外墻無機建筑涂料的檢測與鑒別

姜廣明，馬海旭，梁 楊，王連盛，王志霞，胡 水

（1.中國建筑科學研究院有限公司，北京100013；2.北京化工大學，北京100029）

0 引 言

外墻無機建筑涂料是指以堿金屬硅酸鹽［1］或硅溶膠［2，3］為主要黏結劑，采用刷涂、噴涂或滾涂的施工方法，在建筑物外墻表面形成薄質裝飾涂層的涂料［4］。它具有耐候、透氣、環保及不燃等諸多優勢［5］，可替代合成樹脂乳液外墻涂料廣泛地應用于建筑工程涂裝上。但是為了達到貯存穩定性、流平性，較好的耐沾污性以及抗菌防霉等性能，需要采用有機無機復合、納米技術、溶膠-凝膠技術［6］、硅溶膠改性［7］等技術，并使用超細填料和助劑等［8］。

本文將通過比較外墻無機建筑涂料和合成樹脂乳液外墻涂料的物理性能和水蒸氣透過率等性能；以及通過紅外光譜分析兩者在成分上的差別；綜合運用熱失重分析法和氣色色譜法測試涂料中的有機物含量，從而給出國內目前外墻無機建筑涂料有機物含量的范圍。

1 實驗原料及設備

1.1 實驗原料

選取國內較大的無機建筑涂料企業生產的4個外墻無機建筑涂料，編號為WJ-2，WJ-6，WJ-16，WJ-18；選取1個合成樹脂乳液外墻涂料，編號為WJ-21。

1.2 實驗設備

水蒸氣透過率使用水蒸氣透濕杯測試，水蒸氣透過率的檢測依據為JG/T309－2011《外墻涂料水蒸氣透過率的測定及分級》，在多孔PE板上刷涂2道后測試。

紅外光譜使用美國某公司生產的Nicolet6700傅立葉變換紅外光譜儀測試，掃描范圍為4000～400cm-1，分辨率為4cm-1。將涂料晾干后粉碎，用KBr壓片后測試紅外光譜。

熱失重分析使用瑞士某公司產品TGA/DSC1同步熱分析儀（型號STAResystem）測試；氮氣氣氛，測試的溫度范圍為室溫～900℃。

揮發性有機化合物（VOC）含量使用上海某公司生產的GC126型氣相色譜儀測試。揮發性有機化合物（VOC）含量的檢測依據為GB24408－2009《建筑用外墻涂料中有害物質限量》。

2 結果與討論

2.1 物理性能和水蒸氣透過率分析

5個外墻涂料的物理性能的檢測結果列于表1中。與合成樹脂乳液外墻涂料形成完整的連續涂層不同，真正的外墻無機建筑涂料在微觀上形成的是有機相和無機相的互穿網絡結構［9］，因此透氣性良好。我們也測試了外墻涂料的水蒸氣透過率，結果也列于表1中。

表1 外墻涂料的物理性能和水蒸氣透過率

4個外墻無機建筑涂料的物理性能都符合JG/T26－2002《外墻無機建筑涂料》標準的要求。合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的物理性能符合GB/T9755－2014《合成樹脂乳液外墻涂料》標準的要求。這說明外墻無機建筑涂料在耐水性、耐堿性、耐溫變性等方面與合成樹脂乳液外墻涂料相當。由于外墻無機建筑涂料的漆膜堅硬，其在耐洗刷性、耐沾污性、耐老化性等方面，還優于一般的合成樹脂乳液外墻涂料。

一般來說，外墻無機建筑涂料的水蒸氣透過率要比合成樹脂乳液外墻涂料高1～2個數量級。水蒸氣透過率，是鑒別外墻無機建筑涂料的第一個方法。

2.2 紅外光譜分析

4個外墻無機建筑涂料的紅外光譜，如圖1所示。

圖1 外墻無機建筑涂料的紅外光譜圖

4個外墻無機建筑涂料的紅外光譜中最為明顯的就是Si的紅外峰，比如1637cm-1是Si-O-H的氫鍵伸縮振動峰，1041cm-1是非常強的Si-O-Si的振動峰。Si-OSi在1041cm-1的紅外峰，是鑒別外墻無機建筑涂料的第二個方法。

