水性有機硅樹脂彈性外墻涂料的研制與應用研究

王旭洋，戎肖江，唐娜

（1.天津科技大學海洋科學與工程學院，2.天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津300457；3.杭州之江有機硅化工有限公司，浙江311200）

水性有機硅樹脂彈性外墻涂料的研制與應用研究

王旭洋1，2，3，戎肖江3，唐娜1，2

（1.天津科技大學海洋科學與工程學院，2.天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津300457；3.杭州之江有機硅化工有限公司，浙江311200）

摘要：以丙烯酸彈性乳液、純有機硅樹脂和聚氨酯分散體混合體為基料，以金紅石鈦白粉、重質碳酸鈣、煅燒高嶺土為顏填料，配以助劑制備了水性有機硅樹脂彈性外墻涂料并優化了制備條件，為：顏填料的加入量為40wt%，丙烯彈性酸乳液SC-138的加入量為35wt%，彈性聚氨酯分散體pu101的加入量為5wt%，純有機硅樹脂BS-43N的加入量為5wt%。應用研究結果表明：研制的水性有機硅樹脂彈性外墻涂料具有較高拉伸強度、低吸水量、低沾污性和良好透氣性等良好的綜合性能。

關鍵詞：水性有機硅樹脂；聚氨酯分散體；彈性涂料；透氣性；耐沾污性Abst ract：In this paper，we use elasticpolyacrylic emulsion，silicone resin and polyurethane dispersion m ixture as the binder，prepared with rutile titanium dioxide，calcium carbonate and calcined kaolin as pigments and f llers，With additives prepared water based organic silicone elastomer exterior paint.The best preparation conditions was optimized，as follows：the amount of pigment is added 40wt%，elasticpolyacrylic emulsion SC-138 added in an amount of 35w t%，an elastic polyurethane dispersion is added in an amount pu101 5wt%，of pure silicone resin of BS-43N add an amount of 5w t%. Application research results show that the development of water based organic silicon resin elastic exterior wall coating with good comprehensive performance，such as high tensile strength，low water absorbing capacity，high dirt-pickup resistance good permeability and so on.

0　前言

墻體裂縫嚴重影響建筑物的整體美觀，造成雨水和二氧化碳氣體入侵，引起鋼筋銹蝕，加快墻體碳化速度，建筑物墻體飾面裂紋已成為影響建筑工程質量的通病之一。為解決建筑物外墻底材開裂、伸縮和基層的細微裂紋，涂料界近幾年開發了具有延伸性的彈性涂料來彌蓋墻體裂紋以解決這類問題［1]。然而這類彈性涂料主要以低玻璃化溫度的丙烯酸乳液為成膜物質，存在著涂膜耐沾性較差，透氣性差等問題。特別是在建筑物外保溫系統裝飾面層中使用時，很滿足外保溫系統對涂料的性能要求。

本研究固定配方中的丙烯彈性酸乳液和顏填料的量，通過添加不同比例的純有機硅樹脂和彈性聚氨酯分散體并配以助劑優化制備條件及參數研制了具有較高延伸率和高拉伸強度、高耐候性、低沾污性同時具有良好透氣性和低吸水量的水性有機硅樹脂彈性外墻涂料。

1　實驗部分

1.1實驗原料

丙烯酸彈性乳液SC-138（52%固含量，德國巴斯夫股份有限公司）；純有機硅樹脂BS-43N（50%固含量，德國瓦克化學有限公司）；彈性聚氨酯分散體pu101（30%固含量，合肥科天化工有限公司）；金紅石鈦白粉R-902（美國杜邦公司）；成膜助劑Texanole（美國伊士曼化工公司）；重質碳酸鈣1000目（廣福建材精化有限公司）；煅燒高嶺土1250目（內蒙古天之嬌高嶺土有限公司）；分散劑、消泡劑、增稠劑、殺菌劑（美國羅門哈斯公司），實驗所用到水均為去離子水。

