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0 引言
节能减排已成为我国的基本国策，建筑节能是其中的一项重要组成部分。在建筑围护结构节能的设计中，随着外墙外保温系统的广泛应用，对饰面材料也提出了更严格的要求，以往常用的瓷砖、石材等重质材料被弃用，而与外保温系统相容性和匹配性好、防水性和透气性优、耐沾污性和耐久性佳的功能性饰面涂料受到青睐。根据JG 149—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，外墙外保温系统，包括饰面涂料在内的5 mm 厚的防护层，要求浸水24 h 吸水量<500 g/m2，水蒸气湿流密度>0.85 g/（m2·h）。按此标准要求，水性氟碳漆、高弹性外墙乳胶漆、低PVC 有光外墙乳胶漆等，因其涂膜致密、透气性差而均不易用作外保温的饰面涂料。另外，饰面涂料还应具有耐候性、耐沾污性和一定的柔韧性。
本研究以硅树脂乳液与弹性纯丙乳液混拼材料为基料，以金红石型钛白粉为颜料，以重质碳酸钙、空心玻璃微珠等为填料，配用助剂制备成低弹性隔热外墙涂料。该涂料除符合建筑外墙涂料中优等品的常规性能要求外，还具有吸水量低、透气性高、耐沾污性好、隔热性优等特性，且与外墙外保温系统有很好的相容性、匹配性。
1 实验部分
1.1 原材料
硅树脂乳液BS43N、有机硅憎水剂BS1306，德国瓦克；自交联型弹性纯丙乳液2848NG、分散剂731A、润湿剂X-405、防腐剂LXE、增稠剂TT935、流平剂RM-2020，罗门哈斯；消泡剂NXZ，海川；pH 调节剂AMP-95，陶氏化学；金红石型钛白粉R-706，美国杜邦；空心玻璃微珠，3M 公司；重钙粉，国产；成膜助剂Texanol，伊士曼；乙二醇，北京燕化；羟乙基纤维素（HEC），市售品。
1.2 基本配方
弹性隔热硅树脂外墙涂料的基本配方见表1。
表1 弹性隔热硅树脂涂料的基本配方
1.3 生产工艺
将水加入高速分散釜中，在低速搅拌下加入HEC、731A、X-405、LXE 和乙二醇，溶解分散均匀后加入颜填料，高速分散30~40 min ；测定细度符合要求后，加入硅树脂乳液BS43N 和BS1306，分散5~10 min ；变中速加入消泡剂、弹性纯丙乳液2848NG、成膜助剂和pH 调节剂，搅拌20~30 min，使pH 值=8~9，再加增稠剂和流平剂，混合均匀后，过滤，包装。
1.4 性能检测
按照JG/T 172—2005《弹性建筑涂料》的技术要求检测常规性能；按照JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》标准规定的方法检测吸水量；按照GB/T 17146—1997《建筑材料水蒸气透过性能检测试验方法》检测透气性；由中国科学计量研究院检测太阳光反射率。
1.5 性能指标
弹性隔热硅树脂涂料的性能指标见表2。
表2 弹性隔热硅树脂涂料的性能指标
2 结果与讨论
2.1 BS43N 与2848NG 配比对防水性和透气性的影响当基料由纯硅树脂乳液和聚合物乳液组成，且硅树脂乳液用量超过40% 时，所得涂料具有良好的防水性和透气性。一般来说，防水性好的涂料（如高光涂料、弹性涂料等）往往透气性不良；而透气性好的涂料（如高PVC 涂料、复层花纹涂料、砂壁状涂料等），防水性不佳。选用透气性好的硅树脂乳液和弹性纯丙乳液作基料，采用PVC ≥ CPVC 的配方，并配用有机硅憎水剂，制备的涂料兼有良好的防水性和透气性。在配方中其他因素不变的前提下，只改变BS43N与2848NG 的配比，考察试样的吸水量和水蒸气湿流密度，结果见表3。
