新型外墻無機(jī)涂料的研究

摘要: 研究了外墻無機(jī)涂料的配制，測(cè)試了涂料的表面干燥時(shí)間、耐水性、耐堿性和粘結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：面層涂料中助劑與外加劑的質(zhì)量比為3:8 時(shí)，涂料表面干燥時(shí)間、耐水性和耐堿性均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；適當(dāng)改變底層涂料中助劑和堿的摻量，涂料的14d 粘結(jié)強(qiáng)度均達(dá)到或超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)值。

關(guān)鍵詞: 礦粉；無機(jī)涂料；耐水；耐堿；開裂

　　在建筑外墻裝飾品中，外墻建筑涂料正日益受到人們的青睞。美國(guó)、西歐、日本和新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家，涂料已經(jīng)成為建筑裝飾的主導(dǎo)產(chǎn)品。1998 年新加坡規(guī)定，高檔重型外墻硬飾材料必須控制在10 %以內(nèi)，高層建筑裝飾全部使用外墻涂料[1]。和面磚、鋁塑板、幕墻板裝飾石材等重型耐久性材料相比，外墻涂料經(jīng)濟(jì)、安全、種類繁多、色彩豐富且可更換。

　　在外墻建筑涂料中，無機(jī)涂料的原料來源廣泛，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，原材料本身和無機(jī)涂料的生產(chǎn)過程都很少或不釋放有毒物質(zhì)。因此，在提倡節(jié)能、環(huán)保的今天，對(duì)無機(jī)外墻涂料的研究具有重要意義[2-4]。

　　本文以礦粉和水玻璃為主要原料，摻加適量助劑和填料制備涂料，并研究涂料的不同配比對(duì)其表面干燥時(shí)間、粘結(jié)強(qiáng)度、耐水性和耐堿性的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

　　礦粉：上海梅山企業(yè)發(fā)展有限公司，S95 級(jí)礦渣；d50 = 22.909 μm，礦渣的化學(xué)組成見表1。填料：鈦白粉、硅藻土、滑石粉，均為市售。水玻璃：南京合一化工有限公司，模數(shù)n = 2.2~2.5。助劑及外加劑。

表1 礦粉的化學(xué)組成

Table1 Chemical compositions of slag powder %

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

　　實(shí)驗(yàn)流程見圖1。將礦粉、填料和助劑混合后，與水玻璃 ( 用堿 KOH 調(diào)節(jié)堿度 ) 混合，并充分?jǐn)嚢瑁瞥傻讓油苛希砀珊螅嫱客饧觿┖椭鷦┑幕旌弦海瞥赏苛稀⒅苽涞耐苛橡B(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，進(jìn)行性能測(cè)試。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

Fig.1 Sketch map of tests flow

1.3 性能測(cè)試

　　按GB1022－88《外墻無機(jī)建筑涂料規(guī)定》，主要對(duì)涂料的表面干燥時(shí)間、粘結(jié)強(qiáng)度、耐水性和耐堿性進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面干燥時(shí)間

　　底層涂料中，助劑和堿（KOH，用于調(diào)節(jié)體系堿度）與固體份 ( 礦粉和填料兩部分之和 ) 的質(zhì)量比分別為11.0 %和8.0 %，通過改變面層涂料中助劑和外加劑的比例，測(cè)試涂料的表面干燥時(shí)間，結(jié)果見表2。

表2 不同比例助劑和外加劑對(duì)干燥時(shí)間的影響

Table2 Effect on drying time with different ratios of additive to admixture

 

　　由表2 可見，干燥時(shí)間測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，若助劑和外加劑的質(zhì)量比過大，面層涂料出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象；反之，若助劑和外加劑的質(zhì)量比過小，涂膜斷裂。所以，助劑和外加劑之間存在適宜的配比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)助劑和外加劑的質(zhì)量比在3:7 或3:8 時(shí)，涂膜性能良好。圖2-1a～2-4b 分別為助劑與外加劑的質(zhì)量比為3:6、3:7、3:8 和3:9 時(shí)，干燥時(shí)間測(cè)試前后的涂層情況。

2.2 耐水性

　　改變底層涂料中助劑和KOH 的摻量，面層涂料中助劑:外加劑的質(zhì)量比為3:8 時(shí)，測(cè)試涂料的耐水性能，并觀察涂層情況，結(jié)果見表3。

表3 耐水性試驗(yàn)結(jié)果

Table3 Results of the test on water resistance

圖3-1 和圖3-2 分別為試板1 和試板2 耐水性測(cè)試后的涂層情況。

從圖3-1 和圖3-2 可以看出，兩組試板在耐水性測(cè)試后均無起泡、軟化、剝落現(xiàn)象，且無明顯變色。符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 耐堿性

　　改變底層涂料中助劑和KOH 的摻量，面層涂料中助劑和外加劑的質(zhì)量比為3:8 時(shí)，測(cè)試涂料的耐堿性能，并觀察涂層情況，結(jié)果見表4。

