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浅谈水性涂料“雨痕”、“结露”的成因及解决方案

所属分类:行业动态    发布时间: 2021-06-24    作者:admin
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浅谈水性涂料“雨痕”、“结露”的成因及解决方案

水性外墙平涂涂料施涂在建筑外墙表面主要起装饰和保护作用。随着我国经济建设的快速发展,科技创新日新月异,水性外墙平涂涂料的需求、产量、销量均呈逐年攀升的趋势。但是在现实应用中总会遇到一些不尽人意的地方,如“雨痕”、“结露”就是其中两个比较突出的问题。各涂料厂家解决该问题的方法也是五花八门,效果当然也参差不齐、差强人意。下面将就这两个问题进行简要的原因分析及解决方案的讨论。

  1雨痕

  1.1雨痕及雨痕的成因

“雨痕”是水性外墙平涂涂料变色发花的一种特殊表现形式,具体表现为漆膜被雨水或结露润湿、流过后而留下的竖条状痕迹,从而造成不均匀的表面外观。与墙面呈90°角观察,其颜色均匀,或几乎很难发现不均匀,但是从侧面观察,则可以非常明显地发现有光亮的条纹图案。这种光亮的条纹类似于蜗牛在墙面爬行留下的痕迹(因此雨痕也被称为“蜗牛痕”),用是毛巾擦拭会有滑腻感并不肯能有类似肥皂沫的物质产生。“雨痕”一般发生在涂料施工早期,如施工表干之后漆膜实干之前。多发生在遇小雨或环境湿度大因结露形成水珠流淌后。一般情况下,发生雨痕后如果下大雨或用大量水冲洗涂膜,雨痕现象会明显改善甚至完全消失;或随着时间的推移雨痕会慢慢变浅直至完全消失。其产生的机理高湿度环境下的墙面因结露凝水或小雨时,乳胶漆漆膜中的表面活性剂,如乳化剂、润湿分散剂等亲水性或水溶性有机物被表面停滞的水溶出,迁移到漆膜表面,当水分完全挥发后富集析出在漆膜上,留下有光印痕,因光泽不同导致的涂膜外观缺陷。通过分析发现,“雨痕”成因的3要素如下:

(1)    表面活性剂或水溶性有机物的存在

(2)    表面活性剂或水溶性有机物的迁移

(3)    表面活性剂或水溶性有机物重新在漆膜表面不均匀分布。

  1.2雨痕的解决方案

根据雨痕形成的原因,探索消除或缓解雨痕的方案。

方案1:涂料中不适用表面活性剂。

水性涂料以水分散介质,水是连续相。而水的表面张力较高,为72.8mN/m。研究发现,在水性涂料中水相的表面张力必须将至30 mN/m左右时,才能使颜填料较容易地润湿。这也就决定了在乳胶漆中必须要加入润湿分散剂等表面活性剂[1]。在乳液生产过程中必须使用的乳化剂也属于表面活性剂;另外,涂料在生产和贮存时容易产生气泡、颜料粒子絮凝、返粗、沉淀、增稠、结皮等不良现象,为了解决这些问题而用到的防沉剂、防结皮剂、消泡剂等大多也属于表面活性剂。表面活性剂在水性涂料中使用如此广泛、频繁,以致水性涂料很难摆脱表面活性剂,所以这个方案是不可行的。

方案2:阻断表面活性剂或水性剂或水溶性有机物的迁移。

研究发现,常规乳液聚合成膜后由于其自身不交联使得其中的各类亲水性物质可在涂膜中自由移动,在常规配方中,亲水组分被溶解并被带到涂层表面,而形成“雨痕”。如果使用一种具有自交联功能的乳液,成膜后形成立体网状结构而具有较高的交联密度,进而阻挡涂膜中的亲水性物质的自由移动或使其自由移动受限。这不失为一种解决“雨痕”的 好方法。