表3 BS43N 与2848NG 配比对防水性和透气性的影响
由表3 可见：随着硅树脂乳液BS43N 在基料中配比的增大，试样24 h 的吸水量相应降低，即防水性提高；而水蒸气湿流密度值相应上升，即透气性提高。当BS43N 在基料中占50% 时，所得涂料的吸水量比对照样降低了24.4%，水蒸气湿流密度提高了4.5倍，完全满足JG 149—2003 标准要求。单就吸水量而言，实验中测得的是整个防护层（抗裂抹面砂浆+ 网格布+ 柔性腻子+ 封闭底漆+ 饰面涂料）的吸水量数据，虽然均低于500 g/（m2·d）的标准指标，但就饰面涂层而言，其吸水量应远远低于500 g/（m2·d），这样才能保证整个防护层通过该项指标，防止因涂膜吸水过多而导致涂层泛碱、长霉、鼓泡、起皮等现象。单就透气性而论，一般要求外层水蒸气湿流密度比内层高，也就是说，饰面涂层的水蒸气湿流密度要远远大于0.85 g/（m2·d），这样水蒸气才能畅通无阻地排出［1］。用于外保温系统的饰面涂料透气性至关重要，由于涂膜透气性差而导致的起泡、开裂、脱落现象屡见不鲜，失去饰面层保护的保温系统因渗水而必然导致导热系数增高，保护层冻融破坏、脱落。
综上所述，作为外保温体系的饰面涂料，除常规性能指标符合要求外，还必须同时满足吸水量（防水性）和水蒸气湿流密度（透气性）的标准要求。当BS43N∶2848NG=5∶5 时，吸水量为310 g/（m2·d）、水蒸气湿流密度为105 g/（m2·h），达到防水性和透气性的良好平衡。
2.2 BS43N 与2848NG 配比对弹性和耐沾污性的影响
硅树脂是热固性材料，即使在高温条件下涂膜也不变软、返黏，耐沾污性佳。2848NG 是一种自交联、紫外光固化的弹性纯丙烯酸乳液，其Tg 为-35℃，MFT 为0℃，具有优良的弹性、耐沾污性、耐候性和透气性。将这两种乳液以一定比例复合作基料，制备的涂料除保持了硅树脂涂料的防水性和透气性以外，还赋予涂膜优良的耐沾污性和耐候性，以及一定的弹性。在配方中保持其他因素不变的前提下，只改变BS43N 和2848NG 的配比，检测涂膜的断裂伸长率和耐沾污性，结果见表4。
表4 BS43N 与2848NG 配比对弹性和耐沾污性的影响
由表4 可见：随着硅树脂乳液在基料中比例的增大，涂膜的耐沾污性变好，而断裂伸长率降低。这是因为硅树脂乳液与自交联弹性纯丙乳液共同形成的网状结构比较坚硬，高温下不返黏，不易沾染灰尘。硅树脂用量越多，耐沾污性越好，但弹性降低。为了保证涂膜既具有一定的弹性，以便适应基层的温变应力，又要有较高的耐沾污性，以及良好的防水性和透气性，BS43N/2848NG（质量比）=4∶6~5∶5为宜。
2.3 PVC 对涂料性能的影响
当BS43N ∶ 2848NG 的配比确定后，在其他因素不变的前提下，不同PVC 对涂料性能的影响见表5。
表5 PVC 对涂料性能的影响