1.2實驗儀器

實驗采用JSF-500型分散機和KSM-2開啟式砂磨機購自上海普申化工機械有限公司；NZW涂料耐沾污測試儀購自廣州德滿億儀器有限公司；GXD080B氙燈老化試驗箱蘇州廣郡電子科技有限公司；DXLL-10000電子拉力試驗機購于上海德杰儀器設備有限公司；PL403電子天平購于梅特勒-拖利多儀器公司。

1.3水性有機硅樹脂彈性外墻涂料的制備

（1）固定實驗配方中顏填料，丙烯酸彈性乳液SC-138等比例，其中SC-138含量為35wt%，顏填料含量為40wt%，通過添加不同比例的純有機硅樹脂BS-43N和聚氨酯分散體pu101制得彈性外墻涂料的樣品并進行其性能測試。

（2）工藝流程：將去離子水，分散劑，消泡劑加入分散釜中，攪拌5分鐘，依次加入R-902鈦白粉，煅燒高嶺土，重質碳酸鈣，高速分散45分鐘。將分散好的漿料輸入砂磨機砂磨，砂磨好后輸入到調漆釜，慢速攪拌下依次加入成膜助劑Texanole，純丙烯酸彈性乳液

SC-138，純有機硅樹脂BS-43N，彈性聚氨酯分散體pu101，增稠劑、殺菌劑，攪拌均勻后即得所需產品。

1.4涂料測試和性能表征

（1）拉伸性能：（包括拉伸強度和斷裂延伸率）依據GB528-1998標準，采用力學性能試驗機進行測試（拉伸速度為500mm/min）。

（2）耐人工老化測試：依據GB/T1865標準，結果評定依據GB/1766，其中變色等級的評定依據GB/T1766-1995中4.2.2。

（3）吸水量：依據JG149-2003中1.1。

（4）水蒸氣透過率：依據JG/T309-2001，試驗方法依據其中的7.2部分，結果計算依據8.1.1。

（5）耐沾污性測試：依據GB/9780-2005（建筑涂料涂層耐沾污性試驗方法）。

2　結果與討論

2.1彈性聚氨酯分散體pu101濃度對涂料拉伸性能的影響

水性聚氨酯分散體是聚氨酯以微小顆粒分散在水介質中的兩相體系。高分子分散體施工后，水分揮發，微小的高分子顆粒濃縮形成緊密堆積，在一定的條件下形成為有良好機械性能的涂膜材料［2]。pu101濃度添加量對拉伸性能的影響如圖1所示。pu101的加入對涂料斷裂延伸率影響不顯著，當其添加濃度為1%-5%時斷裂延伸率略有提高。隨著彈性聚氨酯分散體pu101濃度的增加則涂料拉伸強度顯著增加，pu101的加入能有效的提高涂料的拉伸強度，增強了涂膜的彌蓋裂紋的功能。

圖1　彈性聚氨酯分散體PU101濃度對涂料拉伸性能的影響

2.2硅樹脂BS-43N對涂料耐候性的影響

硅樹脂是硅分子三維交聯的化合物，其結構類似于石英，他們都以硅/氧為骨架，硅氧鍵能與碳碳鍵能、碳氧鍵能相比高很多，紫外線的能量不足以使硅氧鍵斷裂，所以硅樹脂具有很好的附著力和耐久性。通常采用耐人工老化性來衡量樣品的耐候性，涂料的耐人工老化性隨著硅樹脂BS-43N濃度的增加顯著提升，如圖2所示。

圖2　硅樹脂BS-43N濃度對涂料耐候性的影響

2.3硅樹脂BS-43N對涂料吸水量的影響

涂料的吸水率是外墻涂料極重要的一個指標［3]，包括涂料層，砂漿等整個外保溫系統的吸水量要求不大于500g/（m2.d），那么對于涂料層而言，其吸水量要遠遠小于500g/（m2.d）這樣才能使整個系統通過該項指標，墻體的破壞、吸潮、長霉、泛堿都是因為涂料吸水率過高引起的。見圖3所示，隨著硅樹脂BS-43N度濃的增加涂料的吸水量下降明顯。