据了解,已有公司研发出了类似的水性抗雨痕外墙涂料。该水性抗雨痕外墙涂料利用功能乳液的“EC-Lock”技术,疏水性平衡设计、减少雨痕的产生,在涂膜干燥成膜的同时,具有内部自交联的功能,减少水分渗透,提升涂膜的早期抗性;再辅以水性改性的功能分散剂提升涂膜的早期抗性,使涂膜具有具有优异的疏水性,进一步减少雨痕的产生、减少雾影。通过二者的协同作用,涂膜在干燥过程中能够“锁住”低相对分子质量的可溶性亲水物质,避免涂层中水溶性物质溶出迁移至漆膜表面。.终实现..近乎零雨痕的涂料解决方案。

方案3:将涂膜做的非常亲水,使得表面活性剂或水溶性有机物析出后能够在涂膜表面形成“水幕效应”,均匀地分布在涂膜表面,不至引起明显的“雨痕”。

从材料本身而言,涂膜亲水是解决雨痕问题的较为可行的方案。亲水涂膜使得雨水很容易润湿涂膜,既可以避免由于雨水线性流下而带来的雨痕问题,又可以对灰尘进行良好的润湿而使灰尘被雨水冲洗掉,即自清洁功能。一般认为,涂膜的接触角在60°以下就有一定的自清洁功能,但这对解决雨痕问题仍然不够。当涂膜接触角在30°~40°时,雨水从墙面流下时具有明显的“水幕效应”,即雨水成片流下,这样方可明显缓解甚至完全解决雨痕问题[2]

研究发现,通过提升涂膜亲水性使涂膜形成“水幕效应”解决属性外墙平涂涂料的雨痕问题是可行的。为了提升涂膜的亲水性,行业内较为常用的方法有以下4种:

(1)    引入纳米级锐钛型二氧化钛

(2)    引入有机二氧化硅溶胶

(3)    在主体树脂的侧链上接枝或嵌段亲水性链段

(4)    引入非反应型亲水化助剂

当然,过多的加入亲水性物质不可避免地会导致许多其他的问题,如涂膜耐性变差、耐水性变差,涂膜更容易失光、变色、粉化;引起涂料PVC的变化、对树脂要求更高、需要添加更多的乳液、成本更高等。所以在应用时一定要综合考虑、权衡利弊。

  2结露

  2.1结露及结露的成因

   在正常的情况下,物体处于一定温度和湿度的空气中,会吸收或放出相应的水分,以保持其与外界空气的动态平衡,物体的这一湿度

常称为自然湿度,或平衡湿度。当暖湿空气与一个温度等于或低于该空气露点温度的物体表面接触时,就会产生结露。

研究发现,结露的产生有3个要素:

(1)    水汽的存在

(2)    温差的存在

(3)    涂膜表面的润湿特性

在实际中,不可能完全去除空气中的水蒸气或者是通过加热来提高基层温度一消除温差,那么只能通过改变涂膜表面的润湿特性这一途径来消除结露了。研究发现,改变涂膜表面润湿特性有2个方案。

  2.2结露的解决方案

方案1:采用厚浆型防结露涂料、厚浆型防结露涂料的防结露机理如下:

(1)    具有一定的稀释厚度

(2)    涂料是多孔的,其内部具有连通的空隙,能够容纳表面吸附的凝结水。当空气中的水蒸气因为温差而在涂膜表面凝结时,凝结的水分就被吸附在涂膜中,从而防止了表面露珠的出现而达到防结露的目的。

  原材料组成:

1)成膜物质:必须具有良好的耐水性,如硅溶胶、丙烯酸树脂乳液、交联乳液等或其混拼物。

2)填料:主要使用轻质填料,如膨胀珍珠岩、蛭石、沸石、硅藻土、海泡石、粉状硅胶盐类纤维等。随着填料用量的增加,涂料的PVC随之升高。随着PVC升高,涂层的透气性、吸水量增加,防结露性也随之提高。当填料用量超过一定的比例时(远超CPVC),由于多孔填料表面包覆的树脂太少,树脂很难在填料中均匀分布,因此填料颗粒间的粘结力降低,易导致涂层气泡、填料在水中析出、涂层耐候性变差等问题。

