真石漆耐沾污性的影响因素研究

陈 勇，王 能，吴指军，甘华聪，陈 枫 （浙江厦光涂料有限公司，浙江台州 318000）

0 引言

仿石涂料在目前的建筑外墙装饰中占据了主导地位，真石漆作为一款经典的合成树脂乳液砂壁状建筑涂料，其具有厚重的质感、自然的仿石效果，是外墙仿石涂料中最重要也是产量最大的品类之一。随着真石漆在市场上的应用不断增长，相关问题及弊病也慢慢显现出来，主要表现为色差、发花、耐沾污性差等问题，在这些弊病中，最制约真石漆发展的应属耐沾污的问题，因为涂料的两大基本功能为装饰与保护，耐沾污性差会严重影响其装饰功能，这也是很多地产公司外墙装饰在选择使用真石漆时顾虑较多的环节。本研究对真石漆耐沾污性的影响因素，如罩面漆的选用、涂膜平整度、涂膜致密性、乳液含量与种类、施工方法等进行了探讨。

1 真石漆的污染类型分析

建筑外墙长期暴露在大气中受到多种物质的污染，污染源包括灰尘、固态雾和烟等固态物质、硫酸雾等液态物质、二氧化硫等气态物质，另外微生物、锈蚀水流挂等污染也会对外墙面产生影响［1］。笔者通过长期对全国范围内的真石漆项目进行观察，总结出真石漆的污染类型，主要包括以下几类：

1.1 机械性粘附污染

机械性粘附是一种由于建筑物外墙表面粗糙且高低不平而引起的粘附［2］。真石漆是由彩砂（天然彩砂或人工彩砂）、乳液、助剂、水组成的砂壁状建筑涂料，其颜色完全由彩砂来实现，彩砂在真石漆配方中的占比在70%以上，目前国内真石漆最常用的彩砂粒径为80～120目、40～80目、20～40目、10～20目，相对于平涂乳胶漆涂膜来说，真石漆涂膜是非常粗糙的，同时真石漆需要表现出仿石效果，在施工中往往需要实现火烧面石材的质感，这使得涂膜不止是粗糙而且还高低起伏，这就为空气中的灰尘自由落体时提供了可停留的“平台”，在外墙涂装领域俗称“挂灰”。涂膜的机械性粘附污染是真石漆涂膜污染的最主要也是最普遍的类型，特别是在空气干燥、灰尘较重的北方地区更为明显。

1.2 喷涂杠影污染

目前真石漆最主要的施工方式是用漏斗式喷枪喷涂施工，施工时受工人的操作水平、墙体的形状、面积及现场施工组织方案等因素的影响，在吊篮或脚手架的交接处，会出现接头（先喷涂的涂膜与后喷涂的涂膜的交接处），这种接头往往呈现条状，且交接处的涂膜表面效果与大面积的涂膜效果相比会更粗糙，这种相对粗糙的部分更容易产生机械性粘附污染形成挂灰，刚施工完成时还不是很明显，随着时间的推移，接头处挂灰越来越严重，颜色会越来越深，从而使得整体墙面看上去有一条一条的杠影，如图1所示。喷涂杠影污染的本质就是局部较为严重的机械性粘附污染，只是用另一种形式表现出来而已。这种类型的污染也是真石漆在实际应用中常见的污染形式，严重影响建筑物外立面的装饰效果。

图1 真石漆喷涂杠影污染Figure 1 Strip pollution of the stone paint

1.3 窗户沿口流痕型污染

窗户下面的流痕型污染在建筑外立面中也是较为常见的，不止是涂料，就连面砖都难以避免这种现象，真石漆由于涂膜表面粗糙更容易产生这种现象。窗户沿口流痕型污染主要成因是下雨时雨水混合着窗台上的灰尘或其它污染物流淌到涂膜上，长期反复形成的污染，这种污染的机理主要有两类：一是水、灰混合物在涂膜表面形成的机械性粘附；二是水、灰混合物渗入涂膜的孔隙中形成的渗入型污染。

