構(gòu)建更明亮的建筑外觀

　　Lenine de Sousa Gomes，Wacker Chemie AG公司

　　已開(kāi)發(fā)出了一種新型雜化基料，在基料中二氧化硅顆粒相比以前技術(shù)，分布為均勻。這種基料夠降低沾污性，同時(shí)提高曝露時(shí)的保色性。同時(shí)還可減少可溶性組分的滲出，這種組分的滲出會(huì)導(dǎo)致起霜和“蝸牛痕”現(xiàn)象。

　　基料的選擇在確定所生產(chǎn)的涂料和涂料配方的性質(zhì)和功能性（從耐沾污性到耐久性以及最終產(chǎn)品的整體外觀）方面起著關(guān)鍵作用。由Wacker公司的化學(xué)小組研發(fā)的一種新型分散體，通過(guò)將有機(jī)材料和礦物材料的性能相結(jié)合，得到了最理想的結(jié)果。

　　這種基料對(duì)顏料的穩(wěn)定性極高，能夠使色彩鮮艷的外墻涂料更持久地保持其顏色，并且不容易褪色。采用新型基料配制的涂料還能減少外墻表面的沾污量，并且能夠減少甚至消除墻面上的“蝸牛痕”現(xiàn)象（由于組分的滲出而造成）。

　　結(jié)果一覽

　　→開(kāi)發(fā)了一類雜化基料，將有無(wú)機(jī)材料（通常是二氧化硅）和有機(jī)乳液基料結(jié)合在一起，從而提高了硬度，同時(shí)仍很容易聚結(jié)成膜。但是，二氧化硅顆粒的絮凝可能會(huì)造成一系列問(wèn)題，親水性會(huì)增加，還會(huì)產(chǎn)生到開(kāi)裂。

　　→已經(jīng)研發(fā)了一種新型雜化基料，其中，利用硅烷使丙烯酸聚合物帶有官能團(tuán)，與細(xì)的硅溶膠顆粒相結(jié)合，因此確保其均勻分布，極不易發(fā)生絮凝。

　　→曝露試驗(yàn)表明，與標(biāo)準(zhǔn)乳液基料相比，新型基料的耐沾污性更好，并且可以提高保色性。

　　→當(dāng)涂料中的可溶性成分在潮濕的條件下滲出時(shí)，會(huì)出現(xiàn)了另一種被稱為“蝸牛痕”現(xiàn)象的外觀問(wèn)題。通過(guò)幾次試驗(yàn)證實(shí)：新型基料會(huì)減少滲出現(xiàn)象和涂料表面上起霜鹽的形成。

　　色彩持續(xù)能為墻面增光添彩

　　外墻涂料旨在保護(hù)建筑物免受戶外的影響，如：寒冷、高溫、雨水、冰以及UV輻射。同時(shí)，它還是一種設(shè)計(jì)要素，通過(guò)增加顏色、形狀或表面的細(xì)節(jié)，為建筑物的墻壁增添視覺(jué)魅力。隨著20世紀(jì)80年代后現(xiàn)代建筑的興起，越來(lái)越多的建筑師變得有勇氣去探索明亮的色彩。

　　顏色和表面紋理將外墻涂料變成了一種設(shè)計(jì)要素，決定了單個(gè)建筑和整個(gè)地區(qū)的外觀。例如，一提到瑞典時(shí)，大多數(shù)人都會(huì)聯(lián)想到紅色的木結(jié)構(gòu)建筑，而中歐的巴洛克建筑則以明亮柔和的色彩聞名，巴黎的舊城區(qū)則采用香檳色的含沙灰漿進(jìn)行裝飾。

