真石漆耐沾污性的影響因素研究

陳 勇，王 能，吳指軍，甘華聰，陳 楓 （浙江廈光涂料有限公司，浙江臺州 318000）

0 引言

仿石涂料在目前的建筑外墻裝飾中占據了主導地位，真石漆作為一款經典的合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料，其具有厚重的質感、自然的仿石效果，是外墻仿石涂料中最重要也是產量最大的品類之一。隨著真石漆在市場上的應用不斷增長，相關問題及弊病也慢慢顯現出來，主要表現為色差、發花、耐沾污性差等問題，在這些弊病中，最制約真石漆發展的應屬耐沾污的問題，因為涂料的兩大基本功能為裝飾與保護，耐沾污性差會嚴重影響其裝飾功能，這也是很多地產公司外墻裝飾在選擇使用真石漆時顧慮較多的環節。本研究對真石漆耐沾污性的影響因素，如罩面漆的選用、涂膜平整度、涂膜致密性、乳液含量與種類、施工方法等進行了探討。

1 真石漆的污染類型分析

建筑外墻長期暴露在大氣中受到多種物質的污染，污染源包括灰塵、固態霧和煙等固態物質、硫酸霧等液態物質、二氧化硫等氣態物質，另外微生物、銹蝕水流掛等污染也會對外墻面產生影響［1］。筆者通過長期對全國范圍內的真石漆項目進行觀察，總結出真石漆的污染類型，主要包括以下幾類：

1.1 機械性粘附污染

機械性粘附是一種由于建筑物外墻表面粗糙且高低不平而引起的粘附［2］。真石漆是由彩砂（天然彩砂或人工彩砂）、乳液、助劑、水組成的砂壁狀建筑涂料，其顏色完全由彩砂來實現，彩砂在真石漆配方中的占比在70%以上，目前國內真石漆最常用的彩砂粒徑為80～120目、40～80目、20～40目、10～20目，相對于平涂乳膠漆涂膜來說，真石漆涂膜是非常粗糙的，同時真石漆需要表現出仿石效果，在施工中往往需要實現火燒面石材的質感，這使得涂膜不止是粗糙而且還高低起伏，這就為空氣中的灰塵自由落體時提供了可停留的“平臺”，在外墻涂裝領域俗稱“掛灰”。涂膜的機械性粘附污染是真石漆涂膜污染的最主要也是最普遍的類型，特別是在空氣干燥、灰塵較重的北方地區更為明顯。

1.2 噴涂杠影污染

目前真石漆最主要的施工方式是用漏斗式噴槍噴涂施工，施工時受工人的操作水平、墻體的形狀、面積及現場施工組織方案等因素的影響，在吊籃或腳手架的交接處，會出現接頭（先噴涂的涂膜與后噴涂的涂膜的交接處），這種接頭往往呈現條狀，且交接處的涂膜表面效果與大面積的涂膜效果相比會更粗糙，這種相對粗糙的部分更容易產生機械性粘附污染形成掛灰，剛施工完成時還不是很明顯，隨著時間的推移，接頭處掛灰越來越嚴重，顏色會越來越深，從而使得整體墻面看上去有一條一條的杠影，如圖1所示。噴涂杠影污染的本質就是局部較為嚴重的機械性粘附污染，只是用另一種形式表現出來而已。這種類型的污染也是真石漆在實際應用中常見的污染形式，嚴重影響建筑物外立面的裝飾效果。

圖1 真石漆噴涂杠影污染Figure 1 Strip pollution of the stone paint

1.3 窗戶沿口流痕型污染

窗戶下面的流痕型污染在建筑外立面中也是較為常見的，不止是涂料，就連面磚都難以避免這種現象，真石漆由于涂膜表面粗糙更容易產生這種現象。窗戶沿口流痕型污染主要成因是下雨時雨水混合著窗臺上的灰塵或其它污染物流淌到涂膜上，長期反復形成的污染，這種污染的機理主要有兩類：一是水、灰混合物在涂膜表面形成的機械性粘附；二是水、灰混合物滲入涂膜的孔隙中形成的滲入型污染。

