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浅谈建筑涂料涂层耐沾污性能的试验方法

浅谈建筑涂料涂层耐沾污性能的试验方法

2018年12月01日

建筑涂料在建筑工程、市政工程、村镇建设及工业建设中用途广泛，它不仅赋予建筑物的色彩、线条、质感，使建筑物内外绚丽多彩，而且具有保护墙体结构材料、延长建筑物使用寿命、提高建筑功能和质量、改善居住条件、节约资源、保护生态环境、降低能耗、降低成本、减少建筑物自重、施工便利等优越性能。根据墙面不同的装饰要求，可以选用不同的涂装工艺，呈现不同的装饰效果。因此，建筑涂料已经成为建筑物内外装饰的主导材料之一中国涂料。

建筑外墙涂料涂层由于长期受到外界众多自然和人为因素的影响，涂层表面较易污染，造成涂料的装饰性能大大下降，建筑物外观受到很大影响。因此，涂料耐沾污性能一直是涂料界十分关注的重点之一。而现有标准GB/T 《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》在实际检测过程中，污染源重复性差这一欠缺日益突出，直接影响了测试结果。为此，寻找出更符合产品实际情况及更适宜检测操作的污染源已成为一项紧迫的任务。

1建筑外墙涂料的沾污机理和污染源

1.1 外墙涂料概况

我国建筑涂料产品结构已向以合成树脂乳液涂料为主产品方向发展，产品的开罐性和施工性有很大提高，品种也比较齐全，有亚光漆、半光漆、高光漆、真石漆、浮雕漆等。另外高耐候性、高抗污性的硅丙涂料、氟碳涂料和高性能外墙乳胶漆已在高层建筑中逐步推广应用。外墙涂料一般可分为水乳型涂料和溶剂型涂料两种。水乳型涂料有纯丙烯酸乳胶漆、苯丙乳胶漆、硅丙乳液漆、水性氟碳涂料等；溶济型涂料有丙烯酸树脂涂料、聚氨酯丙烯酸树脂漆、有机硅改性丙烯酸树脂漆、氟碳树脂漆。如按其他分类法，还有砂壁状涂料、真石型涂料和复层涂料等。

1.2 沾污机理

涂膜在使用的环境中，时刻受到外界各种各样的污染。归纳起来污染机理大致为：

粘附——乳胶聚合物一般是热塑性聚合物，玻璃化温度Tg约为20℃左右，所以一年中有相当长的时间涂膜处于Tg 以上的温度使用，即处于橡胶态，此时涂膜较软，容易发黏而沾灰。当然，并不是说使用温度处在Tg低温时就不沾灰，而是沾灰要少得多。

吸入——灰尘溶解在雨水中成为溶液或分散在雨水中形成胶体，通过涂膜的吸水性，进入涂膜毛细孔，从而对涂膜造成永久性的污染。窗台下的“拖鼻涕状”污染就是最明显的吸入污染例子。

吸附——涂膜会吸附灰尘而被污染。固体临界表面张力是固体吸附能力的重要参数，涂膜临界表面张力估计为50 mN/m 左右，属低能表面，所以通常吸附作用虽存在，但不严重。另外，就静电吸附而言，在春夏季节，因空气比较潮湿，不存在静电吸附；秋冬季节，当空气十分干燥时，就有可能存在静电吸附现象。但墙体是接地的，即使有静电吸附，也不会严重。

积灰——涂膜面层从微观上看是凹凸不平的，高低相差可达几十微米，甚至更大。有时还形成洞状结构，从而产生积灰。

1.3 污染源

从上海市空气质量情况调研显示，大气污染源自于自然源和人为源，人为源的影响较自然源的更大。人为源包括工业源和非工业源，工业源由工业燃料燃烧和工业窑炉的生产性粉尘(包括冶金、建材、机械电脑锈花制造、建筑业等产生的粉尘)，非工业源为二次扬尘和民用燃料燃烧所产生的粉尘。由于颗粒物的来源及形成条件不同，其化学组成和物理化学性质差异较大。粉尘按颗粒大小可分为降尘、总悬浮颗应常常注意防锈粒物(可吸入颗粒物)等组成，主要化学成分由SO3、NO2、CaO、SiO2、Fe2O3、SO4 等。各地工业格局不同，各地区的污染源的化学成分差异较大。