　　彩色外墻的主要問(wèn)題是隨著時(shí)間的推移，明亮的彩色涂料往往會(huì)褪色。由于天氣影響，墻面涂料經(jīng)常會(huì)失光。涂料配方設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵要素是基料的選擇，使涂料形成耐久的防護(hù)膜，并能使涂料快速固化，同時(shí)保持彈性和柔韌性。此外，顏填料需要通過(guò)適當(dāng)?shù)幕线M(jìn)行粘結(jié)，使外墻面長(zhǎng)期保持其外觀。因此開(kāi)發(fā)了一種新型基料體系“Primis AF1000”，旨在使涂料能長(zhǎng)久保持色彩。該分散體能有效地穩(wěn)定涂料中的顏料，使得外墻在多年后仍能保持外觀，沾污程度低，同時(shí)能避免“蝸牛痕”現(xiàn)象。

　　雜化基料能使二氧化硅分布更均勻

　　雜化基料結(jié)合了有機(jī)成分和礦物質(zhì)成分，通過(guò)硅烷化學(xué)使基料呈現(xiàn)出一種全新的性能。這是一種具有兩相結(jié)構(gòu)的水性聚合物分散體，其中一相是丙烯酸酯共聚物，另一相是硅溶膠顆粒（見(jiàn)圖1）。無(wú)機(jī)二氧化硅通常硬度高，具有良好的熱穩(wěn)定性和UV穩(wěn)定性。因此，使涂料具有較低的粘連性，耐沾污性和保色性良好。有機(jī)聚合物相是丙烯酸酯，具有基料的常規(guī)功能，表現(xiàn)出對(duì)基材優(yōu)異的附著力和很高的內(nèi)聚力，同時(shí)具有柔韌性、良好的機(jī)械性能和疏水性。

圖1 聚合物顆粒“Primis AF1000”的示意模型圖，以二氧化硅為核，有機(jī)層為殼，有機(jī)層中帶有硅烷基團(tuán)（黃色點(diǎn)）和表面活性劑（紅色點(diǎn)），使基料具有獨(dú)特的性能。

　　建筑行業(yè)將有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分混合使用已有一段時(shí)間了。這可以通過(guò)不同的方式實(shí)現(xiàn)。有時(shí)，礦物顆粒可簡(jiǎn)單地混合到有機(jī)分散體中，或通過(guò)乳液聚合實(shí)現(xiàn)微膠囊化（見(jiàn)圖2）。但僅憑這兩種技術(shù)幾乎不能使二氧化硅充分均化到聚合物相中。均化程度差會(huì)導(dǎo)致分散體出現(xiàn)儲(chǔ)存穩(wěn)定性問(wèn)題，而且由于二氧化硅的絮凝作用，會(huì)使涂料出現(xiàn)開(kāi)裂，并且導(dǎo)致涂料的吸水性高。分散體中絮凝的二氧化硅會(huì)形成較大的二氧化硅團(tuán)塊，一旦分散體干燥后，就會(huì)分布在聚合物膜中。在這種情況下，由于二氧化硅團(tuán)塊與其周?chē)木酆衔镱w粒之間內(nèi)應(yīng)力的差異，整個(gè)聚合物膜很容易出現(xiàn)開(kāi)裂。

圖2 將有機(jī)和無(wú)機(jī)成分組合的示意圖。上－硅溶膠與聚合物分散體的混合；中－采用乳液聚合實(shí)現(xiàn)膠囊化；下－采用活性有機(jī)聚合物處理硅溶膠表面的新型復(fù)合技術(shù)

　　另一個(gè)問(wèn)題是如果二氧化硅在聚合物相中分散不好，那么將不會(huì)受到保護(hù)，并且它的親水性也會(huì)使水能夠很容易地透過(guò)聚合物膜，從而增加水的吸收。這些現(xiàn)象也可推演到涂料。新型基料的研發(fā)工藝能使二氧化硅極其均勻地分散在聚合物相中（見(jiàn)圖2）。在這種經(jīng)礦化后的基料中，利用硅烷使丙烯酸聚合物帶有官能團(tuán)，這些官能團(tuán)反過(guò)來(lái)又可與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)這種方式，礦物組分和有機(jī)組分就能以一種受控的方式發(fā)生化學(xué)鍵合，防止二氧化硅顆粒發(fā)生絮凝。與采用傳統(tǒng)復(fù)合基料制備同種涂料相比，透射電子顯微鏡（TEM）圖片清晰地顯示出了二氧化硅是如何更均勻地分散在整個(gè)涂料中的（見(jiàn)圖3）。

