与其他装饰材料相比,外墙涂料具有较好的综合性能,因此逐渐成为建筑外墙装饰的主体材料,底漆是外墙涂层系统的重要组成部分。一般来说底漆按其封闭作用机理的不同可分为成膜型和渗透型2类[1]。其中渗透型底漆一方面能够通过对基层的渗透,与内部的基团发生化学键作用,起到封闭基层毛细孔,阻滞盐碱类物质析出的作用;同时对于粉化、酥松和脆化的基层,还可以起到表面加固处理和稳定的作用,以提高面漆的附着力,从而保证面漆的使用寿命。
目前,建筑内外墙用底漆的性能检测,主要按照JG/T 210—2007《建筑内外墙用底漆》规定的方法进行,在该标准制定时期,渗透型底漆产品数量有限,产品研发水平尚未成熟,故该标准中未囊括该类产品的检测方法和指标要求。近年来,随着涂料技术水平的提高,渗透型底漆产品使用占比增加,但没有适宜统一的实验室测试方法对产品的加固性能和质量进行检测和判定。本文结合渗透型底漆的作用机理,对其加固性能的试验方法进行了探索研究。
1 试验部分
1.1 试验材料
钛白粉(A、B),分散剂(A、B、C),增稠剂,消泡剂(A、B、C),防沉降剂(A),透明胶带(得力NO.30029型,3M600型),玻璃板(400 mm×150 mm×3 mm),水泥砂浆块(符合JG/T 157—2009中6.3.2的规定),粉状聚乙烯醇(PVA-1788),CaCO3(400目,粒径D50为8~12 μm)。以上材料均为市售。
1.2 试样样品
不同底漆厂家提供的渗透型底漆样品31个。其中外墙渗透型底漆26个,内墙渗透型底漆3个,内外墙通用渗透型底漆2个。
1.3 试验设备及器具
湿膜制备器(60 μm、150 μm):广州标格达实验室仪器用品有限公司;标准碾压轮(2 000 g,宽度50 mm)、压片器(压片规格50 mm×50 mm):自制;电子万能试验机:AG-IS-100kN,岛津。
1.4 试验方法
1.4.1 胶带脱开面积法
(1)钛白浆料制备:在带有高速搅拌器的容器中按表1顺序和用量依次加入各组分,高速搅拌(约为1 000 r/min)40 min后,用325目滤网过滤,静置滤液备用;
表1 钛白浆料配方ⅠTable 1 Titanium white slurry formula Ⅰ |
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(2)用60 μm湿膜制备器在擦拭干净的玻璃板表面涂布上述钛白浆料,放入100 ℃鼓风干燥箱中放置30 min,取出冷却至室温;
(3)使用150 μm湿膜制备器在上述干燥后的钛白浆料涂膜表面刮涂待测底漆;
(4)制备好底漆的涂层在(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下,放置72 h;
(5)在上述制备好的涂有底漆的表面粘贴透明胶带,贴紧压平,撕开;
(6)检查涂层的脱开状况,评估胶带粘接下来带底漆钛白浆料的面积。
1.4.2 胶带脱开称质量法
(1)按表2配方配制钛白/CaCO3浆料:在低速(100~150 r/min)搅拌条件下,加入水49 g和分散剂1 g;维持低速搅拌并慢慢加入增稠剂0.08 g,继续搅拌至所有颗粒物完全溶解,溶液黏度明显增加;再慢慢加入钛白粉/CaCO3 100 g和消泡剂0.2 g,全部加完并清理搅拌叶片上粘附的钛白粉/CaCO3粉末后,调整转速至约为1 000 r/min,搅拌40 min后静置12 h。
表2 钛白粉/CaCO3浆料配方Table 2 Titanium dioxide/CaCO3 slurry formula |
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(2)用60 μm湿膜制备器沿长度方向,在擦拭干净的玻璃板中间区域均匀涂布1道上述钛白粉/CaCO3浆料,放入100 ℃鼓风干燥箱中放置8 h,取出冷却至室温。
(3)沿玻璃板宽度方向,在上述钛白粉/CaCO3浆料膜上粘贴规定的透明压敏胶带(得力NO.30029型),2条胶带的间距应正好使150 μm湿膜制备器两边的边框覆于其上,沿2条胶带制成的轨道用150 μm湿膜制备器刮涂待测底漆。
