几种封闭底漆的性能浅析和实验比较丁高升,王雨,邱绍义(天津开发区银塔实业有限公司,300381)摘要:从透气性、附着力、机械性、耐碱性及耐水性等方面对阳离子封闭底漆、水性环氧封闭底漆、硅溶胶改性封闭底漆、普通丙烯酸封闭底漆的封闭效果进行了理论分析和实验比较。
关键词:封闭底漆;阳离子;硅溶胶;水性环氧;丙烯酸底漆0引言乳胶漆以其环保性、实用性越来越受到消费者的青睐。
但其在施工方面存在着较大隐患,特别以北方初冬新建外墙和沿海地区墙面的施工更为突出。
建筑外墙基层一般都为混凝土、水泥砂浆或石灰水泥砂浆,水泥砂浆的养护期为,夏季14d,冬季21d;现场浇注混凝土的养护期为,夏季21d,冬季28d;石灰水泥砂浆其养护期更长,夏季30d,冬季90d。
在天气寒冷的北方,养护期还应适当的延长,但是许多建筑由于工期要求,需要在短时间内就涂装外墙涂料。
未达到养护期的砂浆pH值一般都大于13,其内部含有许多未硬化的水泥颗粒,含有大量的碱性物质,同时含有许多可溶性的盐类,砂粒之间、未硬化水泥颗粒之间存在许多孔隙。
这些盐类极易利用这些孔隙和乳胶漆涂膜的孔隙迁移至涂膜表面,使涂膜出现返碱、盐析、咬色、剥落等现象。
不仅给业主和施工方造成很大的损失,而且也影响了乳胶漆的推广与应用。
1泛碱、盐析现象的形成机理泛碱现象的出现与形成混凝土坚固机械性能的化学反应密切相关。
水泥的硬化过程是水和硅酸钙的化学反应,这个反应生成氢氧化钙和水化硅酸钙,后者使得水泥具有良好的机械性能。
但是,水泥中还有硅酸钠和硅酸钾等物质的存在,因此NaOH、KOH、Ca(OH)2也会在水泥水合反应的过程中产生。
当氢氧化物迁移到底材表面与空气中的CO2接触后反应生成碳酸盐和水,水挥发后会把碳酸盐留在底材表面(如图1)。
图1泛碱、盐析现象形成示意图2封闭底漆的作用如图1所示,要尽量避免“泛碱、盐析”现象就必须防止碱和空气(即二氧化碳)相接触或反应。
在底材与乳胶漆之间涂装封闭底漆,可起到封闭作用。
一般来说底漆的封闭可通过2种途径来实现:①通过对底材的渗透并与内部的基团发生化学键作用,从而增加了涂膜与底材的附着力和抗碱能力,同时封闭砂浆毛细孔,进而阻止碱和盐的析出;②在要求涂膜与底材有很好的附着力的前提下,通过在砂浆表面形成致密的涂膜阻止碱和盐的迁移。
为了确保封闭效果,封闭底漆就必须具备以下特点:(1)乳液粒径小、渗透性强,对基层的附着力好、表面张力低、粘结力强;(2)乳液成膜温度要适中、抗张强度大、延伸率高、机械性能好;(3)电解质稳定性好;(4)耐水、耐碱性优异。
目前市售的抗碱封闭底漆种类繁多,大致有以下几种类型:普通丙烯酸封闭底漆、阳离子封闭底漆、水性环氧封闭底漆,以及硅溶胶改性封闭底漆。
本文将上述几种封闭底漆作了实验比较。
3市售的几种封闭底漆3.1普通丙烯酸封闭底漆普通丙烯酸封闭底漆一般都是阴离子型乳液调制而成(透明封闭底漆和加入部分颜填料的封闭底漆)。
目前国内广泛采用的丙烯酸类共聚物乳液通常采用甲基丙烯酸作为增强附着力的单体,但存在附着力差、耐碱性弱的缺点。
使用的乳化剂通常为十二烷基硫酸钠及壬基苯酚聚氧乙烯醚,再加上生产工艺的原因使阴离子乳液的粒径相对大得多(一般乳液粒径是0.1～10μm),表面张力很大,一般很难渗透到底材内部的细小毛细孔中,所以只能依靠在底材表面涂膜的密实性来实现封底的效果。
同属乳胶漆范畴的丙烯酸封闭底漆成膜类型属物理成膜机理,高分子之间不能发生化学反应成膜,只是依据自身水分蒸发,高分子胶粒在成膜助剂的作用下软化进而相互挤压成膜,所以漆膜不紧密,空隙较大较多(透气性好)。
