影响与提高热塑性丙烯酸建筑外墙涂料漆膜性能的因素分析

玉 渊，陆 强，赵文斐，玉宁佳

（1.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；2.南宁振宁开发有限责任公司，广西 南宁 530022）

影响与提高热塑性丙烯酸建筑外墙涂料漆膜性能的因素分析

玉 渊1，陆 强2，赵文斐2，玉宁佳1

（1.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；2.南宁振宁开发有限责任公司，广西 南宁 530022）

热塑性丙烯酸建筑外墙涂料具有良好的耐候性﹑耐化学性﹑漆膜附着力﹑保光保色，易于返工的优点，但由于树脂的分子量较大，漆液黏度高，为降低施工固体分，加入溶剂进行稀释又会导致漆膜薄﹑丰满度差。同时，热塑性丙烯酸树脂对温度敏感性较差，又具有低温易发脆开裂﹑高温易发粘而影响耐沾污性的缺点，因而会影响热塑性丙烯酸建筑外墙涂料的应用与推广。本文探讨如何提高和改善热塑性丙烯酸建筑外墙涂料的漆膜性能，并对影响因素进行分析。

热塑性丙烯酸树脂﹑有机硅改性丙烯酸树脂﹑外墙涂料漆膜性能

外墙涂料由于直接暴露于大气环境中，时时受到自然界中各种环境因素如风﹑雪﹑雨﹑霜﹑紫外线﹑酸雨和各种腐蚀性气体的破坏作用，这就要求它必须具有优良的耐水性﹑耐碱性﹑耐洗刷性，在紫外线下抗粉化，以及耐沾污性和耐老化性[1]。热塑性丙烯酸涂料所使用的基料树脂是由丙烯酸﹑甲基丙烯酸及其衍生物（如酯类﹑腈类﹑酰胺类）聚合制成，分子量可达75000～120000[2]。热塑性丙烯酸涂料成膜过程中不发生化学交联反应，随着溶剂的挥发，涂料中起粘结作用的树脂与其他不挥发组分颜填料形成连续干燥的涂膜，粘附在基材表面，对物体外立面既起到功能性的保护作用，如良好的漆膜附着力﹑硬度﹑耐化学性﹑耐水性，又起到保光保色的美观装饰效果。同时，由于热塑性丙烯酸树脂的分子量太大会导致漆液黏度较高，为了降低施工黏度，需要加入较多的溶剂进行稀释，不仅会造成涂层流挂，还会降低漆液中树脂的固体分，从而导致漆膜较薄，丰满度较差。此外，热塑性丙烯酸树脂对温度敏感性较差，具有低温易发脆开裂﹑高温易发粘而影响耐沾污性的缺点。

上述热塑性丙烯酸建筑外墙涂料的不足会影响其应用与推广，本文将探讨如何提高和改善热塑性丙烯酸建筑外墙涂料的漆膜性能，并对影响因素进行分析。

1 材料、实验配方与检测仪器

1.1 材料

1.1.1 常规材料

A组：热塑性丙烯酸树脂（NV 55%，Tg 30℃）；B组：热塑性丙烯酸树脂（NV 55%，Tg 61℃）。金红石型二氧化钛﹑二氧化硅﹑超细滑石粉﹑碳酸二甲酯﹑二元酸酯﹑助剂。

1.1.2 改进增加的材料

C组：有机硅改性丙烯酸树脂（NV 50%，Tg 32℃，有机硅单体含量8%）﹑云母粉﹑氯化石蜡-52。

1.2 检测仪器

漆膜附着力测试仪﹑漆膜冲击仪﹑漆膜弹性测定仪﹑涂料耐洗刷测定仪﹑漆膜厚度仪﹑3M胶带﹑漆膜干燥试验器。

1.3 实验配方

1.3.1 常规配方与改进配方

常规配方①和配方②，分别以A﹑B组树脂为基料，加入颜填料﹑溶剂与助剂。本文改进的配方③则是在配方②的基础上，增加C组改性树脂﹑云母粉和氯化石蜡-52。

1.3.2 实验测试

1.3.2.1 室温25℃测试

表1 实验配方①、②和③

上述试验配方①﹑②﹑③的测试，均是将漆液调制混合均匀后，涂刷在尺寸（长×宽×厚）为120mm×50mm×0.3mm的马口铁试板上（静置72h），待涂膜完全干燥适宜实验为止。