另外外墻無機建筑涂料的配方中也含有一部分有機物成分和CaCO3等填料。比如3430cm-1的寬峰是O-H伸縮振動峰；2958、2933、2871cm-1是中等強度的C-H伸縮振動峰，1737cm-1是非常強的C=O伸縮振動峰；1456cm-1是強的CO32-反對稱伸縮振動峰，878cm-1是中等強度的CO32-面外彎曲伸縮振動峰。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的成分中沒有堿金屬硅酸鹽和硅溶膠，所以紅外光譜中沒有Si-O-Si的紅外峰（見圖2）。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21其他紅外峰與外墻無機建筑涂料的基本相同。比如1730cm-1處的強峰說明乳液中含有酯的官能團；1446cm-1和878cm-1處的強峰說明樣品中不但含有CaCO3，而且CaCO3的含量比外墻無機建筑涂料的高。

2.3 有機物含量分析

圖2 合成樹脂乳液外墻涂料的紅外光譜圖

外墻無機建筑涂料中有機物含量一般要低于合成樹脂乳液外墻涂料。因此利用熱失重分析儀，分析外墻涂料中的各種成分的種類和含量，就可以比較外墻涂料中有機物含量的高低。

4個外墻無機建筑涂料的熱失重曲線如圖3所示，1個合成樹脂乳液外墻涂料的熱失重曲線如圖4所示。

圖3 外墻無機建筑涂料的熱失重曲線

圖4 合成樹脂乳液外墻涂料的熱失重曲線

5個外墻涂料樣品在各溫度區間的熱失重率和殘余物率，以及揮發性有機化合物（VOC）含量都列于表2中。

表2 外墻涂料在不同溫度區間的熱失重率和揮發性有機化合物含量

270℃以下的熱失重包括了水，VOC；對于外墻無機建筑涂料，這一段的熱失重還包括堿金屬硅酸鹽和硅溶膠分子中結合的自由水分子。270～530℃的熱失重主要來自于乳液中的高分子有機化合物分解；對于外墻無機建筑涂料，這一段的熱失重還有一小部分來自于堿金屬硅酸鹽和硅溶膠分子的O-H發生縮水反應。530～900℃的熱失重主要來自于填料的分解，如碳酸鹽受熱放出CO2等。

有機物含量應該包括低沸點有機化合物（即VOC）和高分子有機化合物的總量，因為低沸點有機化合物的含量低于高分子有機化合物含量0.5～1數量級，所以有機物含量接近于高分子有機化合物的含量。粗略計算的話，我們可以簡單地將270～530℃的熱失重率和VOC含量相加。計算時，涂料密度以1.4g/cm3計算。

WJ-2雖然是一個外墻無機建筑涂料，但是它加入的乳液含量最高，高分子有機化合物含量最多，從其VOC含量最高也可以證明。按照國外標準DIN18363-2012《德國建筑合同程序（VOB）.C部分：建筑合同中的一般技術規范（ATV）.油漆和涂層工程》的要求，外墻無機建筑涂料中的有機物含量不能太高［10］，因此在討論外墻無機建筑涂料的有機物含量時就排除掉WJ-2了。

從表2中WJ-6、WJ-16和WJ-18的結果可以看出，目前國內外墻無機建筑涂料的有機物含量應該是≤10%。有機物含量，是鑒別外墻無機建筑涂料的第三個方法。

合成樹脂乳液外墻涂料WJ-21的有機物含量≥20%；這說明合成樹脂乳液外墻涂料的有機物含量比外墻無機建筑涂料的高很多。

3 結 論

本文檢測了外墻無機建筑涂料和合成樹脂乳液外墻涂料的物理性能和環保性能，利用水蒸氣透過率測試、紅外光譜測試、熱失重測試和氣相色譜測試總結了鑒別外墻無機建筑涂料的三個方法。本文研究了外墻建筑涂料的有機物含量的測試方法，通過實驗結果指出目前國內外墻無機建筑涂料的有機物含量≤10%，這與國外的標準的要求還有差距。