乳液添加量對于外墻無機涂料體系而言，可增強其實際應用過程中的初期耐水性能，使其在不同施工環(huán)境中也能較好應用。同時乳液含量的提高，并不一定會影響無機涂料與混凝土的硅化反應，合理的配比能有更好的協(xié)同作用，對進一步提升無機涂料附著力有幫助。無機涂料耐水性差、吸水量高，可適當在滿足標準的要求下提高乳液含量。

（2）外墻無機涂料的初期耐水性、黏結強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外，乳液含量對其性能也有重大影響。涂料生產企業(yè)應根據實際應用需求與標準設計出合理的外墻無機涂料配方。對于外墻無機涂料而言，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，生產商必須兼顧涂料的高性能標準。