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談外墻乳膠漆測試結果和性能之間相關性

時間:2005-10-19

本文分析了我國外墻乳膠漆測試結果和使用性能之間的相關性，在與美國、歐盟和日本外墻乳膠漆質量評定進行對比的基礎上，根據我國實際情況，提出一些建議。

1.我國對外墻乳膠漆質量評定

在我國，對外墻乳膠漆質量評定主要是按GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》標準來進行的。當然，測試的性能指標不等于實際使用結果，但標準中規定的測試性能指標能否反映實際使用結果是很重要。就最低要求來說，二者趨向要一致，最好是二者之間相關性要好。

1.1 耐沾污性

一方面，我國環境污染比較嚴重，空氣中可吸入顆粒物（PM₁₀）比較高。另一方面，我國沒有屋檐的建筑物又比較多，以致墻面就成導流雨水的渠道。造成部分涂裝并非因涂膜降解破壞而失去使用價值，而是因為嚴重污染而失去使用價值。因此在發達國家不是問題的外墻面污染在我國就是一個突出的問題。外墻建筑涂料的耐沾污性就成為我國的基本要求。

以粉煤灰為污染源，在實驗室測定的耐沾污性，與自然曝曬以及實際使用結果之間的相關性未見有文章報道。我們在上海廠內90⁰朝南幾年自然曝曬結果和實際經驗表明，在玻璃化溫度對耐沾污性影響方面，以粉煤灰測定的耐沾污性與自然曝曬、實際使用結果之間有一定的相關性。在PVC對耐沾污性影響方面，以粉煤灰測定的耐沾污性和自然曝曬、實際使用結果之間恰好相反。如對于低PVC建筑外墻乳膠漆，以粉煤灰測定的耐沾污性是差的，甚至是不合格的，但自然曝曬及實際使用結果卻是好的。所以以粉煤灰測定的耐沾污性有時會把人引向錯誤的方向。

1.2耐人工氣候老化性

資料和經驗都表明，GB/T9755-2001中的耐人工氣候老化性與實際使用耐久性相關性不好。更何況我國各質檢站的人工老化儀器、操作條件等相差甚大。因人工老化儀器和操作條件等波動而造成測試結果的變化遠遠大于因產品質量波動而造成測試結果的變化屢見不鮮。因此，僅以人工老化判定外墻涂料耐久性不夠科學。

這往往是因為人工老化箱中存在大氣中沒有的紫外線、噴淋水沒有達到實驗室二級水的要求等等。另外，自然條件很難模擬，更何況還要加速呢！

1.3耐水性和耐堿性

根據GB/T 9755-2001國家標準，耐水性和耐堿性按GB/T 1733和GB/T 9265進行測試。對絲光、半光和有光外墻乳膠漆，甚至彈性建筑乳膠漆，也就是低PVC的乳膠漆，往往會出現測試結果不合格的現象。而實際使用中，在完全成膜后，不存在該類問題。分析出現此矛盾結果的原因如下：

其一，就是GB/T 9755-2001規定試板的養護期是7d，其實乳膠漆要完全成膜需四周甚至更長的時間。7d時，絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆只是部分成膜，其性能還不足以抵抗乳化劑等親水組分因吸水而產生的應力，因此在測試中常出現耐水性問題。

其二，測試條件與實際情況不符。實際使用時，涂膜不是浸泡在水中，而只是受到雨淋。

其三，這是因為絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆，PVC較低，乳液含量較高，因此乳化劑含量也較高所致。在乳膠漆中，乳化劑作為穩定劑而吸附在乳膠粒表面。在乳膠漆成膜過程中或成膜后，乳化劑作為中間相而處在乳膠粒的界面上，或遷移至基層界面處，或由于乳液聚合物分子的互相擴散而夾雜在乳膠膜中。這些親水性的乳化劑就是造成涂膜對水敏感

和影響附著力的主要原因。

其四，由于絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆，PVC較低，因此涂膜較致密，孔隙率較低。水一旦進入涂膜，蒸發時不易找到足夠多的通路離開，所以易產生鼓泡。

另外，對于絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆，耐堿性測定結果不合格，往往實質也是反映耐水性問題。因為耐堿性試驗時，是將試板浸泡在Ca(OH)₂的飽和溶液中。往往不是堿使其鼓泡，而是水使其鼓泡。

