O引言
目前，世界范围内能源问题日益急迫、建筑能耗不断增长，建筑节能问题意义十分重大。随着我国建筑节能的强制性施行，使得外墙外保温得到全面的推厂应用。而涂料是最适合于外保温饰面的装饰材料，同时由于国家产业政策列外墙面应用涂料装饰的提倡及对瓷砖等贴面饰材的限制，使得建筑涂料的竞争力明显提高，从而使建筑涂料有了新的发展机遇。而外墙涂料选择是否适合则直接影外保温的节能效果和使用寿命。
据调查，目前绝大多数的外墙外保温工程不同程度存在着涂装问题，突出的问题就是开裂渗水，起鼓剥落现象。因为科学实验证明，3m宽的混凝土墙面在20℃的温差变化条件下约发生0．6mm的形变，这样无疑会逐～拉开所有保温板缝。因此，采用外墙外保温技术出现裂缝是一种比较普遍、无法绝对避免的现象。一旦裂缝浸水，无论是水或是低温日寸水结成冰，热导率较大，尤其对于多孔材料来说，材料导热率显著增大另外一方面，建筑的保温层下面很容易结露而产生液态水，涂料不透气时，水蒸汽体积膨胀引起外保温涂料的气泡剥落。所以在外墙外保温体系中使用的涂料应该具有良好的防水性能、足够的弥补裂缝的能力，以及优良的透气性。因此，本文选择确定了合适的乳液作为成膜物质辅以颜填料助剂研制出一种憎水、高弹、透气性良好的外墙外保温用硅丙涂料。
1实验部分
1．2生产工艺流程
(1)预混合：按配方标准称取各种物料，在分散容器中、低速搅拌下加入配方水，然后依次加入润湿分散剂、消泡剂、丙二醇、pH调节剂、防腐杀菌剂和憎水剂混合均匀：
(2)高速分散：在高速搅拌下，加八颜料和填料，分散30～40min，研磨成颜料糊剂；
(3)将硅丙乳液、纯丙弹性乳液和颜料糊剂在低速搅拌下混合均匀，在搅拌中加八成膜助剂，并搅拌20min；
(4)将增稠剂缓慢加八已经搅拌好的浆料中制成黏度合适的涂料；
(5)将搅拌均匀的料浆用筛网过滤即成。
1．3测试方法
1．3．1耐人工气候老化性、耐沾污性按GB／T 9755—2001中规定测试方法进行。
1．3．2耐酸性
按GB／T 9265规定制板。在2％亚硫酸中浸泡96h，无气泡、无掉粉、无明显变色等涂膜病态现象可评定“无异常”
1．3．3吸水量
试验过程：用天平称量制备好的试样质量M0，然后将试样完全浸入水中室温(23 4-3)℃，相对湿度(50 dr．5)℃，浸泡8h后取出用滤纸迅速擦去试样表面的水分，称其吸水8h后的质量M，。用试样吸水前后的质晕差除以试样的表面积，既计算出吸水量(用算术平均值计算)
1．3．4涂层断裂透水量
试板按GB／T9755—2001标准制备样板，人为破坏断裂。板后裂缝处加垫滤纸制成带有裂纹的试板。用天平称其重晕m。。分别以600、900倾斜放置在冲水器下，；中淋5m Jn取出擦干表面水分。称具；中水后的重量m，。试板冲水前后的重量差即为断裂透水量。
透水量=m1一m。
1．3．5扫描电镜测试
涂膜试样室温干燥成膜，厚度2001^m，保持漆膜表面清洁。扫描电镜型号为日本电子JSM-5800。
1．3．6接触角测试
漆膜试样厚度200Ilm，室温干燥7d。接触角测定仪器为德国DataDhsics公司的Contact Angle Sys—tem OCA 20。
1．3．7弹性性能
无气泡、无掉粉、无明显变色等涂膜病态现象，可评定按《弹性建筑漆*(JG／T 1 72—2005)中规定测试方法进行。
1．3．8透气性
按GB／T1 71 4．6—1 997《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》中的水法测定。
2结果与讨论
2．1基料的选择