1.4 污染物滲入型（或吸入型）污染

這種污染形式在涂料中屬于較為嚴重的污染，往往是不可逆的，真石漆涂膜的孔隙率高、表面粗糙，再加上涂膜表面能、毛細管力等因素影響，水混合著污染物滲入涂膜孔隙與毛細管中，造成不可逆的污染。污染物滲入型污染最典型的特征是涂膜在相對較短的時間內發生大面積均勻的極端式污染，有些項目施工完成后甚至還沒等交房就出現了這種現象，這種現象多見于北方地區及使用劣質真石漆的工地。產生這種現象的最主要原因是真石漆的砂子級配不合理，使用了過多的粗砂甚至完全使用粗砂，使得涂膜砂子間空隙粗大且表面粗糙。圖2為北方地區一項目，經調查了解發現，該真石漆采用了超粗顆粒型的砂子，乳液含量較低，噴涂施工時掉砂嚴重，涂膜毛糙、多孔，施工完成2年后開始出現大面積極端污染，經觀察涂膜，發現污染物都是滲入涂膜的孔隙中的。

圖2 滲入型污染Figure 2 Infiltration pollution

1.5 滲出型污染

真石漆涂膜滲出型污染雖然不常見，但在工程應用的實際情況中也是存在的。這種污染容易出現在低檔次真石漆中，一般情況下真石漆調色所用的最細的彩砂粒徑為80～120目，原則上不提倡用細于120目的細粉進行調色，因為這樣不但會影響真石漆的清晰度，而且會使真石漆的性能波動較大。有些生產企業為了達到客戶所要求的顏色或提升真石漆的遮蓋力，往往會使用較多的200目彩色細粉甚至是色漿進行調色，如果再加上乳液含量不高或低溫下施工，乳液成膜性受損，對砂、粉的包裹能力下降，隨著時間的推移，雨水會慢慢把涂膜中未被包裹好的細粉慢慢帶到涂膜表面形成涂膜滲出型污染，現象如圖3所示。

圖3 滲出型污染Figure 3 Exudative pollution

1.6 微生物藻類污染

真石漆涂膜微生物藻類污染主要出現在南方較為潮濕的地區，最為常見的部位在建筑物的墻角或常期處于潮濕不見陽光的部位，最為常見的藻類污染是長青苔。此種污染比較好處理，在產品中添加適量的防霉、除藻類添加劑就可解決。如果是已經污染的墻面，則需要先用除藻劑反復清洗至青苔枯萎后，再用清水沖洗。

圖4 涂膜長青苔Figure 4 Film growing moss

1.7 金屬構件的鐵銹流痕

這種類型的污染主要是由于墻面安裝了鐵質金屬構件，如空調安裝架或其它構件，時間久了金屬構件生銹，雨水混合鐵銹滲入涂膜或停留在涂膜表面造成鐵銹流痕。此現象在老建筑上較為常見，新式建筑往往在設計過程中就考慮到這個問題。

總之，造成真石漆涂膜表面污染的因素較多，最主要的為涂膜的機械性粘附污染、污染物滲入型污染、真石漆噴涂杠影污染等，只要針對性地找出相應的優化方法，真石漆在外墻工程涂料中將具有強大的生命力。

2 試驗部分

2.1 主要原料

丙烯酸酯乳液，巴德富實業有限公司；天然白砂，石家莊市金源礦業有限公司；羥乙基纖維素醚250HBR，亞什蘭；pH調節劑AMP95，安格斯；成膜助劑醇酯十二，潤泰化學；助溶劑EG、堿溶脹增稠劑TT935，陶氏化學；殺菌劑，THOR；消泡劑NXZ，圣諾普科；建筑涂料涂層耐沾污性試驗用灰標準樣品，上海市建筑研究院（集團）有限公司；有機硅憎水劑BS1306，瓦克。

2.2 試驗儀器

C84-Ⅱ反射率測定儀，上?，F代環境工程技術有限公司；真石漆噴槍，江門日洋；BGD588耐沾污測定儀、無石棉水泥加壓板、BGD740高速分散機、電子天平，廣州標格達實驗儀器用品有限公司。

2.3 試驗方法

2.3.1 真石漆測試配方

真石漆測試配方見表1。

表1 真石漆測試配方Table 1 Formula of the stone paint for test

2.3.2 性能測試

制板及養護：按JG/T 24—2018《合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料》規定的方法噴涂制板，標準條件下養護14 d。

耐沾污性：按GB/T 9780—2013《建筑涂料涂層耐沾污性試驗方法》5.5中的浸漬法。為了使測試結果具有數據的對比性，采用耐沾污前后的反射系數下降率代替灰卡比色，所有測試均采用白色天然砂真石漆。

