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        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料
        2020年01月14日    閱讀量:1315    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        0 引言

        節能減排已成為我國的基本國策,建築節能是其中的一項重要組成部分。在建築圍護結構節能的設計中,隨著外牆外保溫系統的廣泛應用,對飾面材料也提出了更嚴格的要求,以往常用的瓷磚、石材等重質材料被棄用,而與外保溫系統相容性和匹配性好、防水性和透氣性優、耐沾污性和耐久性佳的功能性飾面塗料受到青睞。


        根據JG 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外牆外保溫系統》規定,作為外牆外保溫飾面的建築塗料,必須與薄抹灰外保溫系統相容,其性能指標應符合外牆建築塗料的相關標準,同時,外牆外保溫系統,包括飾面塗料在內的5 mm 厚的防護層,要求浸水24 h 吸水量<500 g/m2,水蒸氣濕流密度>0.85 g/(m2·h)中國建材網cnprofit.com


        按此標準要求,水性氟碳漆、高彈性外牆乳膠漆、低PVC 有光外牆乳膠漆等,因其塗膜緻密、透氣性差而均不易用作外保溫的飾面塗料。另外,飾面塗料還應具有耐候性、耐沾污性和一定的柔韌性。


        本研究以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液混拼材料為基料,以金紅石型鈦白粉為顏料,以重質碳酸鈣、空心玻璃微珠等為填料,配用助劑製備成低彈性隔熱外牆塗料。該塗料除符合建築外牆塗料中優等品的常規性能要求外,還具有吸水量低、透氣性高、耐沾污性好、隔熱性優等特性,且與外牆外保溫系統有很好的相容性、匹配性。


        1 實驗部分

        1.1 原材料

        硅樹脂乳液BS43N、有機硅憎水劑BS1306,德國瓦克;自交聯型彈性純丙乳液2848NG、分散劑731A、潤濕劑X-405、防腐劑LXE、增稠劑TT935、流平劑RM-2020,羅門哈斯;消泡劑NXZ,海川;pH 調節劑AMP-95,陶氏化學;金紅石型鈦白粉R-706,美國杜邦;空心玻璃微珠,3M 公司;重鈣粉,國產;成膜助劑Texanol,伊士曼;乙二醇,台湾燕化;羥乙基纖維素(HEC),市售品。


        1.2 基本配方

        彈性隔熱硅樹脂外牆塗料的基本配方見表1。

        表1 彈性隔熱硅樹脂塗料的基本配方

        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com

        1.3 生產工藝

        將水加入高速分散釜中,在低速攪拌下加入HEC、731A、X-405、LXE 和乙二醇,溶解分散均勻后加入顏填料,高速分散30~40 min ;測定細度符合要求后,加入硅樹脂乳液BS43N 和BS1306,分散5~10 min ;變中速加入消泡劑、彈性純丙乳液2848NG、成膜助劑和pH 調節劑,攪拌20~30 min,使pH 值=8~9,再加增稠劑和流平劑,混合均勻后,過濾,包裝。


        1.4 性能檢測

        按照JG/T 172—2005《彈性建築塗料》的技術要求檢測常規性能;按照JG 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外牆外保溫系統》標準規定的方法檢測吸水量;按照GB/T 17146—1997《建築材料水蒸氣透過性能檢測試驗方法》檢測透氣性;由中國科學計量研究院檢測太陽光反射率。


        1.5 性能指標

        彈性隔熱硅樹脂塗料的性能指標見表2。

        表2 彈性隔熱硅樹脂塗料的性能指標

        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com

        2 結果與討論

        2.1 BS43N 與2848NG 配比對防水性和透氣性的影響當基料由純硅樹脂乳液和聚合物乳液組成,且硅樹脂乳液用量超過40% 時,所得塗料具有良好的防水性和透氣性。一般來說,防水性好的塗料(如高光塗料、彈性塗料等)往往透氣性不良;而透氣性好的塗料(如高PVC 塗料、復層花紋塗料、砂壁狀塗料等),防水性不佳。


        選用透氣性好的硅樹脂乳液和彈性純丙乳液作基料,採用PVC ≥ CPVC 的配方,並配用有機硅憎水劑,製備的塗料兼有良好的防水性和透氣性。在配方中其他因素不變的前提下,只改變BS43N與2848NG 的配比,考察試樣的吸水量和水蒸氣濕流密度,結果見表3。


