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冠旗硅树脂涂料——外墙外保温系统的最佳涂层

浏览数:539   发布时间:2016-04-25
 

  摘要:介绍了外墙外保温体系对涂料的要求。 硅树脂涂料完美地将涂料的高透气性,低吸水率和耐久性结合在一起,它是外墙外保温体系最理想的涂层 。

   1 前言

  随着国家对能源问题的重视,节能成为我国的一项基本国策。在建设部有关民用建筑节能管理规定的颁布后,全国各地均制定了相应的政策推广外墙外保温系统,目前外墙外保温的市场蓬勃发展。

  在目前外墙外保温装饰面层中,使用最多的是建筑涂料,建筑涂料选择正确与否,直接影响外保温的效果和寿命。

  2 外墙外保温系统存在的涂装问题

  根据调查目前多数已施工的外墙外保温工程存在不同程度的涂装问题,其中一个突出的问题就是起皮剥落现象。

  从客户那里得到的评论是高档涂料容易出问题,低档涂料反而不出问题。其主要指高档涂料容易出现鼓泡、起皮剥落的现象,低档涂料则不会。剥落主要出现在阳光照射的地方,问题主要出现在苯板接缝处。

  通常所说的高档涂料,一般指乳液用量大,成本较高的涂料,如有光涂料,弹性涂料,金属漆等。低档涂料,一般是指乳液用量少,成本较便宜的涂料。

  进一步分析:高档涂料一般颜料体积浓度较低,漆膜比较致密 ; 低档涂料颜料体积浓度较高,漆膜比较多孔。高档与低档涂料的主要差别是空隙率不同,透气性也不同。

  原因分析,做过外保温的建筑很容易在保温层下面结露而产生液态水 . 加之外保温体系如果施工不严格或材料本身原因,也很容易吸收雨水 .

  天晴时,太阳照晒的地方,墙面温度升高,液态水受热变成水蒸气,水蒸气体积膨胀,水蒸气就会向四处扩散。 因为苯板透气性较差,结露生成的水只能从最薄弱的地方 -- 苯板缝逃出 . 当涂料不透气时,剥落首先出现在苯板接缝处。

  因此,涂料透气性差是外保温用涂料鼓泡、起皮剥落的主要原因 .

  在外墙外保温系统中应用的一些低档涂料,同样也会出一些问题,但不易出现 起皮剥落的问题,其主要问题是涂料泛碱、发花等问题。

泛  碱

  原因分析:低档涂料乳液用量少,孔隙率高,透气性好,所以不会出现起皮剥落的现象。但其耐水性差,易泛碱,耐候性差,时间一长,就容易褪色和粉化 . 其耐久性也很差。

  因此外保温系统对涂料的要求是:既要透气,又要防水,同时有很好的耐久性 .

  3 外墙外保温系统标准对建筑涂料的要求

  JG149-2003 《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定,作为外墙外保温饰面的建筑涂料,必须与薄抹灰外保温系统相容,其性能指标应符合外墙建筑涂料的相关标准,同时整个外保温层浸水 24 小时,吸水量要小于 500 g/m2 ( 包括涂料层 ) ;外保温系统防护层和饰面涂层一起水蒸气湿流密度要 ≥0.85g/(m2.h) 。

  JGJ144-2004 《外墙外保温工程技术规程》规定,外墙外保温工程的使用年限不应小于 25 年。

  据此总结一下外保温系统对涂料的要求

  ( 1 )相容性

  ( 2 )吸水量

  ( 3 )透气性

  ( 4 )耐久性

  3.1 相容性

  是否是所有建筑涂料都可以用于外墙外保温系统 ? 我们在实验室做了一个试验,在养护了 28 天的外保温样板上连续滴醋酸丁酯溶剂,抹面砂浆层没有什么变化,一段时间后,锯开样板,在砂浆层下发现被烧蚀出一个洞 ( 如图 1 所示 ) 。由此可见有机溶剂会透过砂浆层而溶解聚苯乙烯板。通常溶剂型涂料中常用的溶剂如,甲苯,二甲苯,酯类,酮类都会溶解聚苯乙烯板或聚氨酯发泡材料,挥发越慢的溶剂,其越易往下渗透,对苯板的腐蚀越严重。在实际工程上也发生过这样的案例,抹面砂浆层与苯板脱离,就是因为用了溶剂型涂料引起的。所以这里不建议在外保温上使用溶剂型涂料。

  图 1

  另外,玻纤网格布外的涂塑也可能被溶剂溶解,使其耐碱性降低甚至丧失,从而使防护层失去抗裂和抗冲击等性能。

  3.2 吸水量

  JG149-2003 规定,整个外保温系统的吸水量要 ≤500 g/m 2 · d ,那么对其中的涂料层而言,其吸水量要远远小于 500 g/m 2 · d ,这样才能使整个系统通过该项指标。