3 結果與討論

3.1 罩面漆對真石漆耐沾污性的影響

罩面漆對于砂壁狀建筑涂料來說非常關鍵，除了會影響真石漆涂膜的耐沾污性之外，對涂膜的其它性能，如耐候性、耐水性等都有較大的影響。大量的實際工程案例證明，按規范施涂罩面漆的涂膜比不罩面的涂膜的耐沾污性會有本質的提升。有罩面漆與空白樣品的對比測試結果見圖5。如圖5所示，4#與5#樣品為同一配方白色真石漆，4#涂膜采用高抗污罩面漆進行罩面，5#樣品為空白，5次循環污染后4#樣品的反射系數下降率為12.59%，而未罩面的5#樣品的反射系數下降率為33.35%，無論是目測與實測數據都有較大的差距。在日本，對于罩面漆的品質與施工都非常重視，豐滿度較好的溶劑型罩面漆仍有大量應用，SKK在中國市場上的真石漆體系也仍在推廣弱溶劑的罩面漆。

圖5 罩面漆與空白樣品的對比測試Figure 5 Comparative test between using of top coating and blank sample

罩面漆對于真石漆涂膜耐沾污性的提升主要有兩方面的原因，一是罩面漆乳液本身的耐沾污性要超出真石漆用乳液，二是罩面漆能填充真石漆表面的孔隙使涂膜更致密和趨于平整，從而減少涂膜的機械性粘附和污染物滲入型污染。

3.2 聚合物乳液的Tg與真石漆耐沾污性的關系

建筑涂料用乳液都是熱塑性的，其Tg高低決定了涂膜的軟硬度，通過提高乳液的Tg來提升涂膜的耐沾污性是建筑涂料最傳統的提升耐沾污性的方法。表2是采用巴德富同一性質不同Tg的乳液制得的涂膜，耐沾污性測試后的反射系數下降率（無罩面），從數據來看，乳液Tg的高低對真石漆涂膜耐沾污性的影響還是比較大的，僅從耐沾污的角度來說，乳液Tg越高，則涂膜耐沾污性越好，但是真石漆同時還有其他指標要求，譬如柔韌性要求，乳液Tg高與涂膜柔韌性相矛盾，所以在配方設計時需要全方位平衡，行業內常用的真石漆乳液的Tg一般在25～30 ℃。

表2 乳液的Tg對涂膜耐沾污性的影響Table 2 Effect of emulsion’s Tg on the dirt pick-up resistance of film

3.3 乳液含量對真石漆耐沾污性的影響

乳液是真石漆最核心的材料，直接決定了其許多性能，除了乳液的種類、Tg外，乳液含量對真石漆耐沾污性的影響也很大，一方面隨著乳液含量上升，對于涂膜的孔隙會有填充作用。材料的孔隙率包括真孔隙率、閉空隙率與先空隙率，乳液對于真石漆涂膜孔隙率的作用不僅僅是乳液固體分本身的填充作用，真石漆為厚漿型產品，在成膜過程中隨著表面水分的揮發，涂膜內部的液態乳液與水不斷向表面遷移，隨著乳液含量的增加，成膜后涂膜表面的乳液也會增加，開口空隙會減少，表面會更致密，這一點對于提升涂膜耐沾污性來說是有好處的，涂膜內部的閉口空隙對其耐沾污性的影響不大。另一方面，由于建筑涂料乳液為熱塑性的，其含量過高會使涂膜表面“發黏”，容易粘附污染物。從表3中的數據可以看出，乳液含量在15%～18%之間時真石漆的耐沾污性最好。

表3 乳液含量對真石漆耐沾污性的影響Table 3 Effect of emulsion dosage on dirt pick-up resistance of the stone paint

3.4 砂子粗細對真石漆耐沾污性的影響［3］

對于砂壁狀建筑涂料來說，由于其表面粗糙而形成的涂膜的機械性粘附沾污是其最主要的污染形式，降低涂膜表面粗糙度使之趨于平整與致密是提升真石漆耐沾污性最有效的方法之一。粗、細兩種粒徑的真石漆涂膜的表面形態圖見圖6，從中可清晰地看出粗砂真石漆涂膜表面結構很粗糙。

粗砂與細砂兩種涂膜的耐沾污性對比見圖7（由于粗、細兩種砂的白度不一樣，同時也不是同一配方，無法進行反射系數下降率的對比，所以采用目測的方式作對比），目測細砂涂膜的耐沾污性明顯好于粗砂涂膜。