正如前文所说,乳胶漆的透气性也成为发生返碱、盐析等漆膜弊病的因素。
经水淋后,水渗透进漆膜里面,溶解其中的可溶性盐,同时还溶解了可溶性碱,部分溶解物随着水分迁移至底材表面与CO2反应生成盐,在迁移的过程中随着水分的不断蒸发,溶解物不断结晶析出,若结晶在漆膜与底材之间就容易导致漆膜的脱落,如果结晶在漆膜表面就形成泛碱和盐析。
3.2阳离子封闭底漆阳离子乳液生产的封闭底漆具有较小的表面张力,对底材的渗透性极强,碱性物质和温度均可促进阳离子乳液的交联反应,所以强碱性的新墙面会使之有更好的成膜效果,起到更好的封闭作用,提高涂膜的耐碱性和耐盐析性。
但其缺陷在于阳离子乳液在强碱条件下交联反应比较强烈,若直接刷涂在高pH值的砂浆块上,很容易在表面形成涂膜,渗透不到砂浆内部,甚至会形成白色的胶粒(在砂浆表面急剧破乳)而不能成膜,这两种现象都大大降低阳离子的封闭效果。
所以有必要延缓其成膜速度,建议使用适当的乳化剂进行胶体保护,因其是阳离子乳液所以只能选择阳离子或非离子表面活性剂进行胶体保护,这样有利于提供给乳液充分渗透到砂浆内部的时间,进而在内部成膜,并与内部—OH形成氢键投锚作用,封闭毛细孔。
从而形成从里到外的封闭体系。
3.3水性环氧封闭底漆环氧树脂以其耐磨损、耐冲击、耐化学品等性能而为广大客户所认同,而环氧作为封闭底漆使用也有其独特的优点。
环氧基团有较低的表面张力和优良的粘附力,并且环氧的成膜机理是环氧基团开环发生化学反应,这种成膜远比乳胶漆成膜要密实得多。
且环氧还能与碱反应形成硅酸盐,有效地阻止盐和碱的迁移。
环氧涂膜的耐化学品性能为其在强碱条件下的稳定性提供了保证。
另外环氧树脂中含有—OH,也可以在底材中形成氢键从而增加封闭和附着力。
所以有许多产品在水性丙烯酸中引入环氧基团,利用环氧的特性进行封闭。
3.4硅溶胶改性封闭底漆硅溶胶俗称水玻璃,是以水为分散相的无机高分子聚偏硅酸胶体溶液,分子式可表示为: mSiO2·nH2O,直径相当小(5～80nm),活性比较高,渗透性特别强。
硅溶胶很容易渗透到基材内部和附着在表面,随着水分蒸发,mSiO2·nH2O分子之间发生脱水,形成牢固并且是立体的硅氧键(键能很高)。
脱水析胶时氧化硅具有较高的活性,能与无机盐、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物,在基材内部形成的这种硅酸盐无机高分子化合物能够有效地封闭基材的毛细孔,且因为它与基材的碱和盐反应,所以也大大降低了基材的pH值和可溶性盐的浓度,减少了能够迁移到涂膜表面的盐碱量。
但有一点值得注意的是:硅溶胶不能单独使用,必须与有机高分子乳液配合使用才能有效成膜。
所以两者的配比至关重要。
4几种封闭底漆的性能比较4.1实验准备4.1.1砂浆块的制备为了增加砂浆块中可溶性盐的浓度,用10%的盐水代替自来水;用10%盐水+水泥(1份)+砂料(2份)制成20cm×20cm×2cm的水泥砂浆块,标准条件(温度25℃,湿度55%)下,固化48h待用。
4.1.2底材及面涂处理在制好的砂浆块上刮涂水泥基腻子,在腻子干后打磨,并分别涂刷各种封闭底漆(100g/m 2)。
4.1.3浸泡液的配制在10%的盐水中加NaOH,pH值调至14。
实验方法及结果分析4.2.1涂膜耐水性(1)同一滴管在同一角度和高度将1滴水滴在涂有底漆的表面上,观察水珠与底材接触面的直径大小(取3个样块,每块在不同的3个位置作实验,取平均值)。
