新型外墻無機涂料的研究

摘要: 研究了外墻無機涂料的配制，測試了涂料的表面干燥時間、耐水性、耐堿性和粘結強度。實驗結果表明：面層涂料中助劑與外加劑的質量比為3:8 時，涂料表面干燥時間、耐水性和耐堿性均符合國家標準；適當改變底層涂料中助劑和堿的摻量，涂料的14d 粘結強度均達到或超過了國家標準中的指標值。

關鍵詞: 礦粉；無機涂料；耐水；耐堿；開裂

　　在建筑外墻裝飾品中，外墻建筑涂料正日益受到人們的青睞。美國、西歐、日本和新加坡等發(fā)達國家，涂料已經成為建筑裝飾的主導產品。1998 年新加坡規(guī)定，高檔重型外墻硬飾材料必須控制在10 %以內，高層建筑裝飾全部使用外墻涂料[1]。和面磚、鋁塑板、幕墻板裝飾石材等重型耐久性材料相比，外墻涂料經濟、安全、種類繁多、色彩豐富且可更換。

　　在外墻建筑涂料中，無機涂料的原料來源廣泛，生產過程簡單，生產成本低，原材料本身和無機涂料的生產過程都很少或不釋放有毒物質。因此，在提倡節(jié)能、環(huán)保的今天，對無機外墻涂料的研究具有重要意義[2-4]。

　　本文以礦粉和水玻璃為主要原料，摻加適量助劑和填料制備涂料，并研究涂料的不同配比對其表面干燥時間、粘結強度、耐水性和耐堿性的影響。

1 實 驗

1.1 原料

　　礦粉：上海梅山企業(yè)發(fā)展有限公司，S95 級礦渣；d50 = 22.909 μm，礦渣的化學組成見表1。填料：鈦白粉、硅藻土、滑石粉，均為市售。水玻璃：南京合一化工有限公司，模數n = 2.2~2.5。助劑及外加劑。

表1 礦粉的化學組成

Table1 Chemical compositions of slag powder %

1.2 實驗流程

　　實驗流程見圖1。將礦粉、填料和助劑混合后，與水玻璃 ( 用堿 KOH 調節(jié)堿度 ) 混合，并充分攪拌，制成底層涂料，表干后，面涂外加劑和助劑的混合液，制成涂料。將制備的涂料養(yǎng)護至規(guī)定齡期后，進行性能測試。

圖1 實驗流程示意圖

Fig.1 Sketch map of tests flow

1.3 性能測試

　　按GB1022－88《外墻無機建筑涂料規(guī)定》，主要對涂料的表面干燥時間、粘結強度、耐水性和耐堿性進行測試。

2 結果與討論

2.1 表面干燥時間

　　底層涂料中，助劑和堿（KOH，用于調節(jié)體系堿度）與固體份 ( 礦粉和填料兩部分之和 ) 的質量比分別為11.0 %和8.0 %，通過改變面層涂料中助劑和外加劑的比例，測試涂料的表面干燥時間，結果見表2。

表2 不同比例助劑和外加劑對干燥時間的影響

Table2 Effect on drying time with different ratios of additive to admixture

 

　　由表2 可見，干燥時間測試中發(fā)現(xiàn)，若助劑和外加劑的質量比過大，面層涂料出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象；反之，若助劑和外加劑的質量比過小，涂膜斷裂。所以，助劑和外加劑之間存在適宜的配比，實驗結果表明，當助劑和外加劑的質量比在3:7 或3:8 時，涂膜性能良好。圖2-1a～2-4b 分別為助劑與外加劑的質量比為3:6、3:7、3:8 和3:9 時，干燥時間測試前后的涂層情況。

2.2 耐水性

　　改變底層涂料中助劑和KOH 的摻量，面層涂料中助劑:外加劑的質量比為3:8 時，測試涂料的耐水性能，并觀察涂層情況，結果見表3。

表3 耐水性試驗結果

Table3 Results of the test on water resistance

圖3-1 和圖3-2 分別為試板1 和試板2 耐水性測試后的涂層情況。

從圖3-1 和圖3-2 可以看出，兩組試板在耐水性測試后均無起泡、軟化、剝落現(xiàn)象，且無明顯變色。符合國家標準。

2.3 耐堿性

　　改變底層涂料中助劑和KOH 的摻量，面層涂料中助劑和外加劑的質量比為3:8 時，測試涂料的耐堿性能，并觀察涂層情況，結果見表4。

表4 耐堿性試驗結果

Table4 Results of the test on alkali resistance

2.4 粘結強度

(1) 助劑摻量對粘結強度的影響

　　底層涂料中分別摻加與固體份質量比為8.7 % 和11.0 % 的助劑，測試助劑摻量對粘結強度的影響，結果見表5。

　　由表5 可知，粘結強度均隨時間的延長而增大；10 d 和14 d 的粘結強度均隨助劑摻量增大而增大。14 d 時，兩組配比的涂料的粘結強度接近或超過了國家標準(≥0.49 MPa)。這主要是因為，隨著時間的延長，礦粉-水玻璃-堿體系膠凝反應產生的凝膠物質增多，體系致密性提高，強度增大；同時，體系與水泥底板的接觸也越來越緊密，界面上反應產生的凝膠物質能粘結涂層和底板；另外，由于助劑的摻入，一方面提高了涂層的致密性，另一方面助劑的粘結作用也提高了體系的粘結強度。

