环境友好型建筑外墙涂料的制备及应用

何佩宇 （黄山华畅置业投资有限公司，安徽黄山 245000）

黄 敏 （合肥工业大学建筑与艺术学院，安徽合肥 230601）

探索研究

环境友好型建筑外墙涂料的制备及应用

何佩宇 （黄山华畅置业投资有限公司，安徽黄山 245000）

黄 敏 （合肥工业大学建筑与艺术学院，安徽合肥 230601）

采用硅丙乳液和纯丙乳液拼用，并添加合适的助剂，制得环境友好型建筑外墙涂料。讨论了硅丙乳液和纯丙乳液配比、防腐剂、消泡剂和增稠剂对涂料性能的影响，并在安徽黄山市某新建楼盘实地施工，综合性能表现良好。

硅丙乳液；纯丙乳液；建筑外墙涂料；耐候性；耐水性；耐沾污性

0 引言

我国外墙涂料发展已有数十年历史，尤其是改革开放给我国外墙涂料行业的发展带来了大好机遇，产品由低档的无机外墙涂料向有机外墙涂料方向发展，新技术、新产品层出不穷，竞争也日益激烈。博思数据研究中心发布的《2016～2022年中国外墙涂料行业市场调研及行业调研报告》显示，世界外墙涂料每年的增长速度为7%，高于涂料行业5%的年均增长速度。目前世界涂料总产量约2 800万t，其中外墙涂料占40%～50%。2015年，我国外墙涂料产量达到326.37万t，同比增长18.62%；市场规模达到951.63亿元，同比增长20.06%。预计到2020年，我国外墙涂料市场规模将达到1 972.35亿元。

伴随着我国外墙涂料市场逐步规范，外墙涂料技术在不断进步，涂料水性化、环保化的趋势已形成。丙烯酸类树脂具有优异的保色性、柔韧性和附着力，广泛用于建筑外墙涂料中；硅丙乳液能够将有机硅的耐高温性、耐候性和耐沾污性与纯丙烯酸树脂的高附着力结合起来；纯丙乳液价格适中，通过与性能优异但是价格较为昂贵的硅丙乳液复配，能够制备出耐候性、耐水性、耐沾污性优异的环保型建筑涂料。

本试验以硅丙乳液和纯丙乳液为基料，添加合适的助剂，制得贮存稳定性好，耐水性、耐溶剂性优异的环境友好型建筑外墙涂料，并应用于实际施工。

1 试验部分

1.1 试验原材料及仪器

1.1.1 主要原材料

硅丙乳液、纯丙乳液，陶氏化学；云母粉，安徽滁州格锐矿业有限公司；钛白粉，郑州市九州化工有限公司；轻质碳酸钙，江西辰宇粉体制品有限责任公司；Dispersant 4010分散剂，深圳海川化工科技有限公司；BYK-2010润湿剂，BYK公司；华科-88防腐剂，陕西省石油化工研究设计院；RM-2020、RM-299增稠剂，陶氏化学；BYK-022消泡剂，BYK公司；Texanol成膜助剂，伊士曼公司；其他助剂，均为工业品。

1.1.2 试验仪器

砂磨机，涂4#黏度仪，刮板细度仪，漆膜涂布棒，耐洗刷试验机。

1.2 涂料的制备

1.2.1 参考配方

环境友好型建筑外墙涂料的参考配方见表1。

表1 环境友好型建筑外墙涂料的参考配方Table 1 The reference formulation of environmental-friendly architectural exterior wall coatings

1.2.2 制备工艺

首先将配方中的分散剂、消泡剂、润湿剂制备成溶液，充分搅拌均匀，在常温下将颜填料加入到上述溶液中，预分散；然后砂磨至要求的细度，过滤，加入硅丙乳液和纯丙乳液，调节pH为7～8，根据需要添加适量成膜助剂、防腐剂，再加入增稠剂和水，调节至合适的施工黏度，即制得环境友好型建筑外墙涂料。

1.3 性能检测

环境友好型建筑外墙涂料的性能检测结果见表2。

表2 环境友好型建筑外墙涂料的性能检测结果Table 2 The performance test results of environmental-friendly architectural exterior wall coatings

2 结果和讨论

2.1 基料的选择

近年来，高性能的外墙涂料取代面砖、马赛克及玻璃幕墙用于外墙装饰，以减轻高层建筑的承重和安全问题已成为趋势。随着建筑物向高层化、大型化方向发展，要求高层、超高层建筑物的外墙涂装周期一般至少在15 a以上，使用品质优异的外墙涂料已经是高档建筑的发展方向［1］。现有的苯丙、纯丙涂料已经满足不了高档建筑对高品质的要求。硅丙树脂在丙烯酸聚合物主链上引入了硅氧烷或聚硅氧烷，这类树脂制备的涂料兼具丙烯酸涂料和有机硅涂料的优点，涂层具有高耐候性、耐水性和耐沾污性等特点。但是硅丙乳液价格偏高，为了制备出性价比高，同时又兼具高性能的建筑涂料，本试验选择硅丙乳液和纯丙乳液复配。硅丙乳液与纯丙乳液配比对漆膜性能的影响见表3。

