罩光清漆的標(biāo)準(zhǔn)介紹及性能的比較研究

姜廣明，馬海旭，梁 楊，肖凱巍，胡 水

（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.北京化工大學(xué)，北京 100029）

0 引 言

建筑涂料用的罩光清漆（也叫罩面漆）具有很好的耐水性、耐堿性、耐洗刷性、耐候性等優(yōu)點(diǎn)，能夠保護(hù)基材和下層涂料［1］。常見(jiàn)的罩光清漆的浮液成分種類(lèi)很多，有（改性）丙烯酸樹(shù)脂、水性聚氨酯［2］、硅樹(shù)脂［3］、氟碳清漆［4］、有機(jī)氟硅材料［5］等。

耐沾污性也是罩光清漆的一個(gè)重要指標(biāo)，優(yōu)異的耐沾污性可以延長(zhǎng)重涂的時(shí)間間隔，節(jié)約成本與人力，減少環(huán)境污染。耐沾污性同時(shí)也是我國(guó)罩光清漆檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的重要控制項(xiàng)目，是區(qū)別優(yōu)良產(chǎn)品與不合格產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)。罩光清漆乳液的玻璃化溫度越高，漆膜的硬度就越高，黏性就越低，測(cè)試耐沾污性時(shí)粉煤灰越容易被沖走，耐沾污性越好。罩光清漆的耐沾污性還與成膜物質(zhì)的表面能有關(guān)，超疏水的表面可以通過(guò)粗糙構(gòu)造或者使用低表面能的乳液都可以實(shí)現(xiàn)自清潔［6］；或者加入光觸媒物質(zhì)等使罩光清漆獲得超親水自潔性，也可以提高罩光清漆的耐沾污性［7］。

本文首先介紹了中國(guó)的罩光清漆的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系，然后用紅外光譜和 DSC 分析方法（差示掃描量熱法）對(duì)罩光清漆的乳液種類(lèi)、組成成分以及玻璃化溫度Tg 進(jìn)行了解析，最后比較了不同罩光清漆的物理性能并從微觀角度解釋了各性能差異產(chǎn)生的原因。

1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

選取不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的 8 個(gè)罩光清漆，編號(hào) ZM-2、ZM-3、ZM-4，ZM-7、ZM-8、ZM-9、ZM-10、ZM-11。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

傅里葉變換紅外光譜儀，采用衰減全反射式紅外光譜儀，探頭為金剛石晶體。掃描范圍為 4000～525cm-1，掃描次數(shù) 32 次，分辨率 8cm-1。采用 ATR 方式測(cè)試涂層的紅外光譜。

DSC 分析使用瑞士 METTLER-TOLEDO 公司產(chǎn)品 TGA/DSC1 同步熱分析儀（型號(hào) STARe system）測(cè)試；掃描范圍 -60～200℃，升/降溫速度為 20℃/min。預(yù)掃描一次，消除材料的熱歷史。

物理性能的檢測(cè)依據(jù)為 HG/T 5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》；耐水白性的檢測(cè)依據(jù)為 GB/T 9779-2015《復(fù)層建筑涂料》。

接觸角測(cè)量采用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

HG/T 5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》是我國(guó)第一本專(zhuān)門(mén)的罩光清漆標(biāo)準(zhǔn)，適用于以丙烯酸樹(shù)脂、硅改性丙烯酸樹(shù)脂、聚氨基甲酸酯樹(shù)脂等為主要成膜物的罩光清漆。罩光清漆要求檢測(cè)在容器中狀態(tài)、低溫穩(wěn)定性（3 次循環(huán)）、施工性、干燥時(shí)間（表干、實(shí)干）、涂膜外觀、光澤、透光率、霧度、耐堿性、耐洗刷性、與下層涂料的適應(yīng)性等 11 個(gè)項(xiàng)目，內(nèi)用類(lèi)還需檢測(cè)耐污漬性、耐黃變性等 2 個(gè)方面（共 13 個(gè)項(xiàng)目），外用類(lèi)還需要檢測(cè)耐水性、耐酸雨性、涂層耐溫變性、耐沾污性、耐人工氣候老化性等 5 個(gè)方面（共 16 個(gè)項(xiàng)目）。

GB/T 9779-2015《復(fù)層建筑涂料》要求透明面漆檢測(cè)容器中狀態(tài)、施工性、干燥時(shí)間、耐水白性等 4 個(gè)項(xiàng)目，外墻透明面漆還要求檢測(cè)耐沾污性和最小接觸角（僅針對(duì)自潔性功能面漆）等。

JG/T 24-2018《合成樹(shù)脂乳液砂壁狀建筑涂料》要求對(duì)透明型面涂料檢測(cè)容器中狀態(tài)、施工性、干燥時(shí)間（表干）、涂膜外觀、低溫穩(wěn)定性（3 次循環(huán)）、耐堿性、涂層耐溫變性（5 次循環(huán)）、耐沾污性、耐水泛白性（以白度值表示）、自潔性能/最小水接觸角（僅針對(duì)光催化自潔型面涂料）。

2.2 紅外測(cè)試

罩光清漆的成分通常不太復(fù)雜，只是由乳液和少量助劑組成。罩光清漆的性能是由其乳液種類(lèi)及各組成成分的特性決定的。為了研究罩光清漆的種類(lèi)及成分，首先對(duì) 8 個(gè)樣品進(jìn)行了紅外測(cè)試，紅外光譜圖如圖1 所示。

圖1 罩光清漆的紅外光譜圖

從圖1 可以看出，8 個(gè)罩光清漆的乳液都含有丙烯酸酯的成分。因?yàn)?Si-C 的紅外峰強(qiáng)度不高以及硅丙乳液中 Si-C 的濃度不是特別高，所以不太容易從紅外光譜上判定出該乳液是純丙乳液或者是硅丙乳液。