2 建筑外墙涂料涂层耐沾污性能试验方法的研究

2.1 污染源的筛选

GB/T 《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》中使用的污染源为粉煤灰。由于粉煤灰为电厂的烟道中收集的粉尘，当电厂负荷不同、煤种不同、煤源不同时均会引起粉煤灰的质量波动，一天中收集得到的粉煤灰性能、颜色都会出现较大差异，其反射率等性能也根本无法控制。从试验过程及试验数据看，用粉煤灰作污染源进行耐沾污性试验的稳定性和重现性都较差；同时根据国家强制性标准GB 《建筑材料放射性核素限量》要求，主体材料的内照射指数Ira≤1.0、外照射指数Ir≤1.0。但从近期对粉煤灰放射性能的检测结果中得知部分粉煤灰放射性指标超标，有一些超标程度很严重，外照射指数达1.6。长期接触这些放射性超标的粉煤灰会对试验人员的身体健康造成危害。因此寻找替代粉煤灰作耐沾污试验用污染源的工作显得尤为重要。既要探索寻求质量稳定、安全、便于生产与使用的新污染源，又要考虑到外墙涂料如合成树脂乳液外墙涂料、溶济型外墙涂料以及砂壁状探伤涂料、真石型涂料和其他复层涂料等产品面较广，为便于和相关产品标准的衔接，新污染源的选择，在耐沾污性试验结果上要尽量与目前用粉煤灰作污染源耐沾污性试验结果相一致。

经对国内外有关国家标准查询得知，国外先进国家没有关于建筑涂料耐沾污性试验方法的国家标准，只收集到美国ROHMHAAS 公司的企业标准、德国CLARIANT 公司的企业标准。参照采用了国外的企业标准使用的污染源进行了耐沾污性试验，但试验结果与粉煤灰作污染源的耐沾污反射系数值相差太大，试验的可操作性和试验结果的再现性也存在一定问题，所以不能简单照搬采用这些企业标准。另外又寻求以黑色颜料或碳污染为主的污染源如氧化铁黑、碳黑、石墨粉及人工配制的污染源进行了一系列耐沾污性试验，最后筛选出数据稳定性好、重现性好、易于配制、质量相对稳定的配制灰污染源。

(1) 配制灰作污染源的试验结果(见表1)。

注：⑴ 涂层试板标养14 d后，500W紫外照射4 h后进行耐沾污试验。

⑵ 粉煤灰悬浮液为粉煤灰∶水=1∶1，配制灰悬浮液为配制灰∶水=1∶0.9。

(2) 配制灰作污染源耐沾污重复性试验结果。

为避免粉煤灰的质量不可控制、重复性及再现性差的问题，配制灰的制备须质量可控制、可调整。为验证不同批次原料制备的配制灰质量波动情况，对石墨粉、介质的三个不同批次的原料制备的配制灰性能(见表2)进行了重复性试验，选用试验样品为无机外墙涂料、苯丙涂料及弹性涂料，重复性试验结果见表3。

从以上4 种涂料用20# 配制灰作污染源耐沾污性的重复试验数据来看，用不同批次的配制灰，用同一涂料样品进行验证后表明：配制灰的质量波动及耐沾污试验数据的波动均较小，重复性较好。配制灰确定为20# 灰。

2.2 污染源涂布量及涂布用刷的要求

(1) 原对污染源涂布仅要求横、竖各二次均匀涂刷，未规定涂刷量。实际上污染源的涂刷量对试验结果影响极大，为减少试验过程影响，规定先横向、后竖向涂刷，涂刷量为0.7g± 0.1g，用减量法进行控制。