表3 硅丙乳液与纯丙乳液配比对漆膜性能的影响Table 3 The influence of the ratio of silicone acrylic emulsion to pure acrylic emulsion on the film properties

由表3可见：硅丙乳液制得漆膜的憎水性和耐沾污性优异，耐洗刷次数超过2 000次，这是由于有机硅含有键能较大的Si—O键，相比于C—C键、C—O键具有更好的耐候性、疏水性，同时其较低的表面能赋予涂层良好的耐沾污性，缺点是不能常温自干，且价格较高；纯丙乳液具有优异的附着力和耐候性，能够常温自干，但是由于它缺少交联点，存在“热黏冷脆”的缺点［2］。综合经济效益和性能要求，确定m（硅丙乳液）∶m（纯丙乳液）=1∶1。

2.2 助剂的选择

水性涂料是以水为稀释剂的环保型涂料，由于水的表面张力较溶剂要大，蒸发潜热高，给水性涂料的制备和施工带来很多问题。针对水性涂料存在的问题，需要选择合适的助剂加以解决。

2.2.1 防腐剂的选择

水性涂料以水为分散剂，含有大量的纤维素等有机物和高分子材料，为微生物提供了大量的养分，在贮存期间容易引起微生物的大量繁殖而造成涂料腐败变质，施工后漆膜也容易遭受霉菌和藻类的侵蚀，造成涂层的使用寿命缩短，所以选择合适的防腐剂显得尤为重要。目前所用的防腐剂以几种防腐剂复配为主，通过不同防腐剂的协同作用达到高效广谱、持久耐候的效果。卡松是一类比较常见的性价比较高的广谱防腐抗藻剂，主要由5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（CMI）和 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（MI）组成，通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀灭作用。异噻唑啉酮与微生物接触后，能迅速且不可逆地抑制其生长，从而导致微生物细胞的死亡，故对常见细菌、真菌、藻类等具有很强的抑制和杀灭作用，同时降解性好，具有不残留、操作安全、配伍性好、稳定性强、使用成本低等特点［3］。

本试验选择陕西石油化工研究设计院研发的华科-88防腐剂，与同类异噻唑酮杀菌剂相比，它持效期长、作用温和、刺激性小，属于公认的安全、低毒、对皮肤温和、对眼黏膜无刺激的高效、广谱杀菌防腐剂。

2.2.2 消泡剂的选择

在生产和施工过程中，水性涂料都会产生大量气泡，尤其是建筑涂料，施工环境不确定，外界影响因素很多，所以选择合适的消泡剂显得尤为重要。聚醚改性硅氧烷是一类消泡、抑泡效果优异的消泡剂，与水性涂料体系具有一定的相容性，可以实现高效率的消泡，同时又能降低产生缩孔、针眼等漆膜缺陷的风险［4］。

BYK-022消泡剂特别适用于基于丙烯酸酯或丙烯酸酯/ 聚氨酯乳液的体系，在水性涂料生产和应用时极为有效，具有优异的长效稳定性，对微泡的消除极为有效，且对颜色接受性和光泽无影响，但在加入时，需要足够高的剪切力，以避免缩孔。本试验选用BYK-022消泡剂，同时考察了其用量对体系的影响，结果如表4所示。

由表4可见：BYK-022消泡剂用量过少时，起不到良好的消泡和抑泡效果，漆膜表面不规整；增大BYK-022消泡剂用量至体系质量的0.1%时，其消泡、抑泡能力优异，漆膜无针孔等缺陷，且乳液稳定性良好；当BYK-022消泡剂的用量超过体系质量的0.15%时，虽然其消泡能力十分强劲，但副作用亦十分明显，漆膜对基材的润湿性不好，容易造成缩孔等漆膜缺陷，而且漆膜光泽度降低，乳液稳定性也受到影响。综合考虑，BYK-022消泡剂用量以体系质量的0.1%为宜。

表4 BYK-022消泡剂用量的影响Table 4 The effect of BYK-022 defoamer amount

2.2.3 增稠剂的选择

水性建筑涂料在贮存期间，需要长期保持较高的低剪切黏度，防止分散颗粒因重力作用而下沉，出现分层现象；在施工时，则希望黏度适中，便于施工，又能保证一定的成膜厚度；施工后，黏度应在短时间内恢复，以利于涂膜的流平，之后黏度应迅速升高，以防止流挂。外墙施工本身受外界因素干扰较大，涂料的黏度对施工效率和施工效果有直接影响，所以添加合适的增稠剂对于水性涂料的稳定性、成膜性等有十分重要的影响。

