外墙乳胶漆的雨痕问题及改善方法

作者 | 陈玉泉, 杨帅

嘉宝莉化工集团股份有限公司

引 言

合成树脂乳液外墙涂料,这里简称外墙乳胶漆。外墙乳胶漆在施工完成后,遇到雨水后,漆膜表面会形成各种各样的雨水流过的痕迹,出现墙面发花,造成工程质量事故,工程返修造成大量资源的浪费。近年来,随着国家经济发展的不断壮大,外墙涂料的应用也越来越广泛。国内很多地区从节约、安全等方面考虑,禁止高层建筑再使用外墙砖,并作出相关规定。如重庆,沈阳等城市出台了关于高层建筑限用(禁用)外墙砖的规定。这些政策或措施促使外墙涂料的应用越来越广。外墙乳胶漆由于其所具有的环保、安全、经济、施工简便等优势,逐步成为建筑外墙装饰的主要材料。虽然外墙乳胶漆有很多优点,但由于其本身的固有物理特性,使之在某些性能上存在一定的缺陷,如干燥时间长,聚合物的热塑性、机械性能不高等等。导致外墙乳胶漆在使用过程中会出现各种或大或小的问题。其中雨痕现象是外墙乳胶漆装饰工程中较常遇到的问题。雨痕是指外墙乳胶漆漆膜经过雨水冲刷后产生的痕迹。雨痕问题已经成为一个较为典型的行业难题。了解雨痕形成的原因,更好地解决该问题是本文的出发点。

1外墙乳胶漆雨痕的类型
产生雨痕问题一般是有色的外墙乳胶漆,尤其是颜色较深、明度较低的乳胶漆漆膜。当颜色越深,出现雨痕时该现象就越严重。白色的也会产生,但没有深色漆那么明显。同时,受雨水的冲刷程度不同,雨痕问题的严重程度也不同。基层、腻子层的化学成分析出也会加重雨痕现象。
结合长期对外墙乳胶漆雨痕现象的观察,发觉外墙乳胶漆雨痕现象的轻重程度、产生的机理均不一样,根据其产生的机理和严重程度,大致可将雨痕现象分为3种类型:溶出雨痕(亮斑)、冲刷雨痕、泛碱雨痕。

2各类雨痕现象分析

2.1 溶出雨痕现象

溶出雨痕是指外墙乳胶漆施工完成后,短期内(通常1周到1个月)遇到小雨或阵雨,墙面局部受到雨水冲淋,漆膜中的部分物质溶出,形成点状或条状的光斑,这类雨痕在这里称为“溶出雨痕”。通过模拟实验,局部用水淋过的乳胶漆漆膜出现了水流流过的痕迹,出现了发亮斑点。通过观察,水流过的地方有发亮的溶出物,比漆膜原本的光泽高,造成了雨痕、发花现象。通过对溶出物质进行采集、分析,发现其主要成分是各类阴离子、非离子表面活性剂。由于漆膜耐水性差或漆膜干燥时间不够,性能未完全建立,遇到雨水后溶出的表面活性剂导致了雨痕现象的产生。

2.1.1 溶出雨痕的原因分析

乳胶漆是一个复杂的混合分散体系,很多原材料含有大量的表面活性剂。归结一下乳胶漆体系表面活性剂的来源,包括(1)乳液;(2)各类助剂,如润湿剂分散剂消泡剂增稠剂等;(3)色浆。这些表面活性剂在一定时期内会存在于漆膜里面或慢慢迁移至表面,绝大部分表面活性剂是亲水型的,当漆膜遇到雨水后,雨水很容易就会溶出或冲刷掉这些表面活性剂。如果雨水只是局部或短时间淋洒在乳胶漆漆膜上,局部带出或冲走漆膜的表面活性剂,漆膜就会出现各种条状或点状痕迹,造成乳胶漆漆膜光泽、颜色不一,出现溶出雨痕(亮斑)现象。如果下大雨,墙面整体受到雨水的冲刷,溶出雨痕现象是比较轻微的,基本看不到雨痕问题,这是由于雨水整体冲掉表面活性剂,使得漆膜颜色、光泽没有对比反差所致。

2.2 冲刷雨痕现象

这类雨痕主要集中屋檐,窗台下面。雨水打在屋檐、窗台上,积聚后顺着一些固定位置往下流淌,时间长了,漆膜表面就留下一道道痕迹,这类痕迹在这里称为冲刷雨痕。

2.2.1 冲刷雨痕的原因分析

外墙乳胶漆是在户外应用的一种建筑装饰材料,其性能的好坏,直接决定其对建筑物的装饰、保护所产生的效能。当外墙乳胶漆的耐水性能存在缺陷,就可能会引起冲刷雨痕的问题。另外,外墙乳胶漆施工完成后,漆膜没能在短时间内干燥固化就遇到下雨,也很容易产生雨水冲刷后留下的痕迹。雨水长期在建筑物同一位置往下流,会给该位置留下雨水流过的痕迹,合理的滴水线,集雨设计非常重要。因此,我们可以总结出冲刷雨痕产生的原因:(1)漆膜的耐水性能差;(2)漆膜干速慢,干燥时间不够;(3)建筑设计不够科学合理。