圖3 用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合基料（左）和新型基料（右）配制的涂料對(duì)比。標(biāo)準(zhǔn)涂料中的二氧化硅顆粒更容易發(fā)生絮凝現(xiàn)象

　　曝露試驗(yàn)顯示沾污性大大降低

　　礦化后的分散體導(dǎo)熱性高，使得涂料和外墻表面快速干燥?；铣司哂欣硐氲钠帘涡阅芡猓€會(huì)減少涂料對(duì)沾污物的吸附量。熱塑性是傳統(tǒng)丙烯酸酯分散體的特征之一，但在熱的環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致外墻表面快速吸附污染物。但新型基料技術(shù)在表面硬度較高的同時(shí)，還具有良好的彈性，由于污染物顆粒很難吸附在表面，從而阻止污染的形成。在不同的地區(qū)，使用該基料進(jìn)行多次戶外耐候性試驗(yàn)，例如在阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)迪拜的公司技術(shù)中心。

　　圖4證明了與采用傳統(tǒng)聚合物基料（苯乙烯丙烯酸/醋酸乙烯酯/VeoVa基料）的同種涂料相比，采用新型基料的白色和彩色外墻涂料是如何展現(xiàn)其性能的。該涂料包含32％的基料（固體分50％）和18％的二氧化鈦（顏料體積濃度（PVC）約為47％）。

圖4 在阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)（60°SE/迪拜）的戶外耐候性試驗(yàn)站進(jìn)行的采用新型基料的涂料和采用苯丙和醋酸乙烯酯/VeoVa基料的標(biāo)準(zhǔn)分散體涂料的耐沾污試驗(yàn)

　　在迪拜以陽(yáng)光入射角60°，面向東南方向進(jìn)行為期一年的曝曬試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，新型復(fù)合基料的沾污性明顯更低。為進(jìn)行該試驗(yàn)，灰漿下面用了一道表面粗糙的底漆，以使得該試驗(yàn)更具有挑戰(zhàn)性。試驗(yàn)后在試板上觀察到的沙子是來(lái)自眾所周知的迪拜沙塵暴。

　　可提高顏料的穩(wěn)定性

　　將顏料混合到外墻涂料中，以便為住房或其他建筑物的外墻增添豐富、鮮艷的顏色。盡管眾所周知有機(jī)顏料的顏色色調(diào)種類豐富，但它們并不總是特別穩(wěn)定，特別是曝露在UV輻射下的時(shí)候。

　　因此，由于陽(yáng)光和天氣的影響，它們會(huì)隨著時(shí)間的推移而褪色，而且變得暗淡。相比之下，無(wú)機(jī)顏料能更好地耐戶外條件，但沒(méi)有有機(jī)顏料那么多種類的色調(diào)和色彩。

　　雜化分散體極大地提高了有機(jī)顏料在涂料配方中的穩(wěn)定性。這是因?yàn)榈V化作用能夠更有效地保護(hù)有機(jī)顏料免受UV輻射的影響，從而使顏料失去其亮度和色強(qiáng)度的速度相當(dāng)慢，使得外墻涂料可以較長(zhǎng)時(shí)間保持其原有顏色。

圖5 在德國(guó)（60°SW/布格豪森Burghausen）戶外耐候試驗(yàn)站試驗(yàn)的采用新型基料和標(biāo)準(zhǔn)苯丙（SA）分散體的含有氧化鐵灰漿的保色性

　　通過(guò)在不同地區(qū)進(jìn)行室外曝曬試驗(yàn)，證實(shí)了保色性和涂料的耐久性得到了提高。圖5顯示的是在德國(guó)布格豪森Burghausen的戶外曝曬站進(jìn)行試驗(yàn)的實(shí)例，其中灰漿種含有1.5～2.0mm的填料。在該圖中顯示的灰漿中含有13％的基料（固體分50％）、2％的二氧化鈦和2％的“Bayferrox brown645T”顏料。ΔE值是指隨著時(shí)間的變化灰漿的顏色與原始灰漿顏色的色差，并且與采用傳統(tǒng)的苯丙乳液的同類灰漿相比，具有極高的保色性。在試板上還可觀察到顏色加深。采用新型基料制備的灰漿的展色性優(yōu)異，與對(duì)比基料制備的灰漿相比較，呈現(xiàn)更鮮艷的棕色。