(2)用普通石棉板涂刷各种底漆(100g/m2),标准条件(温度25℃,湿度55%)下干燥3d,然后浸入水中检测其耐水性。
耐水性实验结果见表1。
表1几种封闭底漆的耐水性实验结果水珠直径的大小可以说明漆膜的表面张力的大小,表面张力越大水珠直径就会越大,与水接触面积就大,说明外界水渗透到内部的几率就越大,耐碱和抗盐析性能就差。
由表1容易看出阳离子封闭底漆耐水性最好。
另外硅溶胶配比增加,SiO2活性提高,而涂膜耐水性下降,所以找到一个合适的配比至关重要,不同的硅溶胶和不同乳液有着不同的最佳配比,只能通过实验来寻找最佳配比。
4.2.2透气性本实验参考GB/T17146-1997对上述几种封闭底漆作了透气性比较。
试样选用惰性较强的硼玻璃片,尺寸大小为直径60mm、厚度4mm、孔隙率为3。
用规格为100μm的制膜器在试样上分别刮涂一遍各种封闭底漆。
然后将制成的试样在恒温恒湿[温度(23±2)℃,湿度(50±5)%]的条件下养护7d,备用。
将100mL蒸馏水加入直径60mm、高60mm的玻璃杯中。
将试样涂漆面朝上放在玻璃杯上,试样与玻璃杯交口处用蜡密封。
试验之前要将试样和蒸馏水的水温控制在与实验温度相差1℃的范围之内,以防止产生水冷凝现象。
用分析天平称取整个装置的质量为m1,然后在恒温恒湿存放5d,再称量其质量为m2。
做5组实验,取误差<5%的3组求平均值计算水蒸气透过率WVT,见式1。
式1其中:WVT———1d水蒸气通过漆膜所挥发的量,g/(m2·d);(m1-m2)———实验前后试样装置的质量差,g;(t2-t1)———实验用时间,h;△A———试样板面积减去密封所占的面积,m2。
几种封闭底漆透气性实验结果如表2所示。
表2几种封闭底漆透气性实验结果由表2可见普通丙烯酸乳液和硅溶胶2的透气性最好,同时也说明其漆膜的密闭性最差,漆膜孔隙较大,可溶性盐和碱出入漆膜就更为容易,发生盐析返碱的机率就高。
4.2.3涂膜附着力在制好的砂浆块上分别涂刷各种封闭底漆(100g/m2),在标准条件下干燥3d,面漆涂刷后干燥7d,评价附着力(划格法),然后在水中浸泡1d测试浸水附着力。
结果见表3。
表3底漆与面漆的附着力实验结果注:左侧数据为正常状态下的附着情况,右侧数据为浸水后的附着情况,25为最好。
由表3可以看出,普通丙烯酸乳液浸水后的附着力下降幅度很大,所以其抗剥落能力较差。
4.2.4抗返碱抗盐析性在制好的砂浆块上分别涂刷各种封闭底漆(100g/m2),在标准条件下干燥3d,涂刷同种面漆后养护7d,然后将砂浆块浸泡在浸泡液中,涂有面漆的一面朝上,要保证浸泡液的液面尽可能的接近砂浆上表面。
浸泡4d后观察其漆膜表面的状态(注意要定期加水保证液面的高度)。
试样结果见图2。
图2浸泡4d后试样由图2可见,阳离子封闭底漆与水性环氧封闭底漆的封闭效果较为显著。
硅溶胶配比恰当也可起到一定的效果,但是硅溶胶在贮存稳定性方面还存在一定的缺陷。
4.2.5抗张强度把不同的试样制备0.5mm的膜,在23℃、湿度50%的条件下干燥3d,用弹性实验机测定其抗张强度,结果如表4。
表4几种底漆抗张强度的实验结果表4几种底漆抗张强度的实验结果5结语通过以上实验分析可知,阳离子封闭底漆和水性环氧封闭底漆效果最为突出。
其特点为:(1)和油性底漆相比,其具有成本优势,且耐碱能力强;具有内在的憎水性,极佳的耐碱性和耐水解能力,延长面漆的使用寿命;确保漆膜的美观性,可避免高额的维护费用及不必要的索赔投诉;(2)低VOC含量,更符合环保要求;受施工环境的限制小。