(4)制备好底漆的涂层在(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下养护7 d。
(5)在上述制备好的涂有底漆的表面,沿玻璃板长度方向粘贴规定的透明压敏胶带(3M 600型),使用标准碾压辊往返滚压3次,随后反向以45°角尽量缓慢地拉起胶带。
(6)使用压片器在上述拉起的胶带中间位置裁切50 mm×50 mm的方块,注意裁切过程中避免涂膜脱落,使用天平称量,称量结果扣除胶带的质量。每个样品平行制备3个样板,称量质量取3次结果的算术平均值。
1.4.3 粘结强度测试法
1.4.3.1 试块准备
符合JG/T 157—2009中6.3.2规定的水泥砂浆块,试块成型面平整,无凹坑、空洞、缺角、缺边,试验前于(23±2)℃、相对湿度(50±5)%环境下养护48 h。用0#干磨砂纸将砂浆试块成型面打磨平整,除去表面浮尘。
1.4.3.2 样品制备
(1)配置0.5%PVA水溶液
在高速搅拌下缓慢将粉状聚乙烯醇加入水中,待聚乙烯醇加完后,继续高速搅拌至溶液中如无团、块状物存在时出料,80目滤网过滤后,滤液于(23±2)℃、相对湿度(50±5)%环境下静置备用,贮存期不超过30 d,期间如发生团聚、沉淀等现象, 采用低速机械搅拌后使用。
(2)制备0.5%PVA-CaCO3基材原料
在上述0.5%PVA水溶液中,边搅拌边加入400目CaCO3(粒度D50为8~12 μm),m(0.5%PVA水溶液)∶m(CaCO3)=1∶3。
(3)制备0.5%PVA-CaCO3基材空白样品
按GB/T 9779—2015中6.18.2.1的规定和方法在1.4.3.1规定的水泥砂浆块上刮涂1.4.3.2制备的0.5%PVA-CaCO3基材原料,刮涂前用湿布擦拭砂浆块表面,以刮涂0.5%PVA-CaCO3基材原料后,表面不产生气泡、空鼓为宜。刮涂2组样品,厚度分别为0.5 mm、1 mm。每组样品共制备12个试样并置于(23±2)℃、相对湿度(50±5)%环境下养护72 h;其中6个作为0.5%PVA-CaCO3基材空白样品,另外6个作为待测底漆的试验基材。
(4)制备加固性能测试样品
在1.4.3.2制备的试样养护期满后,将待测底漆样品涂刷在6个0.5%PVA-CaCO3试块上(注意不要涂刷在0.5%PVA-CaCO3以外的水泥砂浆上),每个样品涂刷总量为0.3~0.4 g。
1.4.3.3 粘结强度的测定
按GB/T 9779—2015中6.18的规定分别测试1.4.3.2制备的空白样品和加固性能测试样品的粘结强度,在养护期满24 h前,将试件置于水平状态,使用常温固化高黏度粘接剂均匀粘接钢制上夹具,不得使用粘接剂溢出、流淌至砂浆块表面的试件。其中空白样品的粘结强度应不大于0.1 MPa。
将所得结果去掉1个最大值和1个最小值,取剩余4个数据的算术平均值。
2 结果与讨论
2.1 胶带脱开面积法
在建筑内外墙用底漆施工现场,常采用胶带压实后撕拉,观察胶带粘附涂层面积,或用手摩擦墙面后观察掉粉情况等方法来简易判断渗透型底漆对基层的加固效果。在此思路基础之上,结合某渗透型底漆生产厂家自有方法,设计了1.4.1的试验方法,希望通过定量胶带撕脱后粘附涂层面积的方法来对底漆的加固性能进行评价。图1为4个不同渗透型底漆产品的试验结果。
由图1可以看出,1#样品粘下的面积大,厚度大;2#样品粘下的面积小,厚度薄;3#样品则各处不均匀;4#样品涂层被胶带成片粘下。可见不同渗透型底漆按照胶带脱开面积法进行试验,确实有不同的底漆脱开状况,但与最初的试验设想还存在一定差异,存在以下问题:
(1)胶带脱开后粘下的涂层薄厚不一,通过判断胶带脱开后粘下的涂层面积来评价渗透型底漆的加固性能,难以给出定量的试验结果;
(2)分散剂、钛白粉为某厂家特有型号产品,影响试验方法的普遍适用性;
(3)不同型号的胶带粘结力度不同从而导致试验结果不同;
(4)方法中关于胶带压紧贴平的方式没有定量规定,不同人为操作必然造成结果差异;
(5)钛白粉与底漆日常使用的基材材料差别较大,不能真正反映实际的使用情况。
综上所述,该思路基本适合作为定性检查渗透型底漆加固性能的方法,但在方法通用性和定量等细节上仍需改进。在此基础之上,我们考虑采用1.4.2的试验方法测试胶带脱开后粘附涂层的质量来判断渗透型底漆的加固性能。
2.2 胶带脱开称质量法