1.4保色性等

水桶理論告訴我們，一只水桶的盛水量多少只與最短的那塊板有關，而不管其它板的長短。建筑涂料的質量也一樣，其耐久性同樣取決最薄弱的組分。

例如彩色外墻乳膠漆，從分子量的角度看，乳液聚合物分子量高，約在10⁵-10⁷之間，而有機顏料分子量低，約在10²-10³之間。有機顏料分子量比乳液聚合物分子量低得多，約低2-5個數量級，當然，它們的組成和結構也是不同的。因此，用有機顏料配制彩色外墻乳膠漆時，往往首先是有機顏料降解褪色而失去裝飾效果。當然，這是一個重要指標，但GB/T9755-2001對彩色乳膠漆的保色性還沒有規定。

我們再來看看發達國家對外墻乳膠漆質量的評定及其與實際使用性能之間的相關性，或許有些東西是可以借鑒的。

2.美國對外墻乳膠漆質量評定

美國沒有乳膠漆的產品標準，而只有測試導則。如美國材料試驗協會ASTM D5324-03《水性建筑涂料測試導則》（表1），它包括了內墻建筑乳膠漆、外墻建筑乳膠漆和水性地板漆。

表1 ASTM D5324-03 水性建筑涂料測試導則

No	測試性能	ASTM試驗方法標準	聯邦試驗方法標準141	相應ISO
1	取樣	D3925	1022	1512
2	液態涂料性能
2.1	容器中狀態		3011
2.2	粗粒子和雜質	D185		787/7
2.3	密度	D1475		2811
2.4	細度	D1210		1524
2.5	氣味	D1296	4401
2.6	顏料相容性
2.7	PH值	E70		787/9
2.8	貯存穩定性
2.8.1	熱穩定性	D1849
2.8.2	凍融穩定性	D2243
2.8.3	沉降性	D869
2.8.4	防腐性	D2574
3	施工性和成膜性
3.1	施工性		4541
3.1.1	涂刷性		2141
3.1.2	刷涂阻力	D4958
3.1.3	滾涂性		2112
3.1.4	滾涂濺落	D4707
3.1.5	噴涂性		2131
3.2	修補性	D3928
3.3	低溫成膜性	D3793
3.4	流變性
3.4.1	稠度(低剪粘度)	D562
3.4.2	非牛頓體流變性	D2196，D4287		2884
3.4.3	抗流掛性	D4400	4494
3.4.4	流平性	D4062
3.5	干燥時間	D1640	4061	1517,3678,4622
4	干膜外觀
4.1	目測色差	D1729		3668
4.2	儀器測定色差	D2244		7724-1～3
4.3	定向反射率	E1347		7724-1～3
4.4	光澤
4.4.1	60⁰	D523		2813
4.4.2	85⁰	D523		2813
4.5	遮蓋力	D344，D2805		3906,2814, DIS6504.2
5	干膜性能
5.1	內用和外用涂料
5.1.1	耐磨性	D658，D968，D4064	6192	DIS7784-3
5.1.2	附著力	D2197，D3359		2409
5.1.3	濕附著力		6301
5.1.4	柔韌性	D522，D2370	6221 （D522，方法B）	1519,6860
5.1.5	耐家用化學品性	D1308		2812
5.1.6	涂膜起霜	D1736
5.1.7	基材泛堿
5.2	內用面涂層
5.2.1	抗粘連性	D4946		4622
5.2.2	耐印痕性	D2064
5.2.3	涂膜孔隙率	D3258
5.2.4	耐洗性	D2486，D4213
5.2.5	洗凈性	D3450，D4828	6141（洗滌介質除外）	FDIS11998
6	外用涂料
6.1	對粉化表面的附著力		6301
6.2	耐沾污性	D3719
6.3	耐煙霧性	D5324（10.3.3.1）
6.4	抗起泡性	D4585
6.5	耐候性	D1006，D1014		2810
6.5.1	粉化	D4214		4628-1～5
6.5.2	細裂	D660		4628-1～5
6.5.3	開裂	D661		4628-1～5
6.5.4	侵蝕	D662		4628-1～5
6.5.5	片落	D772		4628-1～5
6.5.6	褪色	D2244
6.6	耐污染性 (stain resistance)
7	涂料分析
7.1	化學分析	D215		3856-1～7
7.2	揮發分	D2369		3251,1515
7.3	揮發性有機化合物	D3960		11890-1～2
7.4	水含量	D3792，D4017
7.5	顏料含量	D3723		DIS14680-1～3
7.6	顏料分析	D215	7261	591
7.7	漆基鑒定	D3168