1.3.2.2 室外35℃测试

在户外裁剪3块尺寸（长×宽×厚）为500mm×500mm×5mm的埃特板，然后在板材面上批刮腻子﹑打磨﹑淋水硬化，上封闭抗碱底漆，再将上述试验配方①﹑②﹑③的漆液调制混合均匀后分别涂刷两道涂料，进行15d的记录观察与测试。

1.4 检测结果

室温25℃测试结果见表2，室外35℃测试结果见表3。

3 结果与讨论

3.1 玻璃化温度的影响

由表1实验配方可知，配方①与配方②均使用了相同组分和相同固体含量（NV 55%）的热塑性丙烯酸树脂﹑颜填料﹑溶剂和助剂，二者的区别在于，配方①中A组树脂的Tg（玻璃化温度）为30℃，配方②中B组树脂的Tg为61℃。Tg是指无定型聚合物由玻璃态向高弹态或后者向前者的转变温度。在此温度以上，高聚物表现出弹性；在此温度以下，高聚物表现出脆性。

由表2可知，室温25℃既低于A组树脂Tg 30℃，又低于B组树脂Tg 61℃，因此配方①和配方②在该温度时均能保持较好的自干性，并且在冲击强度﹑附着力和耐洗刷性等项目中不仅测试结果相同，也都表现出较好的漆膜性能。而在弹性测试中，配方①和配方②的曲率半径Φ分别为0.5mm与1.0mm，说明配方②的柔韧性略低于配方①，是因为配方②中B组树脂的Tg 61℃是室温25℃的1倍多，树脂的Tg越高则漆膜表征的脆性越高，经轴棒弯曲后涂层局部虽有少许裂纹但尚未脱落。并且由三菱铅笔测试可知，配方①和配方②的漆膜硬度分别为H与2H，说明配方②的漆膜硬度比配方①略硬，是因为树脂的Tg越高则漆膜的硬度越硬。

由表3可知，室外35℃高于A组树脂Tg 30℃，但低于B组树脂Tg 61℃，因此配方①和配方②在该温度时表现出不同的漆膜结果：1）在干燥时间测试中，配方①涂刷两道涂料的实干时间分别为0.3h和6h，配方②分别为0.2h和4h，说明配方①的漆膜干燥时间比配方②要慢，是因为当A组树脂的Tg低于周围环境温度，其涂层的干燥时间相对越长，干燥速度也会变慢。2）在施工效果测试中，在户外将配方①与配方②涂料同时在上了底漆的埃特板表面滚涂第一道涂料，待0.2h后分别用漆膜干燥试验器将1cm3的脱脂棉球压在第一道涂料的漆膜表面，30s后移除干燥试验器与棉球，发现配方①的漆面不仅轻微凹陷，还粘有棉絮丝，说明配方①的漆膜尚未完全干燥，漆膜偏软；而配方②没有出现该现象，说明第一道涂料已完全干燥。接着上第二道涂料，配方①则出现滚涂第二道涂料时不仅将第一道涂料的漆膜咬出，并且滚涂时第一道涂料与第二道涂料的漆面之间有明显的滚痕印；而配方②的第二道涂料易滚涂且漆面无滚痕印，说明在0.2h的相同干燥时间里，因A组树脂的Tg低于周围环境温度，由于漆膜自干性相对较差，导致第二道涂料中的溶剂会稀释与溶解第一道涂料的涂膜，漆膜表现出耐溶剂性较差，进而影响了涂料的遮盖力。3）在漆膜3M胶带附着力测试时，配方①为4B级，配方②为5B级。因为配方①中A组树脂的Tg 30℃不仅比②中B组树脂的Tg 61℃要低，也比室外35℃要低，树脂的玻璃化温度越低，漆膜硬度就会偏软，附着力也相对较差。4）在漆膜外观测试中，由于配方①漆膜干燥时间相对较长，当细小颗粒物粘附在尚未实干的涂层表面时，随着溶剂挥发，漆膜逐步干燥，细小颗粒污染物便镶嵌在涂层中，难以用清水抹刷掉，因此影响了漆膜的耐沾污性。而配方②的漆膜虽然也有细小颗粒污染物粘附，但是由于漆膜干燥相对较快，细小颗粒污染物并未镶嵌在涂层中，用清水清抹刷后，漆面保持平整光滑。