        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com


        表3 BS43N 與2848NG 配比對防水性和透氣性的影響


        由表3 可見:隨著硅樹脂乳液BS43N 在基料中配比的增大,試樣24 h 的吸水量相應降低,即防水性提高;而水蒸氣濕流密度值相應上升,即透氣性提高。當BS43N 在基料中佔50% 時,所得塗料的吸水量比對照樣降低了24.4%,水蒸氣濕流密度提高了4.5倍,完全滿足JG 149—2003 標準要求。


        單就吸水量而言,實驗中測得的是整個防護層(抗裂抹面砂漿+ 網格布+ 柔性膩子+ 封閉底漆+ 飾面塗料)的吸水量數據,雖然均低於500 g/(m2·d)的標準指標,但就飾面塗層而言,其吸水量應遠遠低於500 g/(m2·d),這樣才能保證整個防護層通過該項指標,防止因塗膜吸水過多而導致塗層泛鹼、長霉、鼓泡、起皮等現象。單就透氣性而論,一般要求外層水蒸氣濕流密度比內層高,也就是說,飾面塗層的水蒸氣濕流密度要遠遠大於0.85 g/(m2·d),這樣水蒸氣才能暢通無阻地排出[1]。


        用於外保溫系統的飾面塗料透氣性至關重要,由於塗膜透氣性差而導致的起泡、開裂、脫落現象屢見不鮮,失去飾面層保護的保溫系統因滲水而必然導致導熱係數增高,保護層凍融破壞、脫落。

        綜上所述,作為外保溫體系的飾面塗料,除常規性能指標符合要求外,還必須同時滿足吸水量(防水性)和水蒸氣濕流密度(透氣性)的標準要求。當BS43N∶2848NG=5∶5 時,吸水量為310 g/(m2·d)、水蒸氣濕流密度為105 g/(m2·h),達到防水性和透氣性的良好平衡。


        2.2 BS43N 與2848NG 配比對彈性和耐沾污性的影響

        硅樹脂是熱固性材料,即使在高溫條件下塗膜也不變軟、返黏,耐沾污性佳。2848NG 是一種自交聯、紫外光固化的彈性純丙烯酸乳液,其Tg 為-35℃,MFT 為0℃,具有優良的彈性、耐沾污性、耐候性和透氣性。將這兩種乳液以一定比例複合作基料,製備的塗料除保持了硅樹脂塗料的防水性和透氣性以外,還賦予塗膜優良的耐沾污性和耐候性,以及一定的彈性。在配方中保持其他因素不變的前提下,只改變BS43N 和2848NG 的配比,檢測塗膜的斷裂伸長率和耐沾污性,結果見表4。

        表4 BS43N 與2848NG 配比對彈性和耐沾污性的影響

        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com

        由表4 可見:隨著硅樹脂乳液在基料中比例的增大,塗膜的耐沾污性變好,而斷裂伸長率降低。這是因為硅樹脂乳液與自交聯彈性純丙乳液共同形成的網狀結構比較堅硬,高溫下不返黏,不易沾染灰塵。硅樹脂用量越多,耐沾污性越好,但彈性降低。為了保證塗膜既具有一定的彈性,以便適應基層的溫變應力,又要有較高的耐沾污性,以及良好的防水性和透氣性,BS43N/2848NG(質量比)=4∶6~5∶5為宜。


        2.3 PVC 對塗料性能的影響

        當BS43N ∶ 2848NG 的配比確定后,在其他因素不變的前提下,不同PVC 對塗料性能的影響見表5。

        表5 PVC 對塗料性能的影響

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        由表5 可見:隨著PVC 增大,塗料的吸水量相應增大,即防水性降低;水蒸氣濕流密度相應增加,即透氣性提高;斷裂伸長率相應減少,即彈性變差;耐沾污性相應降低。


        其原因是:當PVC 較低時,基料不僅完全包裹了所有的顏填料粒子,而且多餘的基料又填滿了所有的空隙,毛細孔被連續性塗膜堵塞封閉,液態水難以滲入,吸水量減少,即防水性提高,也阻礙了內部水蒸氣的逸出,即透氣性不良。當PVC> CPVC 時,基料不足以完全包裹所有的顏填料,塗膜中的空隙較多,雖然透氣性好,但防水性、彈性和耐沾污性均降低。為了使塗料的防水性、透氣性、彈性和耐沾污性等指標達到良好的動態平衡,本研究選取PVC 為60%~65%,並添加適量的有機硅憎水劑,利用聚硅氧烷在毛細孔內壁形成的網狀硅氧烷膜,降低毛細孔的表面張力,賦予塗膜很強的憎水性。由於網狀硅氧烷膜並不封閉毛細管通道,不會影響透氣性,同時還有助於增大液態水與塗膜的接觸角θ,提高耐沾污性。