  但目前的状况是大多数生产保温砂浆的厂商不生产涂料,而生产涂料的厂商不生产保温砂浆,生产涂料的厂家对外保温了解较少,生产保温砂浆的厂家对涂料了解也不多,而中国的涂料标准中也无这样的要求,所以目前很少有涂料厂能说出其涂料能满足该要求。

  欧洲标准 EN 1062-3 : 1998 《色漆和清漆 砖石和混凝土表面外用涂料和涂料系统 分类 --3. 吸水性的测定和分类》对涂料吸水率作了明确规定(表 1 )。

表 1

分类

W 0

W 1

W 2

W 3

吸水性

要求 kg/m 2 h 0.5

无要求

> 0.5

0.1< W 2 <0.5

<0.1

  外墙涂料吸水量 500 g/m 2 d ,相当于欧洲标准中要求最高的涂料, 24 小时吸水率 W 24 为 0.1 kg/m 2 h 0.5 。涂料吸水率是外墙涂料的一个极重要的指标,墙体的破坏,吸潮,长霉,泛碱都是因为涂料吸水率过高引起的。但我国国家标准里却没有这一项指标。

  对于外墙外保温系统而言,涂料的吸水率指标更加重要,涂料吸水率过高,不仅会导致墙体长霉,泛碱等,而且会影响外保温的保温效果,因为水在墙体内会增大导热系数。但目前绝大多数涂料生产厂家也都不能提供其涂料的吸水率数据。

  3.3 透气性

  JG149-2003 规定了外保温系统防护层和饰面涂层一起其水蒸气湿流密度不小于 0.85g/(m 2 .h) ,这里水蒸气湿流密度指的就是透气性。就水蒸气湿流密度来说,一般外层要求比内层高,也就是说外饰涂层要高于防护层,即涂层水蒸气湿流密度要远远大于 0.85g/(m 2 h) ,这样水蒸气才能畅通无阻地排出。

  ISO 标准 ISO7783-2 《色漆和清漆 砖石和混凝土表面外用涂料和涂料系统 2 . 水蒸气透过率的测定和分类》,对涂料透气性测试和分类作了明确规定。同样中国的涂料标准里也没有相应的标准。

  JG149-2003 标准中的水蒸气湿流密度是按 GB/T17146-1997 《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》中的水法测定,是将涂料外保温样板(涂刷面朝上)密封在试验杯上,杯内预先装入定量的水,称重后,置于 23 ℃ ,相对湿度 50% 的恒温恒湿环境中,杯内水的相对湿度 100% 与实验室相对湿度 50% 有一湿度差,杯内的水蒸气就会扩散到室内,定期称量试验杯的重量,就可以计算出外保温系统的水蒸气透过率,其单位用克每平方每小时表示。而 EN ISO 7783-2 的测试方法与 GB/T17146-1997 不同。它是用饱和的磷酸二氢铵溶液代替水,其相对湿度是恒定 93% 与实验室相对湿度 50% 差产生水蒸气流。其结果可用水蒸气透过率 V 表示,其单位是 g/(m 2 d) ,也可用透气阻力 Sd (扩散等量空气层厚度)表示,其单位是米,两者的换算关系是 Sd=20.357/V ,但 Sd 值表征涂料的透气性更科学和直观,所以欧洲的外墙涂料均有 Sd 值这一项检测指标。根据我们在德国的检测结果,两种测试方法所得结果差别不大。水蒸气湿流密度 0.85g/(m 2 h) ,相当于 V=20.4 g/m 2 d ,即相当于 Sd=1.0 m 静止空气层厚度透气阻力,属于 ISO7783 标准中的中等透气水平 .

  从 ISO7783-2 可得出这样一个方程式 :

  1/V EIFS =1/V 砂浆 +1/V 涂料

  再根据方程式 Sd=20.357/V

  我们可以得出这样一个新的公式 :

  SdEIFS=Sd 砂浆 +Sd 涂料

  这样外保温生产厂家测量出砂浆的 Sd 值,涂料生产厂家测量出涂料的 Sd 值,就很容易算出外保温系统的 Sd 值是否符合要求。 Sd 值是越小越好,对应涂料的透气性越高。

  涂料透气性差,涂料就容易起泡,开裂及脱落。如弹性涂料的起泡,主要原因是弹性涂料的透气性不好造成的。对于外保温系统,其透气性更为重要,因外保温自身的原因更容易导致墙体结露,结露造成的潮气必须得到释放,否则易导致 EIFS 砂浆粘结力以及保温效能的下降,长期的潮湿导致墙体长霉,最后造成外保温系统的破坏 . 墙体中的湿度越高,导热系数越大,隔热效果越差。