2.3 泛碱雨痕现象

这类雨痕发生的位置跟冲刷雨痕差不多,大部分集中在屋檐或窗台下面,但这类水痕的产生基本在施工后第一、第二次下雨后就出现了。水流过的漆膜表面呈现发白,表面好像有一层雾状物,有时还有白色结晶体,这类雨痕在这里称为泛碱雨痕。

2.3.1 泛碱雨痕原因分析

这类雨痕主要是基材中的碱性物质或盐类,由于雨水的渗入而迁移至漆膜中间或表面,破坏了漆膜或改变了漆膜颜色而形成的雨痕,通常水流过的地方才会出现,而且过水量越大的地方雨痕越明显。外墙乳胶漆施工的基材基本是水泥基材质,水泥中的主要成份是硅酸钙CaSiO3),它是一种弱酸强碱盐,在遇水的情况下,硅酸钙水解呈碱性,其化学式为:CaSiO3 + H2O →水解→Ca²⁺+ H2SiO3 + OH? 。其碱性的高低与CaSiO3的含量成正比。在水大量存在的情况下,水便成为流动载体,将大量的Ca²⁺ 、OH?通过漆膜的毛孔和裂缝渗透到涂膜表面,与空气反应形成泛碱,其化学式为:  Ca²⁺ + OH?+ CO2 → CaCO3 ↓(泛碱)+ H2O,泛碱会造成漆膜颜色的改变和破坏,这样就导致水流过的地方留下一道道的痕迹,这是泛碱雨痕产生的主要原因。

3 雨痕的改善办法

外墙乳胶漆雨痕的类型有多种,其产生的原因和机理也不一样,溶出雨痕产生的因素主要是原材料,所以外墙乳胶漆原材料的筛选成为了解决溶出雨痕问题的主要途径;冲刷雨痕问题产生的原因则涉及到配方设计、原材料、建筑的合理设计等;泛碱雨痕则涉及基材、底漆、施工等方面。
针对雨痕产生的原因,要改善外墙乳胶漆雨痕现象,主要途径是选择合适的原材料,包括乳液、助剂、色浆等;优化的配方设计;合理的施工方案和优质的涂料配套体系,包含基材的质量、养护、底涂的质量、面涂的养护等。下面从这几方面探讨雨痕的改善办法。

3.1 原材料选择

选择耐水性高、交联固化时间较短、不含或含较少亲水型乳化剂等较为疏水的乳液,对雨痕的改善有较大的帮助。使用较为疏水的助剂或使用较少的亲水助剂对漆膜的耐水性有帮助,同时减少漆膜水溶性物质的析出,减轻表面雨痕现象。色浆用量少,颜色较浅的外墙乳胶漆雨痕现象较轻。

3.1.1 乳液的选择

乳液的种类、合成工艺、乳化剂种类、玻璃化温度等赋予乳液不同的性能。普通的聚合物乳液含有大量的亲水性乳化剂,导致漆膜的致密性、耐水性受到影响。无皂聚合乳液由于其不含或仅含有少量反应型乳化剂,避免了乳化剂对水的吸收、渗出等,大大提高了漆膜的耐水性,降低了产生雨痕的几率。核壳结构乳液,其独特的结构,使涂料的耐水性较普通乳液好,许多研究者认为这是由于乳液在成膜时亲水相转向基材,而耐水相转向空气一面,使漆膜耐水性得到明显改善,产生雨痕的几率也相对降低。玻璃化温度高的乳液相对玻璃化温度低的乳液,交联固化时间较短,能够较快地提供较好的耐水性、耐洗刷性、硬度等物理性能,同时也降低了雨痕的明显度。另外乳液聚合使用的反应型乳化剂和较小的粒子半径也对改善雨痕有帮助。