1.4 污染物渗入型（或吸入型）污染

这种污染形式在涂料中属于较为严重的污染，往往是不可逆的，真石漆涂膜的孔隙率高、表面粗糙，再加上涂膜表面能、毛细管力等因素影响，水混合着污染物渗入涂膜孔隙与毛细管中，造成不可逆的污染。污染物渗入型污染最典型的特征是涂膜在相对较短的时间内发生大面积均匀的极端式污染，有些项目施工完成后甚至还没等交房就出现了这种现象，这种现象多见于北方地区及使用劣质真石漆的工地。产生这种现象的最主要原因是真石漆的砂子级配不合理，使用了过多的粗砂甚至完全使用粗砂，使得涂膜砂子间空隙粗大且表面粗糙。图2为北方地区一项目，经调查了解发现，该真石漆采用了超粗颗粒型的砂子，乳液含量较低，喷涂施工时掉砂严重，涂膜毛糙、多孔，施工完成2年后开始出现大面积极端污染，经观察涂膜，发现污染物都是渗入涂膜的孔隙中的。

图2 渗入型污染Figure 2 Infiltration pollution

1.5 渗出型污染

真石漆涂膜渗出型污染虽然不常见，但在工程应用的实际情况中也是存在的。这种污染容易出现在低档次真石漆中，一般情况下真石漆调色所用的最细的彩砂粒径为80～120目，原则上不提倡用细于120目的细粉进行调色，因为这样不但会影响真石漆的清晰度，而且会使真石漆的性能波动较大。有些生产企业为了达到客户所要求的颜色或提升真石漆的遮盖力，往往会使用较多的200目彩色细粉甚至是色浆进行调色，如果再加上乳液含量不高或低温下施工，乳液成膜性受损，对砂、粉的包裹能力下降，随着时间的推移，雨水会慢慢把涂膜中未被包裹好的细粉慢慢带到涂膜表面形成涂膜渗出型污染，现象如图3所示。

图3 渗出型污染Figure 3 Exudative pollution

1.6 微生物藻类污染

真石漆涂膜微生物藻类污染主要出现在南方较为潮湿的地区，最为常见的部位在建筑物的墙角或常期处于潮湿不见阳光的部位，最为常见的藻类污染是长青苔。此种污染比较好处理，在产品中添加适量的防霉、除藻类添加剂就可解决。如果是已经污染的墙面，则需要先用除藻剂反复清洗至青苔枯萎后，再用清水冲洗。

图4 涂膜长青苔Figure 4 Film growing moss

1.7 金属构件的铁锈流痕

这种类型的污染主要是由于墙面安装了铁质金属构件，如空调安装架或其它构件，时间久了金属构件生锈，雨水混合铁锈渗入涂膜或停留在涂膜表面造成铁锈流痕。此现象在老建筑上较为常见，新式建筑往往在设计过程中就考虑到这个问题。

总之，造成真石漆涂膜表面污染的因素较多，最主要的为涂膜的机械性粘附污染、污染物渗入型污染、真石漆喷涂杠影污染等，只要针对性地找出相应的优化方法，真石漆在外墙工程涂料中将具有强大的生命力。

2 试验部分

2.1 主要原料

丙烯酸酯乳液，巴德富实业有限公司；天然白砂，石家庄市金源矿业有限公司；羟乙基纤维素醚250HBR，亚什兰；pH调节剂AMP95，安格斯；成膜助剂醇酯十二，润泰化学；助溶剂EG、碱溶胀增稠剂TT935，陶氏化学；杀菌剂，THOR；消泡剂NXZ，圣诺普科；建筑涂料涂层耐沾污性试验用灰标准样品，上海市建筑研究院（集团）有限公司；有机硅憎水剂BS1306，瓦克。

2.2 试验仪器

C84-Ⅱ反射率测定仪，上海现代环境工程技术有限公司；真石漆喷枪，江门日洋；BGD588耐沾污测定仪、无石棉水泥加压板、BGD740高速分散机、电子天平，广州标格达实验仪器用品有限公司。

2.3 试验方法

2.3.1 真石漆测试配方

真石漆测试配方见表1。

表1 真石漆测试配方Table 1 Formula of the stone paint for test

2.3.2 性能测试

制板及养护：按JG/T 24—2018《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》规定的方法喷涂制板，标准条件下养护14 d。

耐沾污性：按GB/T 9780—2013《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》5.5中的浸渍法。为了使测试结果具有数据的对比性，采用耐沾污前后的反射系数下降率代替灰卡比色，所有测试均采用白色天然砂真石漆。