外墙涂料不仅对建筑物起美化作用，更重要的是对建筑物提供保护，使基材免受大气、紫外线．雨水及化学物质的侵害而延长使用寿命。而乳液是乳胶漆中的主要成膜物质，是影响乳胶漆性能好坏的重要因素。由于外墙外保温系统保护层容易出现开裂问题，因此配套使用的涂料需要具有抗裂性，同时又要具有良好的疏水性，因此基料的选择非常关键，本项目对不同体系的基料进行了考察和筛选。
2．1．2不同体系乳液对漆膜性能的影响
采用了不同品种乳液，采用相同配方和配漆工艺，配制成苯丙、纯丙、共混改性硅丙和化学兴聚接枝改性硅丙乳胶漆后，进行了性能比较。结果见表1。
表1显示了4种不同体系乳胶清漆膜的性能对比，从耐水性上看，硅丙乳胶漆要高于纯丙乳胶漆，化学改性乳胶漆要高于共混改性的乳胶漆。对比1*2*漆膜，3。乳f狡漆有机硅单体共混到丙烯酸酯分子链，耐水性提高；4#乳液使用共聚接枝的有机硅化物，有机硅化物流失少，乳液涂膜耐水性提高更大，涂膜耐水性达到5d以上。干燥成膜时，有机硅丙烯酸树脂中硅氧烷水解、缩聚，结果在聚合物分子之司以及聚合物和基材之间形成互穿网络立体交联牢固的结构，从而使漆膜具有优异的憎水性、抗沾污性及耐候性。而纯丙乳胶漆由于其主链结构稳定，不易氧化和水解，因而耐候性也比较好，但要比硅丙乳胶差。苯丙乳胶中，由于苯乙烯结合在芳环上的叔碳原子对氧化敏感，一旦氧化就与主链切断，生成发色基团，容易使涂膜变色，因此呵候性、保色性最差。
2。1．3有机硅含量对硅丙乳液及涂料性能的影响
从上表可以看出，有机硅在改性树脂中的质量分数达到15％以上日寸，涂膜的喇候性(人工老化明显提高，耐沾污性及耐水性得到进一步改进。当乳液成膜日寸，可水解的硅烷星团就会水解形成活性的硅醇，活性的硅醇与聚合物内部或表面的活性基团进行缩合反应以共价键产生交联点，从而便聚合物形成三维网状交联结构，有效地增加了分子链司的作用力，阻碍了水分子向聚合物分子间渗透，降低了吸水率。同时聚合物中的Si-O-Si键又具有憎水性能，有效地阻碍了水分子进入聚合物膜。随着有机硅含量的增加，可水解的硅烷基团数目增加，交联程度也会增加，这样就会大大提高乳胶膜的耐候性和喇水性。
由表2可以看出，随着有机硅比例的增加，漆哽的吸水率明显下降，但加入的硅太多日寸，有机硅氧烷水解，自身缩聚几率增大，不能有效地与丙烯酸酯单体发生共聚，二者相容性差，造成内应力增大不能形成完整薄膜，水率反而升高。有机硅氧烷含量在20％时，乳液及漆膜的综合性能较好，性价比较高。
2．1．4硅丙乳液与纯丙乳液复配体系的确定
基料是涂料的成膜物质和最重要的组成部分，对涂料性能起主导作用。为使涂料既具有优异的疏水性又有良好的弹性，选择硅丙乳液与纯丙弹性乳液复合配制外墙涂料。在乳液总量，以及颜填料、助剂用量不变的情况下，考察硅丙和纯丙弹性乳液的配比列涂料性能的影响。结果见表3。
根据分子结构分析，有机硅氧烷接枝改性丙烯酸树脂制得的硅丙树脂，是以聚丙烯酸树脂大分子为主链，聚有机硅氧烷为支链的结构，由于硅丙树脂中既有C—C键，又有Si-O键，Si-O键的离解能高于C—C键的离解能，因此含有硅氧键的硅丙乳液应该比纯丙乳液的耐候性要高，但在价格方面也比纯丙乳液高。
由上表可以看出，硅丙乳液和纯丙弹性乳液的配比对于产品的诸多性能都有较大影0向。硅丙乳液配制的硅丙外墙涂料具有突出的憎水性和耐沾污性；硅丙乳液比例增大，涂膜的憎水性和耐沾污性提高：当硅丙乳液与纯丙弹性乳液的配比为7：4时，所得的外墙涂料的憎水效果好，其而寸沾污性为7％，断裂伸长率为328％。综合考虑性能和成本因素，选择在外墙涂料中，将硅丙乳液与纯丙乳液以3与：2的比例复配使用，是一种较为经济又能够充分发挥其特殊性能的配比。
