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水性建筑涂料不同性状涂膜耐沾污性研究
闫金霞1，张人韬2
(1．华北水利水电学院 环境工程系，河南 郑州 450011；2．上海大学 环境与化学工程学院，上海 200072)
对于建筑外墙涂料，装饰性是其基本功能，它通过对建筑物涂装美化其外观。但建筑外涂装直接暴露于室外，不可避免要受到污染。据观察，涂膜表面受到污染的现象较为普遍，远超过变色、开裂粉化等其它情况。外墙涂料的污染问题，已成为制约建筑外墙涂料进一步发展的难题之一。水性涂料由于采用水做分散相，不污染环境、安全、无火灾危险，适合环境保护要求，代表建筑涂料的发展方向。但涂膜耐沾污性较差影响了水性涂料的推广应用。因而，对水性涂料涂膜耐沾污性问题的研究意义更大。对水性建筑涂料耐沾污性与涂膜性状的关系，国内研究不多。文章通过大量实验，选取不同性质的水性建筑涂料，对其耐沾污性进行研究，并分析其耐沾污的机理。希望以此研究，为水性涂料耐沾污性能的改进提供基础性的依据，从而为提高水性涂料产品的综合性能提供技术途径，希望由此能导致耐沾污性能优良的外墙涂料产品大量用于建筑外墙涂装，使建筑物保新更长久，延长建筑物一次涂装涂膜的使用寿命，降低维护费用，节约能源资源。
1 实验部分
1.1 实验材料
27 种水性涂料；石棉水泥板，应符合建标25 规定的技术要求，试板尺寸为150 mm×70 mm×5 mm；硬铝板，符合GB3880 规定的技术要求，尺寸为50 mm×150 mm×1 mm；玻璃板，符合GB4871 规定的技术要求，尺寸为90 mm×120 mm×3 mm；石蜡；粉煤灰。
1.2 实验仪器与设备
天平；砝码；分析天平；烧杯；QBY-2 摆杆硬度仪；HD-10厚度计；JY-82 接触角测定仪；C84-Ⅱ反射率测定仪；冲洗装置；600 目砂纸；刮刀；软毛刷，宽度25 mm；滚花辊具。
1.3 实验方法[1]
样板的制备按GB9271-88 进行。吸水率测试按HG2-1612-85 进行。涂膜耐沾污性测试方法按GB/T9757-2001 进行。取制备养护好样板，先分别测定其吸水率、硬度、静水接触角，筛选出具有不同吸水率、硬度、静水接触角的样板，再对筛选出的样板进行耐沾污性测试。
2 结果与讨论
2.1 涂膜粗糙度与耐沾污性
任意取三种涂料分别涂刷成平面样板和粗糙面样板，养护后进行耐沾污性实验，测得涂膜耐沾污性数据如表1。
表1 不同粗糙度涂膜的耐沾污性
从表1 可以看出，对于不同粗糙度、同种涂料的涂膜，其耐沾污性是不同的。粗糙面样板反射系数下降率大，耐沾污性较差。因为粗糙面易使灰尘堆积，形成堆积污染。因此，为提高涂膜的耐沾污性，从而较长久保持其装饰效果，市区建筑物涂膜不宜太粗糙。
2.2 涂膜吸水率与耐沾污性
选用硬度、静水接触角相近而吸水率不同的5 种平面涂膜，进行污染实验，结果发现，涂膜吸水率与其耐沾污性之间存在着相关性(见图1)。
从图1 可以看出，随涂膜吸水率的增大，涂膜反射系数下降率也增大，涂膜耐沾污性降低。涂膜吸水率与其耐沾污性成负相关。这与Alan 等的观点一致[2]，即灰尘等污染物能被水携带进入涂膜孔隙，形成吸入性污染，涂膜吸水性越强越不耐沾污。
2.3 涂膜硬度与耐沾污性
对静水接触角、吸水率相近，硬度不同的5 种平面涂膜进行耐沾污实验后，所得结果见图2。
涂膜硬度与摆杆硬度仪摆杆摆动次数成正比，涂膜越软，摆杆摆动次数越少，反之则越多。由图2 可以看出，随摆杆摆动次数的增加，涂膜的反射系数下降率降低，即硬度增加涂膜耐沾污性增强。因为当污染物与涂膜表面发生碰撞时，硬度高的表面更容易“拒绝”粘附，避免粘连性污染。
2.4 涂膜静水接触角与耐沾污性
具有相近硬度、不同静水接触角的亲水性、疏水性涂膜，进行耐沾污性测试后，其涂膜静水接触角与耐沾污性之间存在一定的规律性(见图3、图4)。
对于亲水性涂膜，从图3 可以看出，随静水接触角增大，其反射系数下降率降低，涂膜耐沾污性提高。而疏水性涂膜则恰好相反，随静水接触角的增大，涂膜耐沾污性降低。
根据杨氏方程[3]，在涂膜去污过程中，亲水性涂膜因具有较高的临界表面张力，水易浸湿涂膜，将污染物从涂膜表面置换下来，且静水接触角越小，越有利于污染物的清除。但若亲水性涂膜静水接触角太小，亲水性太强，往往伴随着涂膜吸水率增加，这会对涂膜造成永久性污染，反而会降低涂膜耐沾污性。疏水性涂膜因临界表面张力较低，不易被水浸湿，污染物附着在涂膜表面很难被水去除，静水接触角越大，越不利于污染物的去除。因此，静水接触角接近908，涂膜耐沾污性较好。
3 结语
由实验结果可以看出，涂膜性状与其耐沾污性密切相关。粗糙度大的涂膜更容易污染，因此，市区建筑物外墙在施工时，应提高涂膜的平整性改善其耐沾污性。硬度较小涂膜容易“抓住”污染物，使涂膜沾污。这可通过确定适宜的PVC、提高涂膜的交联密度等途径提高涂膜硬度。涂膜吸水率越大，静水接触角越小，涂膜沾污越严重。适当添加纳米材料、采用新型乳液等措施可改善涂膜的耐沾污性能。现在，随着汽车保有辆的增加，大气污染物的亲油性在逐渐增加，单纯依靠技术措施提高涂膜耐沾污性能已较难满足要求。只有控制大气污染，才能更好的解决涂料耐沾污性问题。
