水性有机硅树脂弹性外墙涂料的研制与应用研究

王旭洋，戎肖江，唐娜

（1.天津科技大学海洋科学与工程学院，2.天津市海洋资源与化学重点实验室，天津300457；3.杭州之江有机硅化工有限公司，浙江311200）

水性有机硅树脂弹性外墙涂料的研制与应用研究

王旭洋1，2，3，戎肖江3，唐娜1，2

（1.天津科技大学海洋科学与工程学院，2.天津市海洋资源与化学重点实验室，天津300457；3.杭州之江有机硅化工有限公司，浙江311200）

摘要：以丙烯酸弹性乳液、纯有机硅树脂和聚氨酯分散体混合体为基料，以金红石钛白粉、重质碳酸钙、煅烧高岭土为颜填料，配以助剂制备了水性有机硅树脂弹性外墙涂料并优化了制备条件，为：颜填料的加入量为40wt%，丙烯弹性酸乳液SC-138的加入量为35wt%，弹性聚氨酯分散体pu101的加入量为5wt%，纯有机硅树脂BS-43N的加入量为5wt%。应用研究结果表明：研制的水性有机硅树脂弹性外墙涂料具有较高拉伸强度、低吸水量、低沾污性和良好透气性等良好的综合性能。

关键词：水性有机硅树脂；聚氨酯分散体；弹性涂料；透气性；耐沾污性Abst ract：In this paper，we use elasticpolyacrylic emulsion，silicone resin and polyurethane dispersion m ixture as the binder，prepared with rutile titanium dioxide，calcium carbonate and calcined kaolin as pigments and f llers，With additives prepared water based organic silicone elastomer exterior paint.The best preparation conditions was optimized，as follows：the amount of pigment is added 40wt%，elasticpolyacrylic emulsion SC-138 added in an amount of 35w t%，an elastic polyurethane dispersion is added in an amount pu101 5wt%，of pure silicone resin of BS-43N add an amount of 5w t%. Application research results show that the development of water based organic silicon resin elastic exterior wall coating with good comprehensive performance，such as high tensile strength，low water absorbing capacity，high dirt-pickup resistance good permeability and so on.

0　前言

墙体裂缝严重影响建筑物的整体美观，造成雨水和二氧化碳气体入侵，引起钢筋锈蚀，加快墙体碳化速度，建筑物墙体饰面裂纹已成为影响建筑工程质量的通病之一。为解决建筑物外墙底材开裂、伸缩和基层的细微裂纹，涂料界近几年开发了具有延伸性的弹性涂料来弥盖墙体裂纹以解决这类问题［1]。然而这类弹性涂料主要以低玻璃化温度的丙烯酸乳液为成膜物质，存在着涂膜耐沾性较差，透气性差等问题。特别是在建筑物外保温系统装饰面层中使用时，很满足外保温系统对涂料的性能要求。

本研究固定配方中的丙烯弹性酸乳液和颜填料的量，通过添加不同比例的纯有机硅树脂和弹性聚氨酯分散体并配以助剂优化制备条件及参数研制了具有较高延伸率和高拉伸强度、高耐候性、低沾污性同时具有良好透气性和低吸水量的水性有机硅树脂弹性外墙涂料。

1　实验部分

1.1实验原料

丙烯酸弹性乳液SC-138（52%固含量，德国巴斯夫股份有限公司）；纯有机硅树脂BS-43N（50%固含量，德国瓦克化学有限公司）；弹性聚氨酯分散体pu101（30%固含量，合肥科天化工有限公司）；金红石钛白粉R-902（美国杜邦公司）；成膜助剂Texanole（美国伊士曼化工公司）；重质碳酸钙1000目（广福建材精化有限公司）；煅烧高岭土1250目（内蒙古天之娇高岭土有限公司）；分散剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂（美国罗门哈斯公司），实验所用到水均为去离子水。