由表5 可见：随着PVC 增大，涂料的吸水量相应增大，即防水性降低；水蒸气湿流密度相应增加，即透气性提高；断裂伸长率相应减少，即弹性变差；耐沾污性相应降低。其原因是：当PVC 较低时，基料不仅完全包裹了所有的颜填料粒子，而且多余的基料又填满了所有的空隙，毛细孔被连续性涂膜堵塞封闭，液态水难以渗入，吸水量减少，即防水性提高，也阻碍了内部水蒸气的逸出，即透气性不良。当PVC＞ CPVC 时，基料不足以完全包裹所有的颜填料，涂膜中的空隙较多，虽然透气性好，但防水性、弹性和耐沾污性均降低。为了使涂料的防水性、透气性、弹性和耐沾污性等指标达到良好的动态平衡，本研究选取PVC 为60%~65%，并添加适量的有机硅憎水剂，利用聚硅氧烷在毛细孔内壁形成的网状硅氧烷膜，降低毛细孔的表面张力，赋予涂膜很强的憎水性。由于网状硅氧烷膜并不封闭毛细管通道，不会影响透气性，同时还有助于增大液态水与涂膜的接触角θ，提高耐沾污性。
2.4 颜填料对隔热性的影响
太阳光热辐射按波长不同可划分为3 个部分，各部分在总能量中所占的比例如下：紫外光占5%，可见光占45%，近红外光占50%。太阳辐射热是物体的主要热源，减少近红外辐射是物体降温的主要渠道。太阳热反射隔热涂料之所以对近红外辐射有显著的反射作用，是因为它添加了对太阳辐射具有高反射、低吸收的功能性颜填料。金红石型钛白粉是目前已知功能性颜料中折光指数最高（2.8）的白色颜料，光反射率达到80% ；在矿物粉末填料中，碳酸钙的反射率为48%，优于滑石粉（反射率45%）和高岭土（反射率46%）等；空心玻璃微珠的反射率虽然只有48%，但其散射率高达80%~88%，涂料中加入适量空心玻璃微珠后，太阳光入射到涂膜表面时，排布紧密的空心玻璃微珠可以对光线产生多次反射，从而提高了涂膜的反射率。本研究选用金红石型钛白粉（A）、重质碳酸钙（B）、空心玻璃微珠（C）作颜料，在配方中其他因素不变的条件下，A、B、C 的质量比对涂料的对比率、反射率的影响见表6。
表6 不同颜填料配比对涂料性能的影响
由表6 可见：在颜填料总量固定的前提下，当金红石型钛白粉占20%，重钙占70%，空心玻璃微珠占10% 时，所得涂膜的对比率较低，达不到JG/T 172—2005 标准要求，反射率也小于80% 的标准要求；当金红石型钛白粉占30% 以上时，对比率和反射率均能满足标准要求；当金红石型钛白粉占30% 时，随着空心玻璃微珠比例的提高，反射率略有上升；当金红石型钛白粉占40% 时，虽然对比率和反射率最优，但成本也有较大幅度提高。综合考虑性价比，最终选定功能性颜填料的配比为A ∶ B ∶ C=3 ∶ 5 ∶ 2。
3 结语
以硅树脂乳液和弹性纯丙乳液复合乳液为基料，以金红石型钛白粉、重质碳酸钙、空心玻璃微珠为功能性颜填料，配用助剂制备的弹性隔热涂料，除满足建筑外墙涂料的常规性能指标外，还具有防水性、透气性好、耐沾污性佳和一定弹性的特点，与外墙外保温系统相容性好，并有高耐候性，非常适合用作外墙外保温系统的饰面涂料。
（1） 作为外墙外保温体系的饰面涂料，必须同时满足吸水量（防水性）和水蒸气湿流密度（透气性）的标准要求。试验结果表明：当基料中的硅树脂乳液BS43N 与弹性纯丙乳液2848NG 的配比为1 ∶ 1 时，制备的涂料可取得防水性和透气性的良好均衡。
（2） 作为外保温体系的饰面涂料，还应具有一定的弹性，以便释放内部保温层因干湿、温变等产生的应力，避免裂缝的产生；同时还应具有较高的耐沾污性，减少带有腐蚀性的污染物对涂膜的侵蚀，延长使用寿命。当BS43N/2848NG 配比为4∶6~5∶5 时，制备的涂料除具有较高的防水性、透气性外，还有一定的弹性和优良的耐沾污性。
（3） 在试验条件下，当PVC 为60%~65% 时，制备的涂料既兼顾了防水性和透气性，也兼顾了弹性和耐沾污性，取得了良好的均衡。
（4） 当金红石型钛白粉∶重质碳酸钙∶空心玻璃微珠配比为=3∶5 ∶2 时，制备涂料的反射率达85%，具有理想的隔热降温效果。