3)助剂:厚浆型防结露涂料为水性涂料,所以应选用水性分散剂,对于丙烯酸树脂乳液或复合类防结露涂料,除使用六偏磷酸钠外,还应使用阴离子型分散剂。此外,防结露涂料由于较长时间处于潮湿环境中,所以其对防霉性也有较高要求。

厚浆型防结露涂料主要使用于:工厂、商店、仓库、办公室、民用住宅、交通隧道、建筑物地下室等建筑物,以及通信设备、地井设备、航空器械、舰船内仓、输水、输油管道等。

基层处理的注意事项:

(1)    为防止基层渗水,必须采用封闭底漆进行基层处理

(2)    对于混凝土基层经过局部修补而造成的基层不均匀、胶合板模板缺陷、穿墙螺栓及钉子造成的基层不平整及锈蚀,应用封闭底漆进行处理

(3)    为防止石膏板、石棉板等接缝处开裂吸水不均匀,应对基层进行预处理

防结露涂料涂膜吸水后,当外界环境条件改变时,如温度升高,

湿度降低,由于其透气性比较好,水分能很快地挥发逸出,从而达到新的平衡。

很明显厚浆型防结露涂料的防结露性,如高透气性、高吸水性、与其一般的物理和机械性能,如耐水性、耐洗刷性是相矛盾的,要平衡处理。另外,防结露涂料施工时,其涂膜厚度一般要比普通的乳胶漆厚些,以便能较多的吸水;涂膜较厚,还要注意防霉。

方案2:采用非厚浆型结露涂料。

防结露原理:使涂层表面亲水,降低涂层表面对水的接触角,形成“水幕效应”,使凝聚在涂层表面的水滴铺展开来形成膜,减少光线的漫反射。通过研究发现,涂层表面与水的接触角在30°~40°时,既有非常明显的防结露作用。当接触角进一步降至10°以下时,可以认为涂层表面不结露。

非厚浆型防结露涂料适用于涂饰玻璃或塑料制品,如眼镜、光学显微镜、相机镜头、浴室灯、汽车挡风玻璃、农用塑料大棚等。

施工注意事项:

(1)涂装前基材表面必须处理干净,严格避免表面吸附有机溶剂、油、酸、碱、盐和机械杂质。

(2)漆膜未干前,涂装物应避免沾水。

   非厚浆型防结露涂料在考虑防结露、防雾性能的同时,还应考虑涂膜的机械性能、透明性、耐擦伤性等,这些问题要综合考虑,平衡处理。

  3结语

在实际应用中,“雨痕”很大程度上伴随着“结露”的 发生,墙面往往先出现“结露”,待水珠干燥后出现“雨痕”;“结露”与“雨痕”往往都与涂料的PVC、亲水、亲油性有关;墙面发生“结露”或“雨痕”后都会影响涂膜的装饰效果,以及耐沾污性;“雨痕”和“结露”都可以通过提升涂膜的亲水性得到解决或缓解。“雨痕”问题还可以通过阻滞表面活性剂自由迁移来解决。但无论材用何种方法,都会影响漆膜的其他性能,如耐水性、耐玷污性、耐候性、耐久性、透明性、机械性能等,因此在设计配方时要综合考虑,平衡处理。

耐雨痕涂料、防结露涂料归根结底均属于特殊功能涂料。特殊功能涂料将是涂料未来的发展方向。由于高性能涂料用合成树脂、新型功能涂料助剂和功能型颜填料以及纳米材料等新技术的日趋实用化,为功能型涂料的发展奠定了坚实的材料基础,提供了技术与物质保证。生产、使用等方面的要求提高,从品种和数量上对功能型涂料的需求亦会增加,将从客观上推动功能型涂料的发展。

功能型涂料将向着高档化、功能化方向发展,并且要求其环境友好、价格低廉、能耗少、污染小、使用方便等。

  

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