ZM-10 在 3 428 cm-1處有 O-H 振動(dòng)峰，并且在1 000～1 100 cm-1有一個(gè)較強(qiáng)的峰，這是 Si-O 的伸縮振動(dòng)峰。這說(shuō)明 ZM-10 中含有 SiO2的成分（消光粉的成分）。

有別于其他 7 個(gè)產(chǎn)品的紅外光譜，ZM-7 在1 536 cm-1有明顯的一個(gè)峰，這是典型的 O=C-N 的紅外峰。因此可以判定 ZM-7 的乳液不是單純的丙烯酸酯乳液，而是 PUA 乳液（聚氨酯丙烯酸乳液）［6］。

2.3 DSC 分析

乳液的 Tg 對(duì)物理性能的影響比較大，Tg 高，耐水性和耐沾污性等都好。利用 DSC 測(cè)試了這 8 個(gè)罩光清漆的 Tg，曲線(xiàn)如圖2 所示。

從圖2 可以看出，升溫過(guò)程中，罩光清漆大都表現(xiàn)出了玻璃化轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變范圍都在 -25～50℃。這說(shuō)明，丙烯酸酯類(lèi)的 Tg 都比較接近。

不管是哪一類(lèi)的罩光清漆，優(yōu)異的耐沾污性都是必不可少的。適當(dāng)?shù)靥岣呷橐旱?Tg 可以使涂膜硬，耐沾污性提高［7］；但是過(guò)高的 Tg 又會(huì)導(dǎo)致涂膜成膜困難，需加入較多的助劑使揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量増多。

2.4 物理性能

首先測(cè)試 8 個(gè)罩光清漆的顏色與狀態(tài)、60°光澤、透光率、霧度等外觀性能。結(jié)果如表1 所示。

圖2 罩光清漆的 DSC 曲線(xiàn)

表1 罩光清漆的外觀性能

從表1 可以看出，大部分產(chǎn)品都是高光透亮的，這與市場(chǎng)上高光產(chǎn)品居多，亞光產(chǎn)品較少是一致的。而且不同產(chǎn)品的光澤、透光率和霧度基本沒(méi)有什么差別。

唯一不同的是 ZM-10 是亞光的（不僅是亞光的，還有磨砂效果）。這可能是因?yàn)?ZM-10 中加入了 SiO2消光粉，也因此能從紅外光譜中看出 Si-O 的峰。

在平常的檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)，罩光清漆的耐水性、耐堿性、耐洗刷性、耐老化性等項(xiàng)目的合格率非常高；耐沾污性和耐水白性比較容易不達(dá)標(biāo)。耐沾污性和耐水白性與罩光清漆的 Tg 有比較強(qiáng)的相關(guān)性，因此對(duì)樣品進(jìn)行重新排序。按照 Tg 從低到高的順序，列出了罩光清漆的耐沾污性和耐水白性。為了表征罩光清漆的疏水性，還測(cè)試了接觸角。測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

從表2 中可以看出，Tg最低的兩個(gè)產(chǎn)品 ZM-3 和ZM-11 的 Tg 低于14 ℃，漆膜較軟，導(dǎo)致這兩個(gè)產(chǎn)品的耐沾污性和耐水白性都不合格。已知 ZM-11 是硅丙乳液，所以其接觸角較高。

表2 罩光清漆的物理性能

ZM-2 產(chǎn)品是著名大廠(chǎng)的產(chǎn)品，非常特別。它的 Tg 僅有 17.5 ℃，不算很高；接觸角也只有 70 ℃，是8 個(gè)產(chǎn)品中最低。但是它卻能做到耐沾污優(yōu)良（9 %），并且耐水白性 72 h 無(wú)異常。

剩下的 5 個(gè)產(chǎn)品的 Tg 達(dá)到 30 ℃ 以上時(shí)，耐沾污性已不成問(wèn)題。有兩個(gè)產(chǎn)品 ZM-9 和 ZM-10 的耐水白性卻不如 ZM-8、ZM-4、ZM-7 等，僅能做到 24 h 和 48 h 不變白，達(dá)不到 72 h 無(wú)異常。這可能是因?yàn)榕浞街屑尤肓说脑龀韯┖拖夥鄣扔H水成分造成的。

ZM-7 的性能是這 8 個(gè)產(chǎn)品中表現(xiàn)最優(yōu)異的，也說(shuō)明了罩光清漆的性能最主要還是由乳液的類(lèi)型和親疏水性決定［8］。

罩光清漆的耐沾污性還與成膜物質(zhì)的表面能有關(guān)，超疏水的表面可以實(shí)現(xiàn)自清潔［9］，或者加入光觸媒等使罩光清漆獲得超親水自潔性［10］。由于乳液的類(lèi)型不同，以及各成分對(duì)親疏水性的影響，單測(cè)試罩光清漆的接觸角基本反映不出來(lái)罩光清漆的性能好壞。僅僅可以說(shuō)，接觸角達(dá)到 80°以上時(shí)，耐沾污性基本合格；耐沾污性小于 80 ℃ 時(shí)無(wú)法從接觸角來(lái)判定罩光清漆的耐沾污性的好壞。

3 結(jié) 語(yǔ)

耐沾污性和耐水白性是罩光清漆的最重要的兩個(gè)性能，由罩光清漆的乳液種類(lèi)以及玻璃化溫度 Tg 還有罩光清漆的組成成分共同決定。PUA 乳液的性能明顯優(yōu)于丙烯酸乳液，玻璃化溫度高的乳液的性能優(yōu)于玻璃化溫度低的乳液。親水性的助劑及成分能降低乳液的耐水白性，加入量要適當(dāng)。Q