1.2实验仪器

实验采用JSF-500型分散机和KSM-2开启式砂磨机购自上海普申化工机械有限公司；NZW涂料耐沾污测试仪购自广州德满亿仪器有限公司；GXD080B氙灯老化试验箱苏州广郡电子科技有限公司；DXLL-10000电子拉力试验机购于上海德杰仪器设备有限公司；PL403电子天平购于梅特勒-拖利多仪器公司。

1.3水性有机硅树脂弹性外墙涂料的制备

（1）固定实验配方中颜填料，丙烯酸弹性乳液SC-138等比例，其中SC-138含量为35wt%，颜填料含量为40wt%，通过添加不同比例的纯有机硅树脂BS-43N和聚氨酯分散体pu101制得弹性外墙涂料的样品并进行其性能测试。

（2）工艺流程：将去离子水，分散剂，消泡剂加入分散釜中，搅拌5分钟，依次加入R-902钛白粉，煅烧高岭土，重质碳酸钙，高速分散45分钟。将分散好的浆料输入砂磨机砂磨，砂磨好后输入到调漆釜，慢速搅拌下依次加入成膜助剂Texanole，纯丙烯酸弹性乳液

SC-138，纯有机硅树脂BS-43N，弹性聚氨酯分散体pu101，增稠剂、杀菌剂，搅拌均匀后即得所需产品。

1.4涂料测试和性能表征

（1）拉伸性能：（包括拉伸强度和断裂延伸率）依据GB528-1998标准，采用力学性能试验机进行测试（拉伸速度为500mm/min）。

（2）耐人工老化测试：依据GB/T1865标准，结果评定依据GB/1766，其中变色等级的评定依据GB/T1766-1995中4.2.2。

（3）吸水量：依据JG149-2003中1.1。

（4）水蒸气透过率：依据JG/T309-2001，试验方法依据其中的7.2部分，结果计算依据8.1.1。

（5）耐沾污性测试：依据GB/9780-2005（建筑涂料涂层耐沾污性试验方法）。

2　结果与讨论

2.1弹性聚氨酯分散体pu101浓度对涂料拉伸性能的影响

水性聚氨酯分散体是聚氨酯以微小颗粒分散在水介质中的两相体系。高分子分散体施工后，水分挥发，微小的高分子颗粒浓缩形成紧密堆积，在一定的条件下形成为有良好机械性能的涂膜材料［2]。pu101浓度添加量对拉伸性能的影响如图1所示。pu101的加入对涂料断裂延伸率影响不显著，当其添加浓度为1%-5%时断裂延伸率略有提高。随着弹性聚氨酯分散体pu101浓度的增加则涂料拉伸强度显著增加，pu101的加入能有效的提高涂料的拉伸强度，增强了涂膜的弥盖裂纹的功能。

图1　弹性聚氨酯分散体PU101浓度对涂料拉伸性能的影响

2.2硅树脂BS-43N对涂料耐候性的影响

硅树脂是硅分子三维交联的化合物，其结构类似于石英，他们都以硅/氧为骨架，硅氧键能与碳碳键能、碳氧键能相比高很多，紫外线的能量不足以使硅氧键断裂，所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。通常采用耐人工老化性来衡量样品的耐候性，涂料的耐人工老化性随着硅树脂BS-43N浓度的增加显著提升，如图2所示。

图2　硅树脂BS-43N浓度对涂料耐候性的影响

2.3硅树脂BS-43N对涂料吸水量的影响

涂料的吸水率是外墙涂料极重要的一个指标［3]，包括涂料层，砂浆等整个外保温系统的吸水量要求不大于500g/（m2.d），那么对于涂料层而言，其吸水量要远远小于500g/（m2.d）这样才能使整个系统通过该项指标，墙体的破坏、吸潮、长霉、泛碱都是因为涂料吸水率过高引起的。见图3所示，随着硅树脂BS-43N度浓的增加涂料的吸水量下降明显。