3 结果与讨论

3.1 罩面漆对真石漆耐沾污性的影响

罩面漆对于砂壁状建筑涂料来说非常关键，除了会影响真石漆涂膜的耐沾污性之外，对涂膜的其它性能，如耐候性、耐水性等都有较大的影响。大量的实际工程案例证明，按规范施涂罩面漆的涂膜比不罩面的涂膜的耐沾污性会有本质的提升。有罩面漆与空白样品的对比测试结果见图5。如图5所示，4#与5#样品为同一配方白色真石漆，4#涂膜采用高抗污罩面漆进行罩面，5#样品为空白，5次循环污染后4#样品的反射系数下降率为12.59%，而未罩面的5#样品的反射系数下降率为33.35%，无论是目测与实测数据都有较大的差距。在日本，对于罩面漆的品质与施工都非常重视，丰满度较好的溶剂型罩面漆仍有大量应用，SKK在中国市场上的真石漆体系也仍在推广弱溶剂的罩面漆。

图5 罩面漆与空白样品的对比测试Figure 5 Comparative test between using of top coating and blank sample

罩面漆对于真石漆涂膜耐沾污性的提升主要有两方面的原因，一是罩面漆乳液本身的耐沾污性要超出真石漆用乳液，二是罩面漆能填充真石漆表面的孔隙使涂膜更致密和趋于平整，从而减少涂膜的机械性粘附和污染物渗入型污染。

3.2 聚合物乳液的Tg与真石漆耐沾污性的关系

建筑涂料用乳液都是热塑性的，其Tg高低决定了涂膜的软硬度，通过提高乳液的Tg来提升涂膜的耐沾污性是建筑涂料最传统的提升耐沾污性的方法。表2是采用巴德富同一性质不同Tg的乳液制得的涂膜，耐沾污性测试后的反射系数下降率（无罩面），从数据来看，乳液Tg的高低对真石漆涂膜耐沾污性的影响还是比较大的，仅从耐沾污的角度来说，乳液Tg越高，则涂膜耐沾污性越好，但是真石漆同时还有其他指标要求，譬如柔韧性要求，乳液Tg高与涂膜柔韧性相矛盾，所以在配方设计时需要全方位平衡，行业内常用的真石漆乳液的Tg一般在25～30 ℃。

表2 乳液的Tg对涂膜耐沾污性的影响Table 2 Effect of emulsion’s Tg on the dirt pick-up resistance of film

3.3 乳液含量对真石漆耐沾污性的影响

乳液是真石漆最核心的材料，直接决定了其许多性能，除了乳液的种类、Tg外，乳液含量对真石漆耐沾污性的影响也很大，一方面随着乳液含量上升，对于涂膜的孔隙会有填充作用。材料的孔隙率包括真孔隙率、闭空隙率与先空隙率，乳液对于真石漆涂膜孔隙率的作用不仅仅是乳液固体分本身的填充作用，真石漆为厚浆型产品，在成膜过程中随着表面水分的挥发，涂膜内部的液态乳液与水不断向表面迁移，随着乳液含量的增加，成膜后涂膜表面的乳液也会增加，开口空隙会减少，表面会更致密，这一点对于提升涂膜耐沾污性来说是有好处的，涂膜内部的闭口空隙对其耐沾污性的影响不大。另一方面，由于建筑涂料乳液为热塑性的，其含量过高会使涂膜表面“发黏”，容易粘附污染物。从表3中的数据可以看出，乳液含量在15%～18%之间时真石漆的耐沾污性最好。

表3 乳液含量对真石漆耐沾污性的影响Table 3 Effect of emulsion dosage on dirt pick-up resistance of the stone paint

3.4 砂子粗细对真石漆耐沾污性的影响［3］

对于砂壁状建筑涂料来说，由于其表面粗糙而形成的涂膜的机械性粘附沾污是其最主要的污染形式，降低涂膜表面粗糙度使之趋于平整与致密是提升真石漆耐沾污性最有效的方法之一。粗、细两种粒径的真石漆涂膜的表面形态图见图6，从中可清晰地看出粗砂真石漆涂膜表面结构很粗糙。

粗砂与细砂两种涂膜的耐沾污性对比见图7（由于粗、细两种砂的白度不一样，同时也不是同一配方，无法进行反射系数下降率的对比，所以采用目测的方式作对比），目测细砂涂膜的耐沾污性明显好于粗砂涂膜。