　　由于滲出作用造成的“蝸牛痕”現(xiàn)象減少了

　　有時(shí)我們所說(shuō)的“蝸牛痕”指的是在涂裝外墻時(shí)出現(xiàn)的一種現(xiàn)象－在干涂膜上可見(jiàn)到的垂直流痕。特別是在雨后或一場(chǎng)露降后能觀察到，會(huì)影響到外墻涂料的視覺(jué)外觀。當(dāng)干涂層中的水溶性鹽遷移到外墻表面時(shí)（通過(guò)細(xì)雨、露水或灌溉灑水器），就會(huì)產(chǎn)生蝸牛痕，然后在表面上干燥。這種鹽成分的遷移（滲出）會(huì)形成條紋，這些條紋的間距通常是無(wú)規(guī)的，并且遵循重力方向。蝸牛痕不僅會(huì)出現(xiàn)在外墻涂料上，在室內(nèi)潮濕的房間中，如廚房和浴室，由于濕度較高，也可以觀察到蝸牛痕。

圖6 基料技術(shù)的接觸角試驗(yàn)（自行開(kāi)發(fā)的方法）

　　圖6給出了在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的接觸角試驗(yàn)結(jié)果，確認(rèn)涂料表面在與水接觸后會(huì)發(fā)生了變化。選用了兩種常用的外墻涂料用基料與新型基料進(jìn)行比較：一種是苯乙烯丙烯酸基料，一種是醋酸乙烯酯－乙烯－丙烯酸酯基料。

　　為進(jìn)行該試驗(yàn)，將含有42％基料（固體分50％）和4％“Colanyl Blue A2R131”（酞菁藍(lán)分散體）的涂料涂覆到“Leneta”測(cè)試卡上，并在50％的相對(duì)濕度和23°C溫度下固化24h。將一滴水滴在已固化的涂料上，測(cè)定涂料表面和水滴之間的接觸角。在用水對(duì)已固化的涂料處理1min后，進(jìn)行同樣的操作步驟，讓試板干燥24h。通常，在進(jìn)行水處理后，可觀察到接觸角會(huì)變小，這也證實(shí)了涂料表面在經(jīng)過(guò)水處理之后親水性會(huì)提高。這很可能是涂料中的水溶性鹽遷移到表面的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，使用雜化基料的涂料進(jìn)行試驗(yàn)，觀察到接觸角變小的程度最低，這說(shuō)明與其它試驗(yàn)基料相比，使用雜化基料后的滲出現(xiàn)象較小。

圖7 采用新型基料（左）、苯丙（針狀沉淀物－中）和醋酸乙烯酯－乙烯－丙烯酸酯基料（海綿狀沉淀物－右）涂料的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片

　　還采用了掃面電子顯微鏡（SEM）對(duì)這些涂料表面的變化進(jìn)行了分析。圖7顯示的是在接觸角測(cè)量期間，用前面介紹的用水對(duì)涂料表面進(jìn)行處理之后拍的照片。采用新型基料的涂料表面則沒(méi)有呈示出任何變化，而采用其它市售基料的兩種涂料在其表面上都出現(xiàn)沉淀物。

　　采用苯丙基料的涂料表面出現(xiàn)針狀沉淀物，而醋酸乙烯酯－乙烯－丙烯酸酯基料的涂料表面則出現(xiàn)了海綿狀沉淀物。這些沉淀物改變了外墻涂料的表面外觀，出現(xiàn)明顯的痕跡，即眾所周知的蝸牛痕。

