罩光清漆的標準介紹及性能的比較研究

姜廣明，馬海旭，梁 楊，肖凱巍，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

建筑涂料用的罩光清漆（也叫罩面漆）具有很好的耐水性、耐堿性、耐洗刷性、耐候性等優點，能夠保護基材和下層涂料［1］。常見的罩光清漆的浮液成分種類很多，有（改性）丙烯酸樹脂、水性聚氨酯［2］、硅樹脂［3］、氟碳清漆［4］、有機氟硅材料［5］等。

耐沾污性也是罩光清漆的一個重要指標，優異的耐沾污性可以延長重涂的時間間隔，節約成本與人力，減少環境污染。耐沾污性同時也是我國罩光清漆檢測標準的重要控制項目，是區別優良產品與不合格產品的一項重要指標。罩光清漆乳液的玻璃化溫度越高，漆膜的硬度就越高，黏性就越低，測試耐沾污性時粉煤灰越容易被沖走，耐沾污性越好。罩光清漆的耐沾污性還與成膜物質的表面能有關，超疏水的表面可以通過粗糙構造或者使用低表面能的乳液都可以實現自清潔［6］；或者加入光觸媒物質等使罩光清漆獲得超親水自潔性，也可以提高罩光清漆的耐沾污性［7］。

本文首先介紹了中國的罩光清漆的檢測標準體系，然后用紅外光譜和 DSC 分析方法（差示掃描量熱法）對罩光清漆的乳液種類、組成成分以及玻璃化溫度Tg 進行了解析，最后比較了不同罩光清漆的物理性能并從微觀角度解釋了各性能差異產生的原因。

1 實驗原料及設備

1.1 實驗原料

選取不同廠家生產的 8 個罩光清漆，編號 ZM-2、ZM-3、ZM-4，ZM-7、ZM-8、ZM-9、ZM-10、ZM-11。

1.2 實驗設備及方法

傅里葉變換紅外光譜儀，采用衰減全反射式紅外光譜儀，探頭為金剛石晶體。掃描范圍為 4000～525cm-1，掃描次數 32 次，分辨率 8cm-1。采用 ATR 方式測試涂層的紅外光譜。

DSC 分析使用瑞士 METTLER-TOLEDO 公司產品 TGA/DSC1 同步熱分析儀（型號 STARe system）測試；掃描范圍 -60～200℃，升/降溫速度為 20℃/min。預掃描一次，消除材料的熱歷史。

物理性能的檢測依據為 HG/T 5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》；耐水白性的檢測依據為 GB/T 9779-2015《復層建筑涂料》。

接觸角測量采用視頻光學接觸角測量儀。

2 結果與討論

2.1 標準體系介紹

HG/T 5065-2016《建筑涂料用罩光清漆》是我國第一本專門的罩光清漆標準，適用于以丙烯酸樹脂、硅改性丙烯酸樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂等為主要成膜物的罩光清漆。罩光清漆要求檢測在容器中狀態、低溫穩定性（3 次循環）、施工性、干燥時間（表干、實干）、涂膜外觀、光澤、透光率、霧度、耐堿性、耐洗刷性、與下層涂料的適應性等 11 個項目，內用類還需檢測耐污漬性、耐黃變性等 2 個方面（共 13 個項目），外用類還需要檢測耐水性、耐酸雨性、涂層耐溫變性、耐沾污性、耐人工氣候老化性等 5 個方面（共 16 個項目）。

GB/T 9779-2015《復層建筑涂料》要求透明面漆檢測容器中狀態、施工性、干燥時間、耐水白性等 4 個項目，外墻透明面漆還要求檢測耐沾污性和最小接觸角（僅針對自潔性功能面漆）等。

JG/T 24-2018《合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料》要求對透明型面涂料檢測容器中狀態、施工性、干燥時間（表干）、涂膜外觀、低溫穩定性（3 次循環）、耐堿性、涂層耐溫變性（5 次循環）、耐沾污性、耐水泛白性（以白度值表示）、自潔性能/最小水接觸角（僅針對光催化自潔型面涂料）。

2.2 紅外測試

罩光清漆的成分通常不太復雜，只是由乳液和少量助劑組成。罩光清漆的性能是由其乳液種類及各組成成分的特性決定的。為了研究罩光清漆的種類及成分，首先對 8 個樣品進行了紅外測試，紅外光譜圖如圖1 所示。

圖1 罩光清漆的紅外光譜圖

從圖1 可以看出，8 個罩光清漆的乳液都含有丙烯酸酯的成分。因為 Si-C 的紅外峰強度不高以及硅丙乳液中 Si-C 的濃度不是特別高，所以不太容易從紅外光譜上判定出該乳液是純丙乳液或者是硅丙乳液。