由上表可以看出，導則除取樣外，分為六個方面，其中所列項目很多。有一點是很清楚的，美國人非常務實，對于外用涂料，重視自然曝曬的結果，許多指標都是曝曬后測得的，如粉化、開裂和褪色等，甚至包括耐沾污性。這就提高了測試結果和使用性能之間的相關性。盡管美國在制造人工老化儀器方面是世界上最強的，人工老化標準又最齊，但測試導則中沒有人工老化項目。

美國的耐沾污性是按ASTM D 3719-00《涂層耐沾污性定量測試法》測定的。將試板與水平成45⁰角朝南曝曬61天，在CIE1976 L*a*b*均勻顏色空間測定暴露前后的明度反射系數L*，并以下式計算耐沾污性。

D_c = （L* _B/ L* _A）×100

式中： Dc——耐沾污性；

L*_B——暴露后涂層反射系數平均值；

L*_A——暴露前涂層反射系數反射值。

目前，世界上發表的大多數論文中耐沾污性都是按該方法測定的。此方法的問題是暴露環境一致性難以確定，試驗時間較長。另外，根據我們的試驗結果，與實際耐沾污性相關性也不好，因為實際墻面基本是與水平成90⁰角，而與水平成45⁰角試板積灰較嚴重。

3.歐盟對外墻乳膠漆質量評定

德國和歐洲也沒有乳膠漆的產品標準，只有分類分級標準。分類分級標準主要目的是協調涂料重要性能的評價，統一試驗方法和分類，而不是質量優劣的排列。

歐洲標準EN 1062-1 ：2002《色漆和清漆抹灰層和混凝土基面上的外用涂料和涂料系統分類》（待批稿），不僅適合于外墻建筑乳膠漆，而且適用于所有用于抹灰層和混凝土基面上的外用涂料和涂料系統。它根據涂料的光澤、干膜厚度、細度（最大粒徑）、透水汽性、吸水性、遮蓋裂縫能力和透二氧化碳性（即防混凝土碳化性），共7個物化性能，將外用涂料和涂料系統分類分級，以便于用戶選用，如表2所示。

表2 EN 1062-1 ：2002《色漆和清漆抹灰層和混凝土基面上的外用涂料和涂料系統分類》

性能	指標和分類
光澤	分類	G₁--有光		G₂--半光		G₃--啞光
	入射角	60⁰		60⁰	85⁰	85⁰
	光澤	＞60		≤60	＞10	≤10
干膜厚度	分類	E₁		E₂	E₃	E₄	E₅
干膜厚度	厚度/μm	≤50		50＜E₂≤100	100＜E₃≤200	200＜E₄≤400	＞400
細度	分類	S₁		S₂	S₃	S₄
	細度	細		中等	粗	很粗
	要求/μm	＜100		＜300	＜1500	≥1500
透水汽性	分類	V₀		V₁	V₂	V₃
	透水汽性	/		高	中	低
	g/m²d	/		＞150	15＜V₂≤150	≤15
	m（靜止空氣層厚度）	/		＜0.14	0.14≤V₂＜1.4	≥1.4
吸水性	分類	W₀		W₁	W₂	W₃
	吸水性	/		高	中	低
	kg/m²h^0.5	/		0.5＜	0.1＜W₂≤0.5	≤0.1
遮蓋裂縫	分類	A₀	A₁	A₂	A₃	A₄	A₅
	裂縫寬度/μm	/	＞100	＞250	＞500	＞1250	＞2500
	拉伸速度/ mm/min	/	/	0.05	0.05	0.5	0.5
	測試溫度/℃	/	23	推薦 -10
透二氧化碳性	分類	C₀		C₁
	g/m²d	/		＜5
	m（靜止空氣層厚度）	/		＞50