表2 室温25℃ 测试对比

表3 室外35℃测试对比

由上述室温25℃与室外35℃的测试对比可知，以Tg 61℃的B组树脂制成的涂料，综合漆膜性能优于Tg 30℃的A组树脂。但B组树脂制成的涂料的不足之处在于漆膜硬而脆，柔韧性不足。因此，本文以B组树脂作为主树脂进行研究，探讨提高和改善热塑性丙烯酸建筑外墙涂料漆膜性能的具体措施。

3.2 改性树脂的影响

有机硅改性丙烯酸树脂是利用有机硅聚合物对丙烯酸树脂进行改性制成，因此具备两种树脂的性能和特点。本文将Tg为61℃的B组热塑性丙烯酸树脂作为主树脂，Tg为32℃的C组有机硅改性丙烯酸树脂作为辅树脂进行混配，制成配方③。由表2和表3可知，配方③涂料整体漆膜性能均优于配方②，这是因为：1）有机硅聚合物中，90%以上是以Si-O键为骨架组成的聚硅氧烷，其键能为443.5kJ·mol-1，比以C-C为主链﹑键能为347kJ·mol-1的丙烯酸树脂要高出近100kJ·mol-1[3]，因而有机硅聚合物对高温和紫外线具有良好的热稳定性，在户外应用时不易分解，从而使有机硅改性丙烯酸涂料的漆膜具有较好的耐热性﹑耐老化性和耐候性，可提高涂料的使用寿命。同时，有机硅聚合物还具有良好的耐低温特点，能够改善配方②中热塑性丙烯酸树脂“热粘冷脆”的不足。2）由于有机硅聚合物的加入会使得有机硅改性丙烯酸树脂的Tg降低，为了保证配方③中混配后树脂的Tg 仍高于室外35℃，使得漆膜仍能保持较好的自干性﹑硬度和附着力，经多次实验，我们将B组树脂与C组树脂的重量百分比例设计为70%∶30%。由表3的干燥时间测试可知，虽然配方③中第二道涂料的漆膜实干时间比配方②要慢1h，但仍比配方①的漆膜实干时间快1h，并且在施工效果和附着力测试中，配方③的漆膜结果均与配方②表现一致，施工易滚涂，漆膜无粘结，附着力达到5B。3）由表3的漆膜外观可知，与配方②漆膜表面粘附有较多细小颗粒物﹑需用清水才能抹刷掉的结果相比，配方③的漆膜表面不仅颗粒物粘附较少，并且经雨水冲刷后还可将颗粒物自行带走，墙面保持干净如初。这是因为有机硅聚合物具有较低的表面张力，因而具有良好的疏水性﹑耐沾污性，有效提高与改善了配方③漆膜的自洁性。

3.3 云母粉的影响

云母粉是一种富有弹性﹑可弯曲﹑呈片状结构的晶体。1）由表2的漆膜外观测试可知，配方③中加入云母粉后，漆膜外观比配方①和配方②显得更为饱满厚实，这是因为云母粉为透明或半透明的薄片，当光照射到涂膜表面时，大部分光被云母薄片屏蔽反射，小部分光则穿透过涂层，光在云母薄层中经过多次的反射和透射后，形成了“三维空间效应”，使得在观测时漆面总能呈现出厚实饱满的感观。2）由表2的漆膜厚度和耐洗刷性可知，虽然配方③的漆膜仅比配方②厚了2μm，但耐洗刷性提高了将近3000次且不露饰底，说明配方③的耐洗刷性能更好。这是因为，与配方②的线性结构﹑干燥无交联的热塑性丙烯酸涂料漆膜相比，云母粉加入涂料后不仅会沉积在涂层底部，而且在涂层中并行排列，形成重叠﹑致密﹑稳定﹑三维网状结构的涂膜，所以能有效提高配方③的漆膜机械强度和硬度，从而较大程度地提高了耐洗刷性。3）云母粉自身具有良好的弹性和弯曲性，当漆膜弯曲时，能改善漆膜的抗龟裂效果，防止涂层开裂而脱落。