圖3　硅樹脂BS-43N濃度對涂料吸水量的影響

2.4硅樹脂BS-43N對涂料透氣性的影響

涂料透氣性差則容易起泡、開裂及脫落，涂料的透氣性對于外保溫系統極為重要［4]。JG/T309-2001規定了外墻涂料水蒸氣透過率的分級，本實驗采用水蒸氣透過率表征樣品的透氣性。研究表明：隨著硅樹脂BS43N濃度的增加，涂料水蒸氣透過率從35V/g/（m2.d）變化至98V/g/（m2.d），硅樹脂BS-43N的加入有效地改善了涂料的透氣性，如圖4所示。

圖4　硅樹脂BS-43N濃度對涂料水蒸氣透過率的影響

2.5硅樹脂BS-43N對涂料耐沾污性的影響

涂膜耐沾污性的好壞直接影響到了建筑物的裝飾效果，一般的丙烯酸彈性外墻涂料所采用的彈性乳液玻璃化溫度（tg）較低，制得的產品耐沾污性比較差，特別是到了夏天的高溫季節涂膜容易發粘，從而被灰塵等污染物所污染，加入硅樹脂BS-43N可以有效提高涂料的耐沾污性，如圖5所示，隨著BS-43N濃度的提高，涂料的耐沾污性明顯下降。

2.6硅樹脂BS-43N對涂料斷裂延伸率的影響。

硅樹脂BS-43N是熱固性材料，隨著BS43N量的增大，涂料的耐沾污性變好，而斷裂延伸率降低［5]，加入BS-43N后，導致樣品的斷裂延伸率下降，考慮到經濟成本和其他方面的性能參數，確定最佳添加濃度為5wt%。

圖5　硅樹脂BS-43N濃度對涂料耐沾污性的影響

圖6　硅樹脂BS-43N濃度對涂料斷裂延伸率的影響

3　結語

（1）以丙烯酸彈性乳液、有機硅樹脂和彈性聚氨酯分散體為成膜物制得的彈性外墻涂料具有良好耐候性、耐水性、透氣性和耐沾污性，并且涂料具有較好的拉伸性能，能滿足外保溫系統中對面層涂料的要求。本實驗中加入純有機硅樹脂BS43N的主要目的是為了提高涂料的耐候性、耐水性、透氣性和耐沾污性，加入彈性聚氨酯分散體PU101主要目的是為了提高涂料的拉伸強度。

（2）當丙烯酸彈性乳液SC-138為涂料總質量的35%，水性彈性聚氨酯分散體pu101為涂料總質量的5%，純有機硅樹脂BS-43N為涂料總質量的5%時，制得的外墻涂料綜合性能相對較好，耐候性、耐沾污性均有很大的提高，涂料有著良好的透氣性和低吸水量，在保持斷裂延伸率基本不變的情況下，拉伸強度有著大幅度提高。

（3）新加坡，馬來西亞等國已有法規規定；高層建筑禁止使用硬質材料。我國也有城市出臺類似規定。外墻涂料必將取代瓷磚、玻璃幕墻等硬質材料成為外裝飾市場的主流。水性有機硅樹脂彈性外墻涂料具有更好的透氣性、耐候性、低沾污性和低液態水吸收率，同時涂膜具有良好的拉伸性能，隨著市場對高質量外墻涂料需求的日益增長，水性有機硅樹脂彈性外墻涂料必將有廣闊的發展前景。

參考文獻：

［1]賈根林.多功能高彈性外墻涂料［J].新型建筑材料，2000（11）：16-17.

［2］王武生.水性聚氨酯分散體合成及應用介紹［J].聚氨酯，2008（1）：97-99.

［3]沙圣剛，俞海，朱學廷，劉學文.有機硅改性涂料—外墻外保溫系統的最佳涂層［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［4]沙圣剛，俞海，朱學廷，劉學文.有機硅改性涂料—外墻外保溫系統的最佳涂層［J].新型建筑材料，2008（8）：44-47.

［5］劉成樓.外墻外保溫飾面用彈性隔熱硅樹脂涂料的研制［J].上海涂料，2011，49（4）：28-30.

作者簡介：王旭洋（1979-），男，浙江金華人，在讀碩士，助理工程師，研究方向：水性有機硅涂料。