图3　硅树脂BS-43N浓度对涂料吸水量的影响

2.4硅树脂BS-43N对涂料透气性的影响

涂料透气性差则容易起泡、开裂及脱落，涂料的透气性对于外保温系统极为重要［4]。JG/T309-2001规定了外墙涂料水蒸气透过率的分级，本实验采用水蒸气透过率表征样品的透气性。研究表明：随着硅树脂BS43N浓度的增加，涂料水蒸气透过率从35V/g/（m2.d）变化至98V/g/（m2.d），硅树脂BS-43N的加入有效地改善了涂料的透气性，如图4所示。

图4　硅树脂BS-43N浓度对涂料水蒸气透过率的影响

2.5硅树脂BS-43N对涂料耐沾污性的影响

涂膜耐沾污性的好坏直接影响到了建筑物的装饰效果，一般的丙烯酸弹性外墙涂料所采用的弹性乳液玻璃化温度（tg）较低，制得的产品耐沾污性比较差，特别是到了夏天的高温季节涂膜容易发粘，从而被灰尘等污染物所污染，加入硅树脂BS-43N可以有效提高涂料的耐沾污性，如图5所示，随着BS-43N浓度的提高，涂料的耐沾污性明显下降。

2.6硅树脂BS-43N对涂料断裂延伸率的影响。

硅树脂BS-43N是热固性材料，随着BS43N量的增大，涂料的耐沾污性变好，而断裂延伸率降低［5]，加入BS-43N后，导致样品的断裂延伸率下降，考虑到经济成本和其他方面的性能参数，确定最佳添加浓度为5wt%。

图5　硅树脂BS-43N浓度对涂料耐沾污性的影响

图6　硅树脂BS-43N浓度对涂料断裂延伸率的影响

3　结语

（1）以丙烯酸弹性乳液、有机硅树脂和弹性聚氨酯分散体为成膜物制得的弹性外墙涂料具有良好耐候性、耐水性、透气性和耐沾污性，并且涂料具有较好的拉伸性能，能满足外保温系统中对面层涂料的要求。本实验中加入纯有机硅树脂BS43N的主要目的是为了提高涂料的耐候性、耐水性、透气性和耐沾污性，加入弹性聚氨酯分散体PU101主要目的是为了提高涂料的拉伸强度。

（2）当丙烯酸弹性乳液SC-138为涂料总质量的35%，水性弹性聚氨酯分散体pu101为涂料总质量的5%，纯有机硅树脂BS-43N为涂料总质量的5%时，制得的外墙涂料综合性能相对较好，耐候性、耐沾污性均有很大的提高，涂料有着良好的透气性和低吸水量，在保持断裂延伸率基本不变的情况下，拉伸强度有着大幅度提高。

（3）新加坡，马来西亚等国已有法规规定；高层建筑禁止使用硬质材料。我国也有城市出台类似规定。外墙涂料必将取代瓷砖、玻璃幕墙等硬质材料成为外装饰市场的主流。水性有机硅树脂弹性外墙涂料具有更好的透气性、耐候性、低沾污性和低液态水吸收率，同时涂膜具有良好的拉伸性能，随着市场对高质量外墙涂料需求的日益增长，水性有机硅树脂弹性外墙涂料必将有广阔的发展前景。

参考文献：

［1]贾根林.多功能高弹性外墙涂料［J].新型建筑材料，2000（11）：16-17.

［2］王武生.水性聚氨酯分散体合成及应用介绍［J].聚氨酯，2008（1）：97-99.

［3]沙圣刚，俞海，朱学廷，刘学文.有机硅改性涂料—外墙外保温系统的最佳涂层［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［4]沙圣刚，俞海，朱学廷，刘学文.有机硅改性涂料—外墙外保温系统的最佳涂层［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［5］刘成楼.外墙外保温饰面用弹性隔热硅树脂涂料的研制［J].上海涂料，2011，49（4）：28-30.

作者简介：王旭洋（1979-），男，浙江金华人，在读硕士，助理工程师，研究方向：水性有机硅涂料。