水性涂料用增稠剂主要包括碱溶胀型、纤维素类和缔合型增稠剂。其中碱溶胀型增稠剂成本低，防沉降、防流挂性能优异，但是对酸碱度较为敏感，且耐水性、耐碱性不好；纤维素类增稠剂辊涂抗飞溅性不佳，涂膜的耐水性、耐擦拭性和耐腐蚀性较差，易于生物降解，不宜用作高档建筑外墙涂料体系的增稠剂；缔合型增稠剂既具有良好的遮盖力，又具有良好的流平性，能够与乳胶粒子吸附，不会产生絮凝等不利现象，且耐水性和耐擦拭性好，涂膜丰满度较高，是目前水性涂料常用的增稠剂之一［5］。

本试验选用陶氏化学的RM-2020和RM-299作为体系的增稠剂，其中RM-2020是高剪切型增稠剂，RM-299为低剪切型增稠剂，两者配用，既能满足贮存稳定性的要求，又能保证正常施工［6］。根据现场施工对乳液黏度的要求，RM-2020和RM-299增稠剂用量一般占乳液总质量的0.5%左右。

3 施工案例

结合以上试验结果，选择安徽黄山地区某新建楼盘作为研制的环境友好型建筑外墙涂料的施工案例。

3.1 施工条件

户外开放式施工，施工温度：25℃；相对湿度：60%；天气状况：晴；风力：微风。

3.2 施工流程

采用喷涂施工，干膜厚度为80 μm，施工流程如下：

除尘清洗→底漆（三棵树股份有限公司产品）→干燥→第1道面漆（自制）→干燥→第2道面漆（自制）→干燥→罩光漆（三棵树股份有限公司产品）。

3.3 注意事项

（1） 本施工案例对象为安徽省黄山市某高档小区新建楼盘。黄山地区常年雨水较多，空气湿度较大，对外墙涂料的耐水性、耐沾污性和耐候性等性能要求十分苛刻；

（2） 在施工前，必须对墙面基层进行处理，务必将表层灰浆、浮尘等清理干净；油污应用溶剂清洗干净；蜂窝、空洞等也必须提前修补完整，保证基层表面干净、坚硬、平整、粗糙［7］；

（3） 一定要等到第1道面漆充分干燥后，才能喷涂第2道面漆；

（4） 户外施工时，因风速、温度、湿度对施工效果有很大影响，应控制好施工方式和速度，同时做好施工人员自身的防护措施。

4 结语

采用硅丙乳液和纯丙乳液混拼的方式，添加合适的助剂，制得性能优异的环境友好型建筑外墙涂料，并将该涂料用于实际施工。综合各方面试验结果表明：该外墙涂料的耐候性、耐水性和耐沾污性均达到市场上同类溶剂型涂料的水平，对于建筑装饰和防护，打造生态环保家居环境具有良好的经济和社会效益。

1 刘积灵，张玉坤，董薇.水性纯丙乳液及外墙涂料的研究［J］.吉林化工学院学报，2003，20（2）：10-12.

2 陈盛.硅丙乳液的性能对比研究［J］.现代涂料与涂装，2008，11（2）：18-20.

3 王文毅.水性建筑涂料领域的防腐防霉抗藻剂及应用［J］.涂料技术与文摘，2015，36（8）：34-42.

4 林宣益.水性涂料用助剂［J］.涂料工业，2006，36（10）：36-42.

5 Chandramalar A V M. Flow Behaviour of Titanium Dioxide Dispersion in the Presence of 2-Hydroxyethyl Cellouse［J］. Colloid Polymer Science，2000（278）：485-489.

6 何程林，许宁，雷琼，等.常温自干型水性聚氨酯金属涂料的研制及应用［J］.中国涂料，2015，30（10）：29-32.

7 杨忠敏.水性建筑涂料的涂装工艺以及质量控制［J］.绿色建筑，2009，25（4）：6-7.

The Preparation and Application of Environmental-Friendly Architectural Exterior Wall Coatings

He Peiyu （ Huangshan Huachang Real Estate Co.，Ltd.，Huangshan Anhui，245000，China）
Huang Min （ College of Architecture and Art，Hefei University of Technology，Hefei Anhui，230601，China）

With combination of the silicone acrylic emulsion and pure acrylic emulsion，and addition of the appropriate additives，an environmental-friendly architectural exterior wall coatings was prepared. The influence of the ratio of silicone acrylic emulsion to pure acrylic emulsion，preservative，defoamer and thickener on the coatings properties was discussed. The coatings was used for the construction of a new building in Huangshan City，Anhui Province，and showed good comprehensive performance.

silicone acrylic emulsion；pure acrylic emulsion；architectural exterior wall coatings；weather resistance；water resistance；dirt resistance

TQ 630.6；TU 56

A

1009-1696（2016）06-0001-04

2016-05-13

何佩宇，男，大学本科，助理工程师，研究方向：建筑艺术与设计。