图6 涂膜表面形态图Figure 6 Surface profile of coating film

图7 粗砂与细砂涂膜的耐沾污性对比Figure 7 Comparative of dirt pick-up resistance of coarse sand and fine sand

在基础配方相同的情况下，采用不同目数的砂子，其涂膜的耐沾污性的波动是很大的，砂子越细，则涂膜表面的孔隙越小，耐沾污性越好。反之，则孔隙越大，涂膜越粗糙，越容易被污染。真石漆常用砂子的粒径为80～120目、40～80目、20～40目、10～20目，从涂膜的耐沾污性出发，无论是何种级配的效果，都应以80～120目与40～80目粒径砂子的混合作为级配的主体，以20～40目与10～20目粒径砂子作为点缀，当客户有粗犷质感要求时，可稍微加大20～40目与10～20目的点缀大颗粒砂子的比例，不建议采用单纯40～80目或20～40目、10～20目的级配方式。

3.5 涂膜的表面能对真石漆耐沾污性的影响

涂膜的污染可分为渗入性污染和附着性污染两大类，因此提高涂膜的耐沾污性有两大方向，一是通过改变涂膜的表面性质，使污染物难以附着并容易去除，二是让污染物不易渗入。

在改善涂膜表面性质方面，通过增大或减小涂膜表面的水接触角，从而使涂膜表面具有疏水性或亲水性是实现涂膜耐沾污、自清洁功能的两大方向［4］。疏水的表面具有低的表面能，污染物本身与水不易吸附。亲水表面具有高表面能，因水接触角小，水润湿比较好，所以就算表面吸附了污染物，也很容易冲洗下来。真石漆涂膜不同于平涂乳胶漆，即使完全采用80～120目的细砂，其涂膜在微观下仍然是多孔不致密的，如图8所示。所以对于真石漆来说，减少渗入性污染显然是提升其耐沾污性的关键因素。

图8 真石漆涂膜的SEM图Figure 8 SEM of stone paint film

瓦克的BS1306是一种功能有机硅改性聚硅氧烷乳液，其通常作为外墙涂料的憎水添加剂，可以增强涂膜的防水性和耐水性，改善外墙涂料的抗粘连性和耐沾污能力，并保持良好的水蒸气透过性［5］。BS1306的用量对真石漆耐沾污性的影响见表4。

表4 BS1306的用量对真石漆耐沾污性的影响Table 4 Effect of BS1306 dosage on dirt pick-up resistance of the stone paint

从表4中可以看出，添加BS1306后，涂膜的耐沾污性明显提升，这是由于BS1306加入涂料后，提高了涂膜与水的接触角，使涂膜具有良好的疏水性，防止污染物以水为介质通过毛细管作用渗入到涂膜内部，进而增强了真石漆涂膜的耐沾污性。当BS1306的用量上升到一定量时，涂膜的反射系数下降率有上升的趋势，这是因为随着涂膜表面疏水性的增强，水越来越不容易将涂膜上附着的污染物冲掉的原因。

现阶段的研究成果表明，最理想的抗污自洁涂层结构是：涂层（底涂）基体为疏水状态，并具有良好的防水及耐水性能，而表面则具有超亲水性及对油性污染物的自分解去除能力［6］。所以理想的真石漆涂膜体系是真石漆涂膜本身具有疏水性，而罩面清漆具有亲水性。

4 结语

罩面漆的使用对真石漆体系耐沾污性的提升非常关键，但在实际施工中，监管难度较大，所以真石漆本身耐沾污性的提升也比较重要。乳液的Tg对真石漆本身的耐沾污性会产生影响，乳液Tg越高，则涂膜耐沾污性越好，通常真石漆乳液的Tg在25～30℃时能达到耐沾污性与其它性能的较好平衡。乳液的含量对涂膜耐沾污性也会产生影响，乳液含量过低的真石漆的耐沾污性明显低于高乳液含量的真石漆，乳液含量在15%～18%之间时，涂膜耐沾污性表现较好。粗砂制备的涂膜表面粗糙、多孔，使污染物更容易黏附与渗入，所以从耐沾污的角度出发，应尽量采用较细的砂子搭配，粗砂用来作点缀。真石漆因为涂膜多孔，更容易形成渗入型污染，适当添加低表面能的有机硅助剂BS1306，能有效减少渗入型污染，进而提升涂膜的耐沾污性。