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建筑外墻底漆產品性能研究及新技術進展
建筑外墻底漆產品性能研究及新技術進展
文:胡月晗，王毓江，劉涵.董祥亭（陶氏涂料材料技術部）
背景
標準的建筑外墻涂層體系的施工程序，第一步是底漆，第二步是面漆，第三步是罩面清漆。隨著市場上對外墻涂料裝飾性能耍求的提高，人們把越來越多的目光投向了面漆和罩面清漆，而忽略了底漆在整個涂層體系中所起到的至關重要的作用。外墻涂層休系中的面漆和罩面消漆，不僅要經受外界自然環境中風吹雨淋，陽光暴曬的考驗.而且還會受到來自建筑基材內部的一些堿類和鹽類物質的侵蝕。底漆，作為整個涂層體系的第一層，直接與基材表面相接觸.為建筑基材提供保護作用，同時也為面漆提供堅實的保障。
底漆，應用于建筑基材與面漆涂層之間，對基材和面漆都具有重要的作用。首先，對于建筑基材而言，在中國市場上，主要的建筑基材是水泥和鋼筋混凝土，外界的水氣和二氧化碳，會不斷的緩慢的滲透到基材內部.對水泥以及內部鋼筋都會有破壞作用。二氧化碳溶于潮濕的水氣中，生成碳酸，對鋼筋有極強的腐蝕作用，使鋼筋的強度急劇下降，最終失去對整個建筑物的支撐作用，為建筑的安全帶來很大的隱患。其次，對于面漆涂層，水泥基材內部在水泥固化的過程中，帶來了大量的堿類和鹽類物質，如NaOH, CaCl2, Ca(OH)2等。這些物質會伴隨著水泥內部的水分的蒸發，不斷遷移運動到基材表面，進而對面漆帶來傷害.在漆膜表面析出大片的白色固體.也就是我們常說的泛堿鹽析的現象。底漆產品的使用.可以有效的抵抗來自基材內部的威脅，為面漆的涂刷提供穩固的基礎。此外.底漆還可以對基材的表面進行重新修飾，從而提高面漆對基材的附著力，減少面漆漆膜剝落現象的發生。因此，底漆是整個涂層體系中不可缺少的重要一層，是提高建筑物安全質量和面漆涂層裝飾性能的保障。
建筑外墻用底漆產品一般按以下的幾種方法進行分類，(1)根據溶劑的不同，可以分為溶劑型底漆和水性底漆。這里我們主要涉及的均是更加環保的水性底漆;(2)根據漆膜的透明性.可以分為透明底漆和不透明底漆;透明底漆.也被成為密封劑.其滲透和封閉性能極為突出.而添加了鈦白粉和填料的不透明底漆可以增加面漆的遮蓋效果，受到客戶的青睞;(3)根據封閉機理，可以分為封閉型底漆和反應型底漆。反應型底漆，多為陽離子型聚合物.可以與基材中的堿類物質發生電荷反應，從而達到很好的抗泛堿的性能。
底漆性能的檢測方法
目前，中國市場上對于底漆性能的要求主要集中在封閉性能和附著力性能上。國家建設部的建筑工業行業標準JG/T 210-2007中對底漆的性能有比較全面的規定，表1中列出了具體性能的要求。
在封閉性能方面，行業標準JG/T210-2007對底漆的抗泛堿性.抗鹽析性和透水性有了明確的規定。在附著力方面，行業標準JG汀210-2007中采用的是劃格法來進行測試。根據我們對底漆性能測試的經驗來上看.行業標準中規定的抗泛堿鹽析的測試與實際應用中的真實情況還是有一些差距的。我們對此也進行了檢測方法的研究，開發了更貼近實際應用情況的新鮮水泥柱浸泡的測試方法。
底漆產品技術要求
在這個測試方法中使用的水泥柱是新鮮制備的，使用的膩子是含天壩TM 2000的水泥基膩子。具體的測試步驟是:1.在新鮮制備的水泥柱上涂刮水泥基膩子，然后打磨平整。2.在膩子上涂刷底漆，漆膜干燥時間為24小時，養護條件為恒溫恒濕室。然后將水泥柱下端的四個面用蠟液進行封邊。3.將水泥柱浸泡在含有鹽和堿的混合溶液中。如圖1所示，觀察底漆對于堿液和鹽液的封閉性能。在這種方法中我們采用的是新鮮制備的水泥，這樣的水泥含有更多的堿類和鹽類物質，使測試條件變得更為苛刻。在實際的工程項目中.經常會遇到雨天雪天這樣相對比較惡劣的天氣.甚至有時還會有追趕工期的情況，導致水泥養護時間不夠，或者養護不充分。對于這樣的實際應用情況，新鮮水泥柱浸泡的測試方法則更為合適。