        2.4 顏填料對隔熱性的影響

        太陽光熱輻射按波長不同可劃分為3 個部分,各部分在總能量中所佔的比例如下:紫外光佔5%,可見光佔45%,近紅外光佔50%。太陽輻射熱是物體的主要熱源,減少近紅外輻射是物體降溫的主要渠道。太陽熱反射隔熱塗料之所以對近紅外輻射有顯著的反射作用,是因為它添加了對太陽輻射具有高反射、低吸收的功能性顏填料。


        金紅石型鈦白粉是目前已知功能性顏料中折光指數最高(2.8)的白色顏料,光反射率達到80% ;在礦物粉末填料中,碳酸鈣的反射率為48%,優於滑石粉(反射率45%)和高嶺土(反射率46%)等;空心玻璃微珠的反射率雖然只有48%,但其散射率高達80%~88%,塗料中加入適量空心玻璃微珠后,太陽光入射到塗膜表面時,排布緊密的空心玻璃微珠可以對光線產生多次反射,從而提高了塗膜的反射率。


        本研究選用金紅石型鈦白粉(A)、重質碳酸鈣(B)、空心玻璃微珠(C)作顏料,在配方中其他因素不變的條件下,A、B、C 的質量比對塗料的對比率、反射率的影響見表6。

        表6 不同顏填料配比對塗料性能的影響

        外牆外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂塗料的研製,以硅樹脂乳液與彈性純丙乳液複合乳液為基料 中國建材網,cnprofit.com

        由表6 可見:在顏填料總量固定的前提下,當金紅石型鈦白粉佔20%,重鈣佔70%,空心玻璃微珠佔10% 時,所得塗膜的對比率較低,達不到JG/T 172—2005 標準要求,反射率也小於80% 的標準要求;當金紅石型鈦白粉佔30% 以上時,對比率和反射率均能滿足標準要求;當金紅石型鈦白粉佔30% 時,隨著空心玻璃微珠比例的提高,反射率略有上升;當金紅石型鈦白粉佔40% 時,雖然對比率和反射率最優,但成本也有較大幅度提高。綜合考慮性價比,最終選定功能性顏填料的配比為A ∶ B ∶ C=3 ∶ 5 ∶ 2。


        3 結語

        以硅樹脂乳液和彈性純丙乳液複合乳液為基料,以金紅石型鈦白粉、重質碳酸鈣、空心玻璃微珠為功能性顏填料,配用助劑製備的彈性隔熱塗料,除滿足建築外牆塗料的常規性能指標外,還具有防水性、透氣性好、耐沾污性佳和一定彈性的特點,與外牆外保溫系統相容性好,並有高耐候性,非常適合用作外牆外保溫系統的飾面塗料。

        (1) 作為外牆外保溫體系的飾面塗料,必須同時滿足吸水量(防水性)和水蒸氣濕流密度(透氣性)的標準要求。試驗結果表明:當基料中的硅樹脂乳液BS43N 與彈性純丙乳液2848NG 的配比為1 ∶ 1 時,製備的塗料可取得防水性和透氣性的良好均衡。

        (2) 作為外保溫體系的飾面塗料,還應具有一定的彈性,以便釋放內部保溫層因乾濕、溫變等產生的應力,避免裂縫的產生;同時還應具有較高的耐沾污性,減少帶有腐蝕性的污染物對塗膜的侵蝕,延長使用壽命。當BS43N/2848NG 配比為4∶6~5∶5 時,製備的塗料除具有較高的防水性、透氣性外,還有一定的彈性和優良的耐沾污性。

        (3) 在試驗條件下,當PVC 為60%~65% 時,製備的塗料既兼顧了防水性和透氣性,也兼顧了彈性和耐沾污性,取得了良好的均衡。

        (4) 當金紅石型鈦白粉∶重質碳酸鈣∶空心玻璃微珠配比為=3∶5 ∶2 時,製備塗料的反射率達85%,具有理想的隔熱降溫效果。



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