  图 2 冬天外保温示意图

  3.4 各种涂料的透气性

  下面是我们在实验室测量的不同涂料的透气性(表 2 )

  表 2

 

描述

V( g/m 2. h)

1

抹面砂浆 + 水性丙烯酸底漆 +PVC41% 弹性涂料 E13

1.3

2

抹面砂浆 + 有机硅底漆 +PVC41% 硅树脂弹性涂料 E17

1.8

3

抹面砂浆 + 有机硅底漆 +PVC55% 硅树脂涂料 40#

3.2

4

抹面砂浆 + 水性丙烯酸底漆 +PVC23% 有光涂料

0.81

5

双组份溶剂型氟碳漆

0.77

6

PVC41% 弹性涂料 E14 (400g/m 2 )

1.1

  从上表可以得出结论,溶剂型氟碳漆 ,PVC23% 有光涂料不能通过 JG149 标准,属于不合格产品,不能适用于外保温体系,主要原因是涂料 PVC 越低,其涂料膜就越致密,孔隙率就越低,涂料就越不透气 . 这也能说明部分氟碳漆工程起泡的原因了。

  在外保温实际应用中,根据用户的反馈,往往是高档涂料容易出现质量问题,低档涂料反而没有质量投诉。这是因为高档涂料其 PVC 较低,乳液含量高,涂膜较致密,透气性差;低档涂料其 PVC 较高,乳液含量低,涂膜孔隙率高,透气性好,所以其不易出现质量投诉, 但可能带来的另一个问题是涂料的吸水率会增加,涂料的耐侯性也会下降, 容易粉化和褪色。 因此 对于外墙外保温体系,吸水率和水蒸气湿流密度(透气性)是要同时满足的,所以要综合平衡,对涂料配方工程师提出了极大的挑战。

  目前外保温体系用得较多的涂料是弹性涂料,因为大家都担心开裂的发生,想通过弹性涂料来弥补砂浆层的开裂,结果很容易出现弹性涂料的鼓泡现象,这说明 弹性涂料的透气性也不太好,虽然其能过 JG149 标准,但实际中,弹性涂料出现问题的概率也很高,这说明 水蒸气湿流密度大于 0.85g/(m 2 h) 这个指标太低了。事实上砂浆层开裂了,饰面涂层很难担当抗裂作用。如弹性涂料饰面的外墙外保温照样开裂和渗水就是例证。外保温的抗裂要靠科学的配方和正确的施工工艺来实现。 事实上在欧洲几乎没有弹性涂料用于外保温系统,在欧洲用得较成功的是硅树脂平面涂料和质感涂料,根据德国的工程跟踪,使用硅树脂饰面的外保温工程经过 14 年的考验仍然保持完好。

  3.5 涂料的耐久性

  JGJ 144-2004 《外墙外保温工程技术规程》规定,外墙外保温工程的使用年限不应少于 25 年。一般外墙涂料使用年限约为 5-10 年,如果选用耐久性更好的外墙涂料,必将延长外保温系统的寿命,从而降低维护费用。硅树脂涂料的实际应用工程已超过三十年的考验。

  4 硅树脂涂料的原理

  4.1 硅树脂的结构

  硅树脂是高分子、三维交联的化合物,其结构类似于石英。它们都是以硅 / 氧为骨架, 但与石英不同的是, 在硅树脂中,每四个氧原子就有一个被有机基团 R 取代。因此它可以描述为是一种有机改性的石英结构。另外,所有的硅树脂均由三官能硅单元组成,使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系(图 3 ) [1] 。

  图 3

  硅树脂由 30 至 80 个硅的 T 单元组成,分子量从 2000 至 5000 ,这与其他聚合物树脂相比低得多。硅树脂中还含有约 2% 至 4% 的乙氧基。这些乙氧基能相互起化学反应,或与颜、填料上的羟基,或与底材上的羟基起化学反应,生成硅氧键。因此硅树脂表现出比其他树脂更好的颜料润湿性,硅树脂包裹在颜填料的表面,提高了填料的耐久性。

  4.2 硅树脂涂料的组成

  硅树脂涂料与普通乳胶漆最大的差别是其采用两种聚合物乳液——硅树脂乳液和丙烯酸聚合物乳液作粘结剂,这样就把两种聚合物的优点结合在一起。

  硅树脂既有无机性质,也有有机性质,在涂料体系中,硅树脂在聚合物乳液和无机颜料、填料之间以及矿物底材和硅树脂涂料体系之间起到了粘合作用,其作用类似于硅偶联剂。由于这种强粘合作用,就可以配制较高颜料体积浓度的涂料,而不丧失其耐久性,同时其孔隙率相对较高,具有较好的透气性,硅树脂本质上是疏水性的,降低了涂料的吸水率。