新鮮水泥柱基材底漆封閉性能測試
行業標準中規定的劃格法測試附著力，所選用的基材是水泥板。實際情況中.大多數的底漆不是直接應用在水泥基材，而是應用在膩子上。膩子一般可分為水泥基膩子和石膏基膩子.外墻中普遍使用的是水泥基膩子。水泥基材表面涂刮膩子層，主要用于對基材凹坑.縮孔和裂紋等缺陷的修補，使基材表面平整能夠滿足裝飾涂層豐滿度，平滑性和鮮映性等外觀裝飾性的要求。我們曾經試過在膩子這樣的基材中使用劃格法來進行附著力的測試，但是由于膩子的強度較低.在劃格的過程中.很容易就對膩子層造成了破壞，導致測試結果不準確。因此.我們采用的是膠帶法在膩子這樣的基材中來進行測試。采用膠帶法來測試時還有一個優勢，就是不僅能夠測試底漆和膩子基材之間的附著力，同時還能夠測量面漆與底漆之間附著力的好壞。
具體的測試步驟是:1.在水泥板上涂刮膩子，待完全干燥后打磨平整。2.在膩子板表面依次涂刷底漆1道，面漆2道.分別為普通外墻平涂涂料.白色彈性涂料，深色彈性涂料，然后室溫養護過夜。3.在面漆表面貼上3M美紋膠帶.室溫粘附4小時后，按照圖2所示的方向將膠帶撕下.觀察面漆表面是否發生起皺，剝落的情況.以及涂層剝落的位置，以此來判斷底漆對膩子和面漆的附著力。
膠帶法附著力測試
劃格法和膠帶法測試的都是漆膜在完全干透狀態下的附著力。而在實際的應用中，漆膜在受到雨水浸潤或者潮濕的空氣影響時。漆膜所處的狀態是濕態。漆膜一旦受到水分的浸潤后，對于不同成分的漆膜其附著力的變化會有很大的區別。首先，我們需要分析漆膜是通過什么樣的作用力粘附在基材表面的。漆膜附著在基材表面主要通過兩個方面的作用，一方面是化學作用.包括范德華力，氫鍵作用和共價鍵的作用等;另一方面是物理作用，這里主要是漆膜與界面基材表面之間的機械咬合作用。對于氫鍵作用，水分對其破壞作用最大。漆膜一旦變為濕態，其與基材之間的附著力也就隨之消失。因此，為了能夠測量漆膜在干態和濕態兩種狀態下的附著力情況，陶氏涂料技術服務部采用紗布法來檢測附著力。
具體測試步驟是:1.在水泥板上用刷子涂刷2.5g涂料;2.立即在水泥板上用紗布覆蓋;3.將紗布固定在涂有涂料的水泥板上.然后在用刷子涂刷7.5g涂料;3.將水泥板置于恒溫恒濕室養護7天;4.在拉伸儀中測試紗布剝離時的強度，如圖3所示。5.濕態附著力的測試方法是在室溫養護7天后，將測試板置于噴霧箱中接受水霧的噴淋，然后再進行紗布剝離強度的測試。
紗布剝離法測試底漆附著力
我們在開發底漆乳液產品時發現，除了封閉性能和附著力性能的測試之外，底漆的滲透性能也是一個非常關鍵的因素。與底漆直接接觸的基材是膩子，我們在分析了膩子的結構特征后發現，膩子的結構疏松多孔，強度較低。圖4展示了膩子表面和內部的結構特征。膩子中的這些毛細管狀的孔洞正是水泥基材中的那些堿類和鹽類物質向表面遷移的通道。圖5所示，如果能夠將這些毛細管狀的通道全部封堵住，將遷移的通道阻斷，就能夠很好地實現底漆的封閉性能。對于這樣的情況，滲透性能好的底漆就有很大的優勢。底漆只有滲透到膩子的內部，才能對這些通道實現很好的封閉。并且滲透的深度越深，對這些通道封閉得也就越完整越全面。這樣，就能從根本上解決水泥基材泛堿和鹽析的問題。那怎么去表征底漆的滲透性能呢?我們做了大量的實驗來檢測底漆的滲透性能。最終.我們找到了一個比較合理客觀的評價方法。
涂刷底漆前后膩子表面和內部結構的光學顯微表征
滲透底漆的封閉性能
如圖6所示，具體的測試步驟是:1.將膩子粉與水混合，比例控制在3:1.待攪拌均勻后將其制作成小塊，尺寸為40mm*20mm*6mm，放入50° C烘箱(12小時)至完全干燥;2用刷子在膩子塊表面刷上透明底漆(0.35g)，涂刷方法是少量多次，然后室溫放置，過夜;3.完全干燥后，在膩子塊涂刷底漆的背面，用刀片劃一道淺痕，將其斷開，在截面上未涂刷底漆的一側滴上2-3滴亞甲基藍染液(濃度為0.1%);4.未被染液染色的部分就是底漆滲透的部分.測量這部分的厚度。