(2) 原涂刷污染源用刷为软毛刷，各试验室使用的软毛刷有各种各样的刷子，考虑到毛刷的软硬程度直接影响到污染源的污染情况，并最终影响试验结果，现大多实验室使用3.5 cm 的狼毛刷。该刷使用较方便，软硬适宜，为尽量减少试验过程中影响因素，因此将涂刷污染源用刷确定为3.5 cm的狼毛刷。

2.3 污染源涂布方式的影响

在对复层涂料及包装印刷真石漆进行对比试验过程中，复层涂料按平面刮涂和凹凸辊涂两种制板方式。对平面刮涂的复层涂料，污染源涂布用涂刷法按横、竖各两次涂刷进行试验。对制备的凹凸状复层涂料涂层因无法将污染源涂布均匀，采用在污染源悬浮液中水平浸渍5 s方法进行试验。对凹凸状等表面物理状态不平整的涂层，污染源在试板上涂刷不均匀，表面越不平整，污染也越不均匀，凹凸严重地方易污染冲不掉，凹凸不严重的地方污染易冲掉。使反射系数下降率试验数据跳动极大，这种试验方法不太合理。而采用浸渍涂布可使污染源悬浮液在试板上均匀自然分布。为较全面反映凹凸状、表面粗糙等涂层的耐沾污性情况，对凹凸状、表面粗糙的涂层等污染源涂布采用浸渍法，试验结果评定采用灰卡对比比较合理。

2.4 冲洗装置出水口形状不同对耐沾污性的影响

原冲洗装置中出水口形状为圆管，如果将出水表4 同样截面积不同形状出水管进行冲洗的试验结果口形状改为相同截面积的扁管，冲洗效果有何影响。为验证冲洗装置出水口形状对冲洗效果的影响，选用外墙乳胶漆，按GB/T 9755 进行制板及耐沾污试验，用粉煤灰作污染源，选用九组板进行对比试验。用同样截面积的圆管和扁管进行冲洗，圆管冲洗时试板都均匀过水流点。扁管出水口的水流冲洗宽度基本与试板宽度相同，冲洗时只要前后移动试板都均在PP塑料制件方面匀过水流点。试验结果见表4 所示。

从以上试验结果看，扁管冲洗的试验数据波动较大，扁管和圆管相比无明显优势，说明出水口形状的变化并不能提高耐沾污试验的均匀性。

2.5 试验计算公式

原试验结果计算公式为：

式中 ：X —涂层的沾污率，%；A —涂层的原始反射系数值，% ；B —涂层经沾污后的反射系数值，%；C —粉煤灰(污染源)的反射系数值，%。

按该公式进行计算试验结果，可能会因扣除的污染源反射系数值后而使试连续运转时间的验结果成负值，而无法确定产品的耐沾污性，在实际耐沾污性试验中已废弃了这一公式。现以反射系数下降率来表示耐沾污情况，将公式改为：

式中：X —涂层的反射系数下降率，%；A —涂层的原始反射系数值，% ；B —涂层经沾污后的反射系数值，% 。

3 小结

(1) 耐沾就要缴纳“包装税”污性是衡量外墙涂料的产品质量的重要指标，经过大量验证试验证明：可以采用人工配制灰替代粉煤灰作污染源，进行各类外墙涂料涂层耐沾污性试验，其数据稳定性好、重现性好；且配制灰易于配制、质量相对稳定，配制灰的技术指标便于执行和验收，其试验结果与粉煤灰的试验结果一致性程度较好，便于与现行各类产品标准相衔接。

(2) 在配制灰作为污染源的试验中，发现试板制备，养护方式、涂布方式、涂布量、涂布用刷等都对试验结果有明显的影响。

人造板(3) 用涂层的反射系数下降率代替涂层的沾污率来表示建筑涂料涂层的耐沾污性，更能体现建筑涂料涂层的沾污前后的情况变化，具有准确性和可操作性。