圖6 涂膜表面形態圖Figure 6 Surface profile of coating film

圖7 粗砂與細砂涂膜的耐沾污性對比Figure 7 Comparative of dirt pick-up resistance of coarse sand and fine sand

在基礎配方相同的情況下，采用不同目數的砂子，其涂膜的耐沾污性的波動是很大的，砂子越細，則涂膜表面的孔隙越小，耐沾污性越好。反之，則孔隙越大，涂膜越粗糙，越容易被污染。真石漆常用砂子的粒徑為80～120目、40～80目、20～40目、10～20目，從涂膜的耐沾污性出發，無論是何種級配的效果，都應以80～120目與40～80目粒徑砂子的混合作為級配的主體，以20～40目與10～20目粒徑砂子作為點綴，當客戶有粗獷質感要求時，可稍微加大20～40目與10～20目的點綴大顆粒砂子的比例，不建議采用單純40～80目或20～40目、10～20目的級配方式。

3.5 涂膜的表面能對真石漆耐沾污性的影響

涂膜的污染可分為滲入性污染和附著性污染兩大類，因此提高涂膜的耐沾污性有兩大方向，一是通過改變涂膜的表面性質，使污染物難以附著并容易去除，二是讓污染物不易滲入。

在改善涂膜表面性質方面，通過增大或減小涂膜表面的水接觸角，從而使涂膜表面具有疏水性或親水性是實現涂膜耐沾污、自清潔功能的兩大方向［4］。疏水的表面具有低的表面能，污染物本身與水不易吸附。親水表面具有高表面能，因水接觸角小，水潤濕比較好，所以就算表面吸附了污染物，也很容易沖洗下來。真石漆涂膜不同于平涂乳膠漆，即使完全采用80～120目的細砂，其涂膜在微觀下仍然是多孔不致密的，如圖8所示。所以對于真石漆來說，減少滲入性污染顯然是提升其耐沾污性的關鍵因素。

圖8 真石漆涂膜的SEM圖Figure 8 SEM of stone paint film

瓦克的BS1306是一種功能有機硅改性聚硅氧烷乳液，其通常作為外墻涂料的憎水添加劑，可以增強涂膜的防水性和耐水性，改善外墻涂料的抗粘連性和耐沾污能力，并保持良好的水蒸氣透過性［5］。BS1306的用量對真石漆耐沾污性的影響見表4。

表4 BS1306的用量對真石漆耐沾污性的影響Table 4 Effect of BS1306 dosage on dirt pick-up resistance of the stone paint

從表4中可以看出，添加BS1306后，涂膜的耐沾污性明顯提升，這是由于BS1306加入涂料后，提高了涂膜與水的接觸角，使涂膜具有良好的疏水性，防止污染物以水為介質通過毛細管作用滲入到涂膜內部，進而增強了真石漆涂膜的耐沾污性。當BS1306的用量上升到一定量時，涂膜的反射系數下降率有上升的趨勢，這是因為隨著涂膜表面疏水性的增強，水越來越不容易將涂膜上附著的污染物沖掉的原因。

現階段的研究成果表明，最理想的抗污自潔涂層結構是：涂層（底涂）基體為疏水狀態，并具有良好的防水及耐水性能，而表面則具有超親水性及對油性污染物的自分解去除能力［6］。所以理想的真石漆涂膜體系是真石漆涂膜本身具有疏水性，而罩面清漆具有親水性。

4 結語

罩面漆的使用對真石漆體系耐沾污性的提升非常關鍵，但在實際施工中，監管難度較大，所以真石漆本身耐沾污性的提升也比較重要。乳液的Tg對真石漆本身的耐沾污性會產生影響，乳液Tg越高，則涂膜耐沾污性越好，通常真石漆乳液的Tg在25～30℃時能達到耐沾污性與其它性能的較好平衡。乳液的含量對涂膜耐沾污性也會產生影響，乳液含量過低的真石漆的耐沾污性明顯低于高乳液含量的真石漆，乳液含量在15%～18%之間時，涂膜耐沾污性表現較好。粗砂制備的涂膜表面粗糙、多孔，使污染物更容易黏附與滲入，所以從耐沾污的角度出發，應盡量采用較細的砂子搭配，粗砂用來作點綴。真石漆因為涂膜多孔，更容易形成滲入型污染，適當添加低表面能的有機硅助劑BS1306，能有效減少滲入型污染，進而提升涂膜的耐沾污性。