3.1.2 助剂的选择

乳胶漆在生产的过程中会添加大量的助剂,大部分助剂都是表面活性剂或含有大量表面活性剂,而这些表面活性剂大部分都具有较强的亲水性,如何减少亲水性助剂的使用或减少亲水助剂的用量是改善溶出雨痕的有效办法。
选择何种助剂是改善和减轻雨痕现象的重要途径。首先,我们来看乳胶漆中的颜料分散剂。颜料分散剂种类繁多,有亲水型和疏水型。亲水型分散剂对涂料的耐水性有较大的影响,而疏水型分散剂几乎不损害漆膜的耐水性。有些疏水型颜料分散剂甚至会改善漆膜的耐水性能,从而改善和降低雨痕的程度。将多元酸均聚型颜料分散剂和多元酸共聚疏水型颜料分散剂分别烘干,得到分散剂的固体分,然后再将它们加入到水中,多元酸均聚型颜料分散剂很快就溶解在水中,而多元酸共聚疏水型分散剂经过24h仍然能见到其固体分。可见疏水型颜料分散剂耐水性更好、吸水率更低、降低溶出率,有助于降低漆膜雨痕的产生,减轻雨痕的明显度。其次,外墙乳胶漆通常要用到润湿剂,润湿剂主要是降低水的表面张力,使颜料更好地润湿分散等。传统使用的颜料润湿剂有聚氧乙烯类、磷酸酯类、磺酸盐类等等。这部分颜料润湿剂大部分也是亲水型的。由于这类润湿剂挥发速度较慢,外墙乳胶漆施工后,漆膜在一定时期内会存在这类助剂。如果能减少或不用这些助剂对改善雨痕也有帮助。如何降低这类颜料润湿剂的用量呢?通过配方优化,新材料的应用可以有效改善。新型的氟素润湿剂能有效帮助降低润湿剂的用量。常用的颜料润湿剂在乳胶漆中的用量为0.1%~0.5%,能将水的表面张力降至25dyn/cm左右。氟素润湿助剂具有强烈的表面活性,含0.001%活性成份时水溶液表面张力为23dyn/cm;含0.01%活性成份时水溶液的表面张力为19dyn/cm。达到相同的表面张力,使用氟素润湿助剂可以减少10倍以上用量,润湿剂的用量减少无疑提高了漆膜的耐水性能。另外,其他助剂也应尽量选择较为疏水的类型,如增稠剂可尽量选择较为疏水的聚氨酯增稠剂或疏水性丙烯酸增稠剂等,这些都会对改善雨痕问题有所帮助。

3.1.3 色浆的选择

外墙乳胶漆用得最多的是彩色漆,彩色颜料使用必不可少。乳胶漆配色使用的颜料一般以颜料浆的型式供应,简称色浆。色浆要由粉状颜料加工为水乳型的浆状物,其生产过程和乳胶漆的相似,同样需要使用大量的表面活性剂,所以色浆制备所使用的表面活性剂种类、用量等等也会影响到外墙乳胶漆最终的性能。由于有色颜料以色浆型式作为一种供应的原材料,涂料厂家没有办法控制色浆表面活性剂的添加,也就没有办法彻底解决雨痕的问题。要减少色浆对漆膜造成的影响,只能尽量使用较少的色浆,或调较浅的颜色。要最大限度地降低色浆对雨痕的影响,只能是涂料厂家自行生产色浆,才能在原材料选择中有控制权,同时也可以和色浆生产商结成紧密的合作关系,定制合适的个性化产品,这样才能最大限度地降低色浆对雨痕造成的影响。

3.2 配方设计

除了原材料的选择外,配方设计对雨痕现象的影响也相当重要。PVC的控制、颜填料的搭配、干燥速度、成膜时间等都会对雨痕的产生造成影响。PVC高时,乳胶漆漆膜疏松,影响耐水性、耐洗刷性,增大了吸水率,水流过会带出漆膜中的水溶物、色浆等,破坏漆膜而形成雨痕。添加一定量的疏水物,如有机硅疏水剂、氟助剂等,使漆膜更加耐水,有效降低雨痕产生的几率,减轻雨痕的明显程度。总之优秀的配方设计能有效发挥产品的性能,减少各种质量问题,包括雨痕问题。

3.3 施工

外墙涂料施工对雨痕的产生也有直接的关系。有很多客户为了节约工程的成本,偷工减料的情况时有发生。例如,不涂刷封闭底漆,或者施工时底漆过度稀释等,这样就很容易造成泛碱雨痕现象,所以外墙乳胶漆施工跟外墙乳胶漆雨痕的产生有着密切的关系。外墙乳胶漆施工时必须在适合的条件下施工。从基层、腻子层的养护时间、含碱率(pH值)、含水率,到施工的天气情况,如相对湿度、温度等,再到各类漆膜防雨措施、土建的集雨、排雨工程等,这些统统都对产生雨痕有直接的关系。所以依据相关的施工规范或标准,做好施工过程的每个环节,可以大大降低雨痕产生的几率,确保工程的质量。

结 语

雨痕是外墙涂料工程中常见的漆病,通过采取一些措施,可以在一定程度上减轻漆膜的雨痕现象。但由于影响因素太多,在现阶段受限于材料及涂料的生产技术,不能彻底解决外墙乳胶漆雨痕问题。3种类型的雨痕中,溶出雨痕是最轻一类问题,外墙乳胶漆干燥彻底或下过1~2次大雨后这类雨痕基本消失,不影响工程质量;冲刷雨痕和泛碱雨痕问题产生后只能进行返修处理,但这两种雨痕问题可以通过采取相应措施,提前预防。

(参考文献略)


完整内容请见《涂层与防护》2020第9期



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