ZM-10 在 3 428 cm-1處有 O-H 振動峰，并且在1 000～1 100 cm-1有一個較強的峰，這是 Si-O 的伸縮振動峰。這說明 ZM-10 中含有 SiO2的成分（消光粉的成分）。

有別于其他 7 個產品的紅外光譜，ZM-7 在1 536 cm-1有明顯的一個峰，這是典型的 O=C-N 的紅外峰。因此可以判定 ZM-7 的乳液不是單純的丙烯酸酯乳液，而是 PUA 乳液（聚氨酯丙烯酸乳液）［6］。

2.3 DSC 分析

乳液的 Tg 對物理性能的影響比較大，Tg 高，耐水性和耐沾污性等都好。利用 DSC 測試了這 8 個罩光清漆的 Tg，曲線如圖2 所示。

從圖2 可以看出，升溫過程中，罩光清漆大都表現出了玻璃化轉變，轉變范圍都在 -25～50℃。這說明，丙烯酸酯類的 Tg 都比較接近。

不管是哪一類的罩光清漆，優異的耐沾污性都是必不可少的。適當地提高乳液的 Tg 可以使涂膜硬，耐沾污性提高［7］；但是過高的 Tg 又會導致涂膜成膜困難，需加入較多的助劑使揮發性有機化合物（VOC）含量増多。

2.4 物理性能

首先測試 8 個罩光清漆的顏色與狀態、60°光澤、透光率、霧度等外觀性能。結果如表1 所示。

圖2 罩光清漆的 DSC 曲線

表1 罩光清漆的外觀性能

從表1 可以看出，大部分產品都是高光透亮的，這與市場上高光產品居多，亞光產品較少是一致的。而且不同產品的光澤、透光率和霧度基本沒有什么差別。

唯一不同的是 ZM-10 是亞光的（不僅是亞光的，還有磨砂效果）。這可能是因為 ZM-10 中加入了 SiO2消光粉，也因此能從紅外光譜中看出 Si-O 的峰。

在平常的檢測工作中發現，罩光清漆的耐水性、耐堿性、耐洗刷性、耐老化性等項目的合格率非常高；耐沾污性和耐水白性比較容易不達標。耐沾污性和耐水白性與罩光清漆的 Tg 有比較強的相關性，因此對樣品進行重新排序。按照 Tg 從低到高的順序，列出了罩光清漆的耐沾污性和耐水白性。為了表征罩光清漆的疏水性，還測試了接觸角。測試結果如表2 所示。

從表2 中可以看出，Tg最低的兩個產品 ZM-3 和ZM-11 的 Tg 低于14 ℃，漆膜較軟，導致這兩個產品的耐沾污性和耐水白性都不合格。已知 ZM-11 是硅丙乳液，所以其接觸角較高。

表2 罩光清漆的物理性能

ZM-2 產品是著名大廠的產品，非常特別。它的 Tg 僅有 17.5 ℃，不算很高；接觸角也只有 70 ℃，是8 個產品中最低。但是它卻能做到耐沾污優良（9 %），并且耐水白性 72 h 無異常。

剩下的 5 個產品的 Tg 達到 30 ℃ 以上時，耐沾污性已不成問題。有兩個產品 ZM-9 和 ZM-10 的耐水白性卻不如 ZM-8、ZM-4、ZM-7 等，僅能做到 24 h 和 48 h 不變白，達不到 72 h 無異常。這可能是因為配方中加入了的增稠劑和消光粉等親水成分造成的。

ZM-7 的性能是這 8 個產品中表現最優異的，也說明了罩光清漆的性能最主要還是由乳液的類型和親疏水性決定［8］。

罩光清漆的耐沾污性還與成膜物質的表面能有關，超疏水的表面可以實現自清潔［9］，或者加入光觸媒等使罩光清漆獲得超親水自潔性［10］。由于乳液的類型不同，以及各成分對親疏水性的影響，單測試罩光清漆的接觸角基本反映不出來罩光清漆的性能好壞。僅僅可以說，接觸角達到 80°以上時，耐沾污性基本合格；耐沾污性小于 80 ℃ 時無法從接觸角來判定罩光清漆的耐沾污性的好壞。

3 結 語

耐沾污性和耐水白性是罩光清漆的最重要的兩個性能，由罩光清漆的乳液種類以及玻璃化溫度 Tg 還有罩光清漆的組成成分共同決定。PUA 乳液的性能明顯優于丙烯酸乳液，玻璃化溫度高的乳液的性能優于玻璃化溫度低的乳液。親水性的助劑及成分能降低乳液的耐水白性，加入量要適當。Q