對于普通外墻乳膠漆，他們根據德國Kuenzel教授的外墻護理論，非常重視拒水透氣性，即透水汽性和吸水性。據報道，測試結果和使用性能之間的相關性也不是很好。

4.日本對外墻乳膠漆質量評定

日本與我國相似，也有外墻乳膠漆產品標準，其要求如表3所示。

表3 日本JIS K 5663-2002 合成樹脂乳液涂料（僅列出外墻部分）

項目		性能
在容器中狀態		攪拌后無硬塊，呈均勻狀態
施工性		刷涂二道無障礙
涂膜外觀		正常
低溫穩定性		-5℃ 不變質
干燥時間（表干） /h ≤	20℃	2
	5℃	4
對比率（白色和淺色）		0.93
耐洗刷性/ 次 ≥		500
耐人工老化性（240h）		不起泡、不剝落、不開裂、幾乎無粉化。與標樣比較，變色不大。
耐水性（96h）		無異常
耐堿性（48h）		無異常
耐候性（曝曬12個月）		不起泡、不剝落、不開裂。與標樣比較，粉化變色不大。

因為我國GB/T9755幾版標準都是參照JIS K 5663制訂的，所以二者是差不多的。不過JIS K 5663-1995就已向美國標準學習，增加了曝曬12個月的項目，這一點是我們沒有的，從而提高了日本標準測試結果和使用性能之間的相關性。此外，標準還規定了5℃干燥時間。該標準目前最新版本為2002年版。JIS K5663-2002的指標與JIS K5663-1995一樣，但測試方法標準全部改為JIS K 5600-1999和JIS K5601-1999。如耐人工老化試驗由原來的炭弧燈改為氙弧燈。

5.對我國外墻乳膠漆質量評定的建議

根據以上分析，提出如下建議。

5.1耐沾污性

耐沾污性測試結果能否反映建筑涂料涂膜實際耐沾污性是最關鍵的。只有在能反映實際使用耐沾污性的前提下，再求試驗方法的簡便性和重現性才有意義。一個測試結果與建筑涂料涂膜實際耐沾污性相關性好的測試方法，才能促進我國建筑涂料的生產、科學研究和開發向著確確實實提高建筑涂膜耐沾污性的正確方向前進。

5.2耐人工老化性

應把人工老化和自然曝曬以及實際使用結果結合起來，并以自然曝曬和實際使用結果為主。這做起來有點難度，但一定要逐步向此方向努力，別無捷徑。幾個涂料強國都已這樣做了。

5.3耐水性和耐堿性

為了解決絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆實際使用時耐水性和耐堿性是好的，但檢測時耐水性和耐堿性不合格這一矛盾，建議將絲光、半光和有光乳膠漆以及彈性乳膠漆的試板養護期至少延長至14d。這樣做雖不能完全解決上述矛盾，但至少能緩解矛盾。日本JIS K5660-2002《合成樹脂乳液有光涂料》規定對耐水性和耐堿性的試板養護期就是14d，而JIS K5663-2002《合成樹脂乳液涂料》規定對耐水性和耐堿性的試板養護期僅5d。美國和歐盟對乳膠漆沒有耐水性和耐堿性檢測項目。

5.4保色性

色彩豐富是乳膠漆的最大優點之一。乳膠漆的裝飾性能主要通過色彩、質感和光澤來體現。因此，保色性是外墻乳膠漆的重要性能。生產企業應選擇保色性好的色漿，嚴格控制色漿用量和基礎漆的質量，保證外墻乳膠漆的保色性。保色性可以通過自然曝曬等確定。

5.5看實際工程

也有用戶要看實際工程，如涂裝后若干年的工程。這也是即簡便又有效的方法。

總之，GB/T 9755-2001雖然有些指標測試結果和實際使用性能之間的相關性不那么好，但它對于規范我國外墻乳膠漆的質量還是起了重要作用，并將繼續起作用。

標準中規定的性能指標雖不等于實際使用結果，但要基本反映實際使用結果，二者之間盡量要具有較好的相關性，決不能南轅北轍。不能反映實際使用結果的性能應該改進，或者廢棄，以不斷提高測試結果和使用性能之間的相關性。

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