表4 耐堿性試驗(yàn)結(jié)果

Table4 Results of the test on alkali resistance

2.4 粘結(jié)強(qiáng)度

(1) 助劑摻量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

　　底層涂料中分別摻加與固體份質(zhì)量比為8.7 % 和11.0 % 的助劑，測(cè)試助劑摻量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表5。

　　由表5 可知，粘結(jié)強(qiáng)度均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；10 d 和14 d 的粘結(jié)強(qiáng)度均隨助劑摻量增大而增大。14 d 時(shí)，兩組配比的涂料的粘結(jié)強(qiáng)度接近或超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(≥0.49 MPa)。這主要是因?yàn)椋S著時(shí)間的延長(zhǎng)，礦粉-水玻璃-堿體系膠凝反應(yīng)產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)增多，體系致密性提高，強(qiáng)度增大；同時(shí)，體系與水泥底板的接觸也越來越緊密，界面上反應(yīng)產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)能粘結(jié)涂層和底板；另外，由于助劑的摻入，一方面提高了涂層的致密性，另一方面助劑的粘結(jié)作用也提高了體系的粘結(jié)強(qiáng)度。

表5 助劑摻量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

Table5 Effect on bond strength changing the content of additive

 

(2) KOH 量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

　　底層涂料中分別摻加與固體份質(zhì)量比為8.0 %、12.0 % 和15.0 % 的KOH，測(cè)試KOH量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表6。

表6 KOH 量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

Table6 Effect on bond strength changing the content of KOH

　　如表6 所示，粘結(jié)強(qiáng)均度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；14 d 時(shí)，涂料的粘結(jié)強(qiáng)度隨KOH 含量的增加而增大，且都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(≥0.49 MPa)；10 d 時(shí)，雖然摻加8.0 %的KOH 的涂料粘結(jié)強(qiáng)度稍大于12.0 %時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度，不過強(qiáng)度值還是基本符合隨KOH 含量增加而增大這個(gè)趨勢(shì)。由此可見，在助劑摻量不變的情況下，增加KOH 的用量，也能提高體系的粘結(jié)強(qiáng)度。這主要是因?yàn)椋琄OH 作為強(qiáng)堿，能與水玻璃一同激發(fā)礦粉的潛在活性，促進(jìn)水化產(chǎn)物的形成，提高體系的粘結(jié)強(qiáng)度。另外，從表6 中可以看出，底層涂料中摻加15.0 %的KOH時(shí)，10 d 強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到0.57 MPa，14 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)不大，只有0.61 MPa，由此可見，在一定的摻量范圍內(nèi)，堿摻量的增加，使得水化反應(yīng)加快，10 d 以后，水化反應(yīng)已趨于平緩。

(3) KOH 與NaOH 復(fù)配對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

　　將KOH 與NaOH 按質(zhì)量分別占固體份的4.0 % 和4.0 %，2.0 % 和6.0%以及6.0% 和2.0% 進(jìn)行復(fù)配，測(cè)試其對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表7。

 

表7 KOH 與NaOH 復(fù)配后測(cè)定粘結(jié)強(qiáng)度

Table7 Effect on bond strength changing the content of KOH and NaOH

 

　　如表7 所示，當(dāng)KOH、NaOH 的質(zhì)量分別占固體份的4.0%、4.0%和6.0%、2.0%時(shí)，14 d 時(shí)涂料的粘結(jié)強(qiáng)度均達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(≥0.49 MPa)；隨著KOH 含量的增加，體系的粘結(jié)強(qiáng)度增大。這可能是因?yàn)椋琄OH 的堿性大于NaOH，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，KOH 含量越高，水化反應(yīng)的速度越快，表現(xiàn)出的粘結(jié)強(qiáng)度也越高。另外，KOH 含量越高的體系，光滑平整性也越好。綜合考慮，KOH 比NaOH 更適合作為本體系的堿激發(fā)劑。

3 結(jié) 論

　　采用兩層涂刷的無機(jī)涂料能有效解決無機(jī)涂料開裂的問題；面層涂料中，助劑與外加劑的質(zhì)量比為3:8 時(shí)，涂料的表面干燥時(shí)間、耐水性和耐堿性均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)?shù)讓油苛现兄鷦┵|(zhì)量分別占固體份的11.0 % 和8.7 % 時(shí)，涂料的粘結(jié)強(qiáng)度接近或超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)?shù)讓油苛现蠯OH 的質(zhì)量分別占固體份的8.0 %、12.0 % 和15.0 %時(shí)，涂料14 d 的粘結(jié)強(qiáng)度均超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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1 College Of Materials Science And Engineering, Nanjing University Of Technology, Nanjing 210009,

2. Nanjing Meibao New Building Materials Co., Ltd, Nanjing 210000)

Abstract: The preparation of inorganic coating for outdoor was studied and the surface drying time, waterresistance, alkali resistance and bond strength were tested. The results showed that when the ratio of additive toadmixture of surface coating is 3:8, the surface drying time, water and alkali resistance all meet the national standard. Properly changing the content of additive and alkali, bond strengths of the coating at 14d reach or exceed the value in national standard.

Key words: slag powder, inorganic coating, water resistance, alkali resistance, crack