表5 助劑摻量對粘結強度的影響

Table5 Effect on bond strength changing the content of additive

 

(2) KOH 量對粘結強度的影響

　　底層涂料中分別摻加與固體份質量比為8.0 %、12.0 % 和15.0 % 的KOH，測試KOH量對粘結強度的影響，結果見表6。

表6 KOH 量對粘結強度的影響

Table6 Effect on bond strength changing the content of KOH

　　如表6 所示，粘結強均度隨著時間的延長而增大；14 d 時，涂料的粘結強度隨KOH 含量的增加而增大，且都達到了國家標準(≥0.49 MPa)；10 d 時，雖然摻加8.0 %的KOH 的涂料粘結強度稍大于12.0 %時的粘結強度，不過強度值還是基本符合隨KOH 含量增加而增大這個趨勢。由此可見，在助劑摻量不變的情況下，增加KOH 的用量，也能提高體系的粘結強度。這主要是因為，KOH 作為強堿，能與水玻璃一同激發(fā)礦粉的潛在活性，促進水化產物的形成，提高體系的粘結強度。另外，從表6 中可以看出，底層涂料中摻加15.0 %的KOH時，10 d 強度已經達到0.57 MPa，14 d 強度增長不大，只有0.61 MPa，由此可見，在一定的摻量范圍內，堿摻量的增加，使得水化反應加快，10 d 以后，水化反應已趨于平緩。

(3) KOH 與NaOH 復配對粘結強度的影響

　　將KOH 與NaOH 按質量分別占固體份的4.0 % 和4.0 %，2.0 % 和6.0%以及6.0% 和2.0% 進行復配，測試其對粘結強度的影響，結果見表7。

 

表7 KOH 與NaOH 復配后測定粘結強度

Table7 Effect on bond strength changing the content of KOH and NaOH

 

　　如表7 所示，當KOH、NaOH 的質量分別占固體份的4.0%、4.0%和6.0%、2.0%時，14 d 時涂料的粘結強度均達到了國家標準(≥0.49 MPa)；隨著KOH 含量的增加，體系的粘結強度增大。這可能是因為，KOH 的堿性大于NaOH，在試驗范圍內，KOH 含量越高，水化反應的速度越快，表現(xiàn)出的粘結強度也越高。另外，KOH 含量越高的體系，光滑平整性也越好。綜合考慮，KOH 比NaOH 更適合作為本體系的堿激發(fā)劑。

3 結 論

　　采用兩層涂刷的無機涂料能有效解決無機涂料開裂的問題；面層涂料中，助劑與外加劑的質量比為3:8 時，涂料的表面干燥時間、耐水性和耐堿性均符合國家標準；當底層涂料中助劑質量分別占固體份的11.0 % 和8.7 % 時，涂料的粘結強度接近或超過國家標準；當底層涂料中KOH 的質量分別占固體份的8.0 %、12.0 % 和15.0 %時，涂料14 d 的粘結強度均超過國家標準。

參考文獻

[1] 李湘洲. 國外建筑外墻涂料的現(xiàn)狀及我國的差距[J]. 材料與結構, 2005(1):19~21.

[2] 徐峰. 環(huán)保型無機涂料[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2004:11~13.

[3] 劉錦子, 江開宏. 新型無機涂料的研制[J]. 新型建筑材料, 2004(12):45~46.

[4] 周錫榮, 唐紹裘, 周武藝. 新型無機涂料的制備及應用[J]. 山東陶瓷,2004(2):17~20.

1 College Of Materials Science And Engineering, Nanjing University Of Technology, Nanjing 210009,

2. Nanjing Meibao New Building Materials Co., Ltd, Nanjing 210000)

Abstract: The preparation of inorganic coating for outdoor was studied and the surface drying time, waterresistance, alkali resistance and bond strength were tested. The results showed that when the ratio of additive toadmixture of surface coating is 3:8, the surface drying time, water and alkali resistance all meet the national standard. Properly changing the content of additive and alkali, bond strengths of the coating at 14d reach or exceed the value in national standard.

Key words: slag powder, inorganic coating, water resistance, alkali resistance, crack