新型外墙无机涂料的研究

摘要: 研究了外墙无机涂料的配制，测试了涂料的表面干燥时间、耐水性、耐碱性和粘结强度。实验结果表明：面层涂料中助剂与外加剂的质量比为3:8 时，涂料表面干燥时间、耐水性和耐碱性均符合国家标准；适当改变底层涂料中助剂和碱的掺量，涂料的14d 粘结强度均达到或超过了国家标准中的指标值。

关键词: 矿粉；无机涂料；耐水；耐碱；开裂

　　在建筑外墙装饰品中，外墙建筑涂料正日益受到人们的青睐。美国、西欧、日本和新加坡等发达国家，涂料已经成为建筑装饰的主导产品。1998 年新加坡规定，高档重型外墙硬饰材料必须控制在10 %以内，高层建筑装饰全部使用外墙涂料[1]。和面砖、铝塑板、幕墙板装饰石材等重型耐久性材料相比，外墙涂料经济、安全、种类繁多、色彩丰富且可更换。

　　在外墙建筑涂料中，无机涂料的原料来源广泛，生产过程简单，生产成本低，原材料本身和无机涂料的生产过程都很少或不释放有毒物质。因此，在提倡节能、环保的今天，对无机外墙涂料的研究具有重要意义[2-4]。

　　本文以矿粉和水玻璃为主要原料，掺加适量助剂和填料制备涂料，并研究涂料的不同配比对其表面干燥时间、粘结强度、耐水性和耐碱性的影响。

1 实 验

1.1 原料

　　矿粉：上海梅山企业发展有限公司，S95 级矿渣；d50 = 22.909 μm，矿渣的化学组成见表1。填料：钛白粉、硅藻土、滑石粉，均为市售。水玻璃：南京合一化工有限公司，模数n = 2.2~2.5。助剂及外加剂。

表1 矿粉的化学组成

Table1 Chemical compositions of slag powder %

1.2 实验流程

　　实验流程见图1。将矿粉、填料和助剂混合后，与水玻璃 ( 用碱 KOH 调节碱度 ) 混合，并充分搅拌，制成底层涂料，表干后，面涂外加剂和助剂的混合液，制成涂料。将制备的涂料养护至规定龄期后，进行性能测试。

图1 实验流程示意图

Fig.1 Sketch map of tests flow

1.3 性能测试

　　按GB1022－88《外墙无机建筑涂料规定》，主要对涂料的表面干燥时间、粘结强度、耐水性和耐碱性进行测试。

2 结果与讨论

2.1 表面干燥时间

　　底层涂料中，助剂和碱（KOH，用于调节体系碱度）与固体份 ( 矿粉和填料两部分之和 ) 的质量比分别为11.0 %和8.0 %，通过改变面层涂料中助剂和外加剂的比例，测试涂料的表面干燥时间，结果见表2。

表2 不同比例助剂和外加剂对干燥时间的影响

Table2 Effect on drying time with different ratios of additive to admixture

 

　　由表2 可见，干燥时间测试中发现，若助剂和外加剂的质量比过大，面层涂料出现鼓泡现象；反之，若助剂和外加剂的质量比过小，涂膜断裂。所以，助剂和外加剂之间存在适宜的配比，实验结果表明，当助剂和外加剂的质量比在3:7 或3:8 时，涂膜性能良好。图2-1a～2-4b 分别为助剂与外加剂的质量比为3:6、3:7、3:8 和3:9 时，干燥时间测试前后的涂层情况。

2.2 耐水性

　　改变底层涂料中助剂和KOH 的掺量，面层涂料中助剂:外加剂的质量比为3:8 时，测试涂料的耐水性能，并观察涂层情况，结果见表3。

表3 耐水性试验结果

Table3 Results of the test on water resistance

图3-1 和图3-2 分别为试板1 和试板2 耐水性测试后的涂层情况。

从图3-1 和图3-2 可以看出，两组试板在耐水性测试后均无起泡、软化、剥落现象，且无明显变色。符合国家标准。

2.3 耐碱性

　　改变底层涂料中助剂和KOH 的掺量，面层涂料中助剂和外加剂的质量比为3:8 时，测试涂料的耐碱性能，并观察涂层情况，结果见表4。

表4 耐碱性试验结果

Table4 Results of the test on alkali resistance

2.4 粘结强度

(1) 助剂掺量对粘结强度的影响

　　底层涂料中分别掺加与固体份质量比为8.7 % 和11.0 % 的助剂，测试助剂掺量对粘结强度的影响，结果见表5。

　　由表5 可知，粘结强度均随时间的延长而增大；10 d 和14 d 的粘结强度均随助剂掺量增大而增大。14 d 时，两组配比的涂料的粘结强度接近或超过了国家标准(≥0.49 MPa)。这主要是因为，随着时间的延长，矿粉-水玻璃-碱体系胶凝反应产生的凝胶物质增多，体系致密性提高，强度增大；同时，体系与水泥底板的接触也越来越紧密，界面上反应产生的凝胶物质能粘结涂层和底板；另外，由于助剂的掺入，一方面提高了涂层的致密性，另一方面助剂的粘结作用也提高了体系的粘结强度。