底漆滲透性能測試
陶氏化學不同類型的高性能底漆產品
近幾年來，陶氏化學建立起來了一套比較完整的底漆產品線，在滲透型清漆.配方型底漆以及特殊功能底漆方面都有很好的產品服務于我們的客戶。下面分別介紹這三種類型底漆中相應的產品。
1,滲透型清漆產品PRIMAL(百歷摩TM) R-64N乳液
百歷摩TM R-64N是我們新開發的一種具有納米級小粒徑(直徑為50nm)的苯丙底漆乳液。這款乳液直接作為清漆使用，具有優異的滲透性能。如圖7所示，相對于大粒徑的乳液而言.具有納米級小粒徑的乳液更容易滲透到基材的毛細管道中。并且乳液的粒徑越小，在堆積時所產生的空隙也就越小.因此在完全干燥后所形成的清漆膜也就越致密.封閉性能也就越好。
不同粒徑的底漆乳液在膩子中的滲透情況
清漆底漆的滲透性能測試
在滲透性能的測試中，我們可以看到，跟市場的其他同類產品相比，小粒徑的底漆乳液具有非常高的滲透能力。圖8中白色區域為底漆滲透并且達到很好的封閉效果的部分。由于底漆很好的封閉性能，所以染液很難滲透到膩子的表面。因此，滲透型的底漆在封閉性能上有很大的優勢。同時，我們在用行業標準JG/T210-2007的測試方法做泛堿和鹽析的實驗中，高滲透性能的百歷摩 R-64N也表現出了很好的封閉效果。在水泥柱的泛堿鹽析實驗中，如圖9所示，對于新鮮的水泥基材.百歷摩 R-64N也表現出了很好的封閉性能，有效的抑制了堿和鹽的析出。
清漆底漆產品在新鮮水泥柱上的封閉性能測試
高滲透性能底漆百歷摩 R-64N在附著力方面也有優異的表現。這里我們采用膠帶法測試其附著力的性能。在膩子板上均勻涂上底漆清漆后.在其表面依次涂上普通外墻平涂涂料，白色彈性涂料和深色彈性涂料。在實際應用中.彈性涂料作為面漆使用時，如果底漆與面漆之間的附著力不好時.比較容易出現問題，如起泡甚至大片剝落的情況。因此，這里我們特別選用不同顏色的彈性涂料來測試底漆對面漆的附著力的性能。如圖10所示，與市場上同類產品相比，百歷摩 R-64N對不同的外墻面漆都有比較好的附著性能.在剝離膠帶的過程中，沒有產生起皺或者剝落的現象。
清漆底漆產品膠帶法附著力測試
2、具有AVANSE 技術的封閉型底漆產品百歷摩 DC-420
AVANSE 技術是Rohm&Haas具有的一個特殊的技術。這個技術主要用于提高乳液與顏填料之間的相互作用力。如圖11所示，與普通乳液相比.AVANSE 乳液粒子與顏填料可以緊密的結合在一起，乳液粒子對顏填料形成非常緊密的包裹，最終可以形成致密的漆膜。對于添加有顏填料的底漆而言.漆膜致密的程度與乳液和顏填料之間相互作用的強弱有很大關系。乳液的作用就是對顏填料實現很好的包裹。乳液與顏填料之間的相互作用越大，這種包裹作用也就越充分，相應的，漆膜的致密程度也就越高。應用這種乳液制備的底漆產品，其封閉性能能夠達到一個很高的水平。在國標測試中.可以看到與市場上的同類外墻底漆產品相比，具有AVANSETM乳液的底漆產品表現出了優異的封閉性能，具體測試結果如圖12所示。
3、具有特殊功能的底漆產品百歷摩TM PR-73乳液
百歷摩 PR-73是一種具有特殊應用性能的產品，對新鮮的水泥有非常出色的封閉性能�？紤]到在實際的工程中，經常會遇到雨天或者其他種種原因導致水泥養護不充分的情況.這時，百歷摩 PR-73中的特殊組分能夠對新鮮水泥中的堿類和鹽類物質起到很好的屏障作用，從而提供很好的封閉性能。圖13展示的是在新鮮制備的水泥基材中對底漆封閉性能的檢測結果。
總結
在整個外墻涂層體系中.底漆作為最基礎的第一層涂層.對面漆涂層以及整個外墻涂層體系都具有至為重要的作用。本文中，陶氏化學建筑涂料業務部門以底漆的實際應用為指導，不斷的優化底漆性能的測試方法，采用更先進的技術開發應用于底漆的乳液產品。我們開發的一系列特殊設計的具有不同性能優勢的底漆乳液產品.能夠對基材和面漆涂層進行很好的保護，是實現高質量外墻涂層體系最佳的選擇。