3.4 氯化石蜡-52的影响

氯化石蜡-52是指氯含量为52%的石蜡烃的氯化衍生物，通常作增塑剂用。由表2的弹性测试可知，未加入氯化石蜡-52的配方②与加入氯化石蜡-52的配方③的曲率半径Φ分别为1.0mm和0.5mm，这是由于氯化石蜡-52加入配方③后，能削弱热塑性丙烯酸树脂分子之间的次价键，通过降低树脂的玻璃化温度，从而降低涂膜的脆性和刚性，改善漆膜的伸长率﹑曲挠性和柔韧性。尤其是在实际应用中，加入氯化石蜡-52后，当基材砂浆墙面由于气候或外部条件变化引起涂层收缩或膨胀时，能有效改善发生的弯曲破裂，提高和改善漆膜的柔韧性与涂层的附着力。

4 结论

1）在室温25℃测试时，配方①的整体漆膜性能优于配方②，配方②的不足之处在于当B组树脂的Tg 61℃与室温25℃相比过高时，漆膜表现出硬而脆﹑柔韧性不足。在室外35℃测试时，配方②的整体漆膜性能则优于配方①，配方①的不足之处在于当A组树脂的Tg 30℃与室外35℃相比略低时，漆膜附着力相对较差；漆膜干燥速度较慢导致漆膜耐溶剂性较差；由于涂膜发软和回粘，使得细小污染物易镶嵌于涂层表面，影响了耐沾污性。所以，相较于Tg 30℃的A组树脂，选择Tg 61℃的B组树脂制成的热塑性丙烯酸树脂建筑外墙涂料，更适宜在户外施工与应用。

2）将B组热塑性丙烯酸树脂作为主树脂，C组有机硅改性丙烯酸树脂作为辅树脂，二者按70%∶30%进行混配，不仅有助于改善热塑性丙烯酸树脂“热粘冷脆”的不足，提高漆膜的耐热性﹑耐老化性和耐候性，还有助于提高与改善漆膜的耐沾污性和自洁性，延长涂料使用寿命。

3）加入云母粉不仅有助于增强与改善热塑性丙烯酸涂料漆膜厚实饱满的感观，也有助于提高漆膜的厚度和硬度，更好地提高耐洗刷性。

4）加入氯化石蜡-52有助于改善热塑性丙烯酸涂料漆膜的柔韧性，降低漆膜的脆性，改善漆膜的伸长率和曲挠性。

[1] 徐峰，王惠明.建筑涂料[M[．北京：中国建筑工业出版社，2007：201.

[2] 热塑性丙烯酸树脂.化工词典[EB/OL[．http://www. chemyq.com/xz/xz6/50661kcuep.htm．2012-11-24.

[3] 孙中新，宇继航，等.有机硅改性丙烯酸建筑涂料的制备及性能研究[J].化学建材，2007(5)：32-34.

Influence Factor Analysis for Performance of Curing Film of Thermoplastic Acrylic Paint for Building External Wall

YU Yuan1, LU Qiang2, ZHAO Wenfei2, YU Ningjia1
(1.Nanning Golden Double Dragons Paint Co. Ltd., Nanning 530004, China; 2.Nanning Zhenning Development Co. Ltd., Nanning 530022 , China)

s：The thermoplastic acrylic external wall paint had advantages of good weather resistance, chemical resistance, painting flm adhering capacity, excellent gloss and color retention and easy rework. Because the molecular weight of resin was large and the paint liquid viscosity was high, the solvent would be added in the paint for the purpose of lowering the solid content while construction. On the other hand, this way would also lead to attenuate flm and inferior fullness. At the same time, thermoplastic acrylic resin was sensitive to temperature in a worse way and easy to embrittle and crack under low temperature and easy to be tacky under high temperature, which would infuence the stain resistance. Finally, this would affect the application and promotion of building external wall thermoplastic acrylic paint. This essay will focus on investigating how to improve the performance of curing flm of thermoplastic acrylic paint for building external wall and analyzing the infuence factor.

thermoplastic acrylic resin; silicone modifed acrylate resin; coating flm performance of external wall

TQ 635.51

B

1671-9905(2017)04-0020-04

玉渊，高级工程师，E-mail: yypricer8@163.com

2017-02-06