  硅氧键能与碳碳键能、碳氧键能相比,高很多,紫外线的能量不足以使硅氧键断裂。(如表 3 所示) 所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。

  表 3

键长 (A)

键能 (KJ/mol)

Si-O

1.64

452

C-O

1.43

360

C-C

1.54

356

219nm 紫外线

 

418

  完全固化的硅树脂是三维交联的刚性的网络结构,不熔不溶,其在长期处于 200 ℃的高温条件下,也不会有任何变化,可耐碱,耐酸雨和太阳光中的紫外线、红外线。

  4.3 硅树脂涂料的特点

  1. 耐久性

  硅树脂涂料的工程,经过三十年的风雨考验仍然保持完好。

  硅树脂涂料的样品经国家涂料检测中心检测通过了 2000 小时人工老化。

  2. 透气性

  根据 JGJ149, 在外墙外保温系统上检测其透气性,硅树脂涂料与其它涂料相比较,其透气最好。 水蒸气湿流密度 3.2 g/(m 2 h) 。

  3. 吸水率

  硅树脂的无机部分将填料和颜料 ” 接合 ” 在一起 . 疏水性基团会渗入至毛细管和微孔内部,使得它们具有憎水性能,这就使得硅树脂涂料具有很低的吸水率。根据 JGJ149 要求, 外墙涂料的吸水量要小于 500 g/m 2 d ,硅树脂涂料 24 小时吸水率 W 24 为 0.01 kg/m 2 h 0.5 ,相当于 JGJ149 中吸水量为 50 g/m 2 d ,比国家标准要求高 10 倍。

  硅树脂涂料的吸水率不会随着时间的推移而增加,根据德国的检测,经过八年的连续检测,硅树脂涂料样板经过八年的户外试验,其吸水率与第一年的检测结果相同。

  4. 耐沾污性

  用硅树脂改性的乳胶漆具有良好的耐沾污性,随着硅树脂的用量增大,涂料的耐沾污性随之提高。 硅树脂本身已部分交联,成膜后继续交联形成硅树脂网络,高温不回粘,浸水不溶胀。把涂过粉煤灰的硅树脂涂料样板置于 50 度烘箱中八小时,立即用水冲洗,粉煤灰很容易被冲走,而用普通弹性涂料做同样的试验,样板很脏。这是模拟夏天户外的外墙外保温状况,据测量夏天的外保温墙面温度达 80 度,一般的涂料很容易变软回粘而沾污灰尘,硅树脂可以长期经受 200 高温。

表 4 硅树脂用量与耐沾污性

  5. 抗微生物生长

  硅树脂涂料的憎水性是由于永久结合的硅树脂,能让墙体长期保持干燥状态,这样就降低了霉菌和藻类的滋生,使墙面保持更持久的外观。

  6. 可重涂性

   硅树脂是有机硅产品中唯一可以涂饰的种类。它与有机硅油和有机硅弹性体完全不同。

  4.4 适合于外墙外保温体系的硅树脂涂料配方

21

纤维素

0.15

润湿剂

0.1

分散剂

0.4

消泡剂

0.2

丙二醇

2

重钙

20

钛白粉

20

绢云母

3

BS43N 硅树脂乳液

6

纯丙乳液

25

成膜助剂

1

消泡剂

0.1

防腐剂

0.2

防霉剂

0.4

PU 增稠剂

0.3

丙烯酸增稠剂

0.3

PH 调节剂

0.1

  涂料性能

  硅树脂涂料 -- 国家涂料质量监督检验中心检验报告 ( 报告编号 :TW06988-2W1)

检验项目

技术指标 ( 优等品 )

检验结果

容器中状态

无硬块,搅拌后呈均匀状态

符合要求

施工性

刷涂二道无障碍

符合要求

低温稳定性

不变质

符合要求

干燥时间 ( 表干 ),H

≤ 2

通过

涂膜外观

正常

符合要求

对比率 ( 白色 )

≥ 0.93

0.95

耐水性 ,96H

无异常

无变化

耐碱性 ,48H

无异常

无变化

耐洗刷性,次

≥ 2000

>2000

耐沾污性优等品,%

≤ 15

6

人工老化优等品 ( 小时 )

> 600

>2000

涂层耐温变性 (5 次循环 )

无异常

无变化

透气性 ( 克/平方米.天 )

> 20

120

吸水率 W24( kg / m2 h0,5)

< 0.1

0.01

  5 结论

  综上所述,冠旗硅树脂涂料完美地将涂料的高透气性,低吸水率和耐久性结合在一起,所以它是外墙外保温体系最理想的涂层。

  


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