　　NMR分析證實(shí)了滲出現(xiàn)象減少

　　為更好地對(duì)基料進(jìn)行比較，采用核磁共振（NMR）技術(shù)對(duì)基料中的水提取液進(jìn)行分析。為進(jìn)行該試驗(yàn)，先制備分散體的聚合物膜，然后在溫度為23℃，相對(duì)濕度為50％的條件下固化14d。在溫度為23℃的條件下，將這些聚合物膜浸于水中，保持24h。在溫度為50℃下將水蒸發(fā)之后，得到來(lái)自不同聚合物膜中的水溶性鹽。然后將殘留的提取物溶解在極性溶劑（氧化氘）和非極性溶劑（三氯甲烷）中，并使用NMR進(jìn)行分析。

圖8 通過(guò)用不同基料和極性溶劑制備的涂料的水提取液的核磁共振分析對(duì)滲出進(jìn)行評(píng)估

　　圖8顯示的是將溶解在極性溶劑中的從不同聚合物所獲得的提取物的NMR圖和極性溶劑的NMR圖。圖中的峰值與從聚合物膜中洗出（滲出）的物質(zhì)相對(duì)應(yīng)，或與使用的溶劑相關(guān)。

　　由于在新型基料NMR圖上看到的峰均來(lái)自溶劑，因此說(shuō)明新型基料在測(cè)試后的滲出作用方面，顯示出良好的結(jié)果，而研究中的其他聚合物的NMR圖中除溶劑峰外，還清晰的顯示出更多的峰還考慮了非極性溶劑的NMR圖，但是本文將不作討論，結(jié)果與已討論過(guò)的極性溶劑的結(jié)果相似。

　　因此，新型雜化基料結(jié)合了無(wú)機(jī)和礦物成分的獨(dú)特性能。與其他復(fù)合技術(shù)相比，通過(guò)丙烯酸聚合物、硅烷化學(xué)和硅溶膠的組合，在干涂料膜中可以實(shí)現(xiàn)二氧化硅更均勻的分布。因此，用它配制的涂料具有較高的耐沾污性，減少開(kāi)裂和降低水吸收性，并且減少蝸牛痕現(xiàn)象的發(fā)生。

　　該分散體與顏料具有良好的相容性和顏色一致性，即使是采用不十分穩(wěn)定的有機(jī)顏料，也可以獲得豐富的彩色外墻表面，并能特別持久的保持鮮艷的色彩。

“使用正確的原材料就可以實(shí)現(xiàn)極好的結(jié)果?！?/strong>

　　Lenine de Sousa Gomes，

　　公司涂料分散體部門(mén)技術(shù)服務(wù)經(jīng)理，

　　Wacker Chemie AG公司，

　　lenine.desousagomes@wacker.com

向Lenine de Sousa Gomes提出3個(gè)問(wèn)題

　　在使用新型基料配制涂料時(shí)需要考慮什么？

　　事實(shí)上，使用新型基料配制涂料時(shí)沒(méi)有什么特別的約束條件?；蛟S應(yīng)該牢記一點(diǎn)，在計(jì)算PVC時(shí)要考慮部分基料是無(wú)機(jī)的，但是如果在配制涂料中遇到任何問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系我們，我們可以提供參考配方。

　　哪些有機(jī)顏料最容易褪色？

　　很難給出具體的答案，因?yàn)榻Y(jié)果很大程度上取決于配方。但是，比較有問(wèn)題的顏料有Red254或者Violet23。但是，我認(rèn)為你可以在配方中使用正確的原材料（包括我們的基料）來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的結(jié)果。

　　選擇什么樣的地區(qū)和持續(xù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行曝曬老化試驗(yàn)？

　　我們可以在我們遍布全球不同的技術(shù)中心中進(jìn)行試驗(yàn)，但在這個(gè)試驗(yàn)中，我們最后決定選在布格豪森（德國(guó)）和迪拜進(jìn)行。布格豪森是我們?cè)跉W洲的標(biāo)準(zhǔn)室戶外曝曬站，選擇迪拜是可以沾污性進(jìn)行更好的評(píng)估。文中所示迪拜的照片是在進(jìn)行為期一年曝曬后拍攝的。