针对胶带脱开面积法存在的问题,进行了大量的配方调试和方法调整,包括:
(1)寻找适合的通用化学试剂(B/C)替代脱开面积方法中的特有型号分散剂;
(2)通过试验规定了胶带的型号(得力NO.30029型、3M 600型)和压平胶带过程中砝码的质量(2 000 g,宽度50 mm)以及砝码滚动的往复次数(3次);
(3)通过试验,希望用细度和成分与日常墙体基材类似的碳酸钙替代钛白(配方Ⅴ/Ⅵ);同时考虑碳酸钙强度和碳酸钙浆料成膜问题配制2%PVA和碳酸钙的混合溶液替代钛白(配方Ⅶ);
(4)采用压片器在试验结束后裁切胶带,使用称质量法定量底漆加固性能。
表3 6个配方浆料现象Table 3 Performance of six formula slurry |
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由表4可以得出,该方法测得的试验结果偏差较大,同一配方下得到的3个试样称质量结果平行性较差,虽然解决了2.1胶带脱开面积法中的一些问题,但该方法在裁切胶带等方面存在操作困难,压片器裁切胶带时易造成胶带粘附涂层的脱落、掉粉;另外,由于该方法测试结果数值较小,引入的人为操作误差对试验结果有较大影响,定量评价仍然无法得到很好的解决。
2.3 粘结强度测试法
渗透型底漆加固性能试验方法在国内外的标准和文献上均无可供参考的内容,同时,本文设计的上述胶带脱开测试面积和质量的试验方法,还存在一定的技术难题。在此基础之上,考虑到渗透型底漆的作用机理是通过其良好的渗透性能,渗入基层内部加固基层并阻滞基层内盐碱进入涂层[2],故转换思路,采用更直观的测试粘结强度的方法对渗透型底漆的加固性能进行评价。
由于建筑内外墙用底漆直接施涂于建筑墙体基层,且以腻子层居多,为了使试验方法中用到的基材与实际基材相似,实验设计采用碳酸钙作为基材原料,但由于碳酸钙自身强度不高,难于成型试块,所以采用JG/T 210—2007中进行抗泛碱性试验时用到的PVA水溶液作为粘合剂,经试验得出,配置的0.5%PVA-CaCO3基材原料强度适宜。按照1.4.3.2刮涂0.5%PVA-CaCO3基材时分别试验了刮涂0.5 mm和刮涂1 mm 2种情况。通过比对发现,基材厚度1 mm时,虽然不同底漆样品渗透深度有差别,但绝大部分较难渗透穿过整个基材,因此这时检测粘结强度断裂位置会在整个系统的最薄弱环节,即反映出的是0.5%PVA-CaCO3基材的内聚强度,而不能很好地体现不同渗透底漆的差别,故基材厚度为0.5 mm时较为适宜。表5是按照1.4.3的试验方法对31个渗透型底漆样品进行试验得到的结果。
表5 渗透型底漆加固性能试验结果Table 5 Test results of penetrating primer reinforcing performance |
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由表5可以看出,其中粘结强度≥0.20 MPa的样品有21个,总占比67.7%;≥0.30 MPa的样品有18个,总占比58.1%;≥0.10 MPa的样品有30个,总占比96.8%。部分底漆产品的粘结强度较小,其原因主要有2种:其一,由于该类产品的渗透性差,其渗透深度未达到水泥砂浆块基层,检测粘结强度时断裂发生在0.5%PVA-CaCO3基材上,故粘结强度试验结果与空白试样结果相似;其二,部分底漆产品虽然能够渗透到0.5%PVA-CaCO3基材内部并达到水泥砂浆块基层,但底漆本身对基材的加固作用并不明显。可见只有同时满足渗透性和加固性的渗透型底漆,按照该方法测得的粘结强度试验结果才相对较大。因此,该方法能够有效地衡量渗透型底漆的加固性能,且操作切实可行。
3 结 语
本项研究结合渗透型底漆加固性能的作用机理,对加固性能的试验方法进了设计研究:
(1)采用胶带脱开面积法能够对渗透型底漆的加固性能进行简单的定性检查,对产品的加固性能有直观的了解。
(2)胶带脱开称质量法为渗透型底漆加固性能的定量检测提出新的思路。
(3)粘结强度测试法作为渗透型底漆产品加固性能的实验室试验方法,既能够考察产品的渗透深度,又能够衡量产品对基材的加固强度,试验结果能够定量地反映出渗透型底漆产品的加固性能。