表5 助剂掺量对粘结强度的影响

Table5 Effect on bond strength changing the content of additive

 

(2) KOH 量对粘结强度的影响

　　底层涂料中分别掺加与固体份质量比为8.0 %、12.0 % 和15.0 % 的KOH，测试KOH量对粘结强度的影响，结果见表6。

表6 KOH 量对粘结强度的影响

Table6 Effect on bond strength changing the content of KOH

　　如表6 所示，粘结强均度随着时间的延长而增大；14 d 时，涂料的粘结强度随KOH 含量的增加而增大，且都达到了国家标准(≥0.49 MPa)；10 d 时，虽然掺加8.0 %的KOH 的涂料粘结强度稍大于12.0 %时的粘结强度，不过强度值还是基本符合随KOH 含量增加而增大这个趋势。由此可见，在助剂掺量不变的情况下，增加KOH 的用量，也能提高体系的粘结强度。这主要是因为，KOH 作为强碱，能与水玻璃一同激发矿粉的潜在活性，促进水化产物的形成，提高体系的粘结强度。另外，从表6 中可以看出，底层涂料中掺加15.0 %的KOH时，10 d 强度已经达到0.57 MPa，14 d 强度增长不大，只有0.61 MPa，由此可见，在一定的掺量范围内，碱掺量的增加，使得水化反应加快，10 d 以后，水化反应已趋于平缓。

(3) KOH 与NaOH 复配对粘结强度的影响

　　将KOH 与NaOH 按质量分别占固体份的4.0 % 和4.0 %，2.0 % 和6.0%以及6.0% 和2.0% 进行复配，测试其对粘结强度的影响，结果见表7。

 

表7 KOH 与NaOH 复配后测定粘结强度

Table7 Effect on bond strength changing the content of KOH and NaOH

 

　　如表7 所示，当KOH、NaOH 的质量分别占固体份的4.0%、4.0%和6.0%、2.0%时，14 d 时涂料的粘结强度均达到了国家标准(≥0.49 MPa)；随着KOH 含量的增加，体系的粘结强度增大。这可能是因为，KOH 的碱性大于NaOH，在试验范围内，KOH 含量越高，水化反应的速度越快，表现出的粘结强度也越高。另外，KOH 含量越高的体系，光滑平整性也越好。综合考虑，KOH 比NaOH 更适合作为本体系的碱激发剂。

3 结 论

　　采用两层涂刷的无机涂料能有效解决无机涂料开裂的问题；面层涂料中，助剂与外加剂的质量比为3:8 时，涂料的表面干燥时间、耐水性和耐碱性均符合国家标准；当底层涂料中助剂质量分别占固体份的11.0 % 和8.7 % 时，涂料的粘结强度接近或超过国家标准；当底层涂料中KOH 的质量分别占固体份的8.0 %、12.0 % 和15.0 %时，涂料14 d 的粘结强度均超过国家标准。

参考文献

[1] 李湘洲. 国外建筑外墙涂料的现状及我国的差距[J]. 材料与结构, 2005(1):19~21.

[2] 徐峰. 环保型无机涂料[M]. 北京:化学工业出版社, 2004:11~13.

[3] 刘锦子, 江开宏. 新型无机涂料的研制[J]. 新型建筑材料, 2004(12):45~46.

[4] 周锡荣, 唐绍裘, 周武艺. 新型无机涂料的制备及应用[J]. 山东陶瓷,2004(2):17~20.

1 College Of Materials Science And Engineering, Nanjing University Of Technology, Nanjing 210009,

2. Nanjing Meibao New Building Materials Co., Ltd, Nanjing 210000)

Abstract: The preparation of inorganic coating for outdoor was studied and the surface drying time, waterresistance, alkali resistance and bond strength were tested. The results showed that when the ratio of additive toadmixture of surface coating is 3:8, the surface drying time, water and alkali resistance all meet the national standard. Properly changing the content of additive and alkali, bond strengths of the coating at 14d reach or exceed the value in national standard.

Key words: slag powder, inorganic coating, water resistance, alkali resistance, crack