2．2外墙外保温用硅丙树脂疏水涂料的性能研究
2．21优异的疏水性。
2．21．1 仿生荷叶疏水特征
超疏水性植物的结构性质导致了它们的疏水、自净能力，这种能力被人们称之为荷叶效应(10tus effect)3]。如图2(a惭示，水滴在荷叶表面的接觚角为1 61．0±2．7。，这样强的超疏水能力和不黏附的特性使荷叶产生了自清洁效应。雨水落到叶片表面很容易滚落，同B寸带走脏物，实现自清洁。最近，新发现认为荷叶表面的微米乳突上面还存在有纳米结构，这种微纳米尺度复合的阶层结构才是荷叶表面超疏水的根本原因。如图2(b舶(c撕示，荷叶表面由许多直径为5—9 p m的乳突构成，而每个乳突又是由平均直径为1 24 3±3扪m的纳米结构分支组成。此外，=壬琦叶的下层表面我们同洋可以发现纳米结构(如圉2(d))，它可以有散地阻止荷叶曲下层被润湿。这些纳米结问，尤其是微米乳冕上的纳米结柯．对超陆水性起到重要∞作用。我们的研究表明：正是返种特殊的表面微蚋米复合毡拇有效地吲啊l奉和澍$之间紧密的接触，影响了j相接船线的膨状，长度和连续性M而太大降低了滚动角，使得水滴在荷叶上易于滚动
从表6测试结果可知，当硅丙疏水涂料用于外墙保温体系日寸，其吸水蓬和涂层断裂透水量均大大低于弹性涂料和普通涂料，这说明与普通涂料和弹，性涂料相比，其具有优异的疏水性，因此，可充分发挥其优势，将该涂料用于外墙保温体系。
对于外墙外保温系统来说，防止水分进八整个体系尤为重要。由于水的热导率较大，材料合水增加，热导率增大。对于多孔材料来说，如果受潮，材料的孔隙中含有水分，水的导热率比静止空气导热军大20多倍，这样会使材料导热率显著增大，在低温时，孔隙中水分结冰，、水的热导率又是水的4倍。而硅丙树脂疏水涂料因为涂膜表面的微观结构具有憎水性能，从而提高材料的防湿防潮性能，进而保障材料具有较低的导热系数。图5形象的给出了普通涂料和疏水涂料表面水滴对整个保温体系的影响。
2．2-2良好的弹性性能
弹性涂料最为显著的特点就是能够遮盖墙体裂缝，在目前外墙外保温体系日益普遍的形势下，弹性涂料将会得到的前所未有的巨大发展。
图6是典型的弹性涂料受力伸缩图。弹性乳液为了使聚合物处于高弹态，乳液的玻璃化温度要低于使用的环境温度。回弹性和柔韧性，具有遮蔽墙面裂纹的功能。
根据上面所要求的各项抗裂性能，表8给出本产品的弹性性能检测结果。
2．2．5优良的重涂性
本产品具有良好的重涂性，在第一次涂刷24h后，继续涂刷不存在任何困难，漆膜附着力强。同时，从长远角度来说，由于硅丙外墙涂料使用寿命长，即使需要翻修的情况下，可以在原来的漆膜表面直接涂装新的一层漆膜，工艺简单，成本较低，实际应用适应性好。在有机涂料中，随着硅含量的增加其表面能急剧下降，这是在制备低表能材料所希望利用的特点。但硅的这一特点又使有机表面能涂料对星体的润湿性下降，给涂料在星体上的附着带来了一定的困难。解决附着力差的有效途径是用有机硅和另外一种特定物质廷聚，本项目研究所采取的特定共聚物质是丙烯酸，使其产物既具有有机硅良好的疏水、耐热性等特性，同时又具有较好的附着力。
2．2．6优良的耐酸性
传统的涂料诸如以氨基树脂为交联剂的体系，交联反应的尸物中有大量的醚键存在，在酸的催化作用下(酸雨)，醚键会发生水解．导致漆膜破坏，醚键数量越多(即氨基树脂用量越多X这种结闯上的不耐酸雨的弱点越明显。
本产品——硅丙树脂疏水涂料与其他同类产品相比较。有很强的耐酸性，在2％亚硫酸溶液中浸泡，经过96h没有变化。这是因为在该涂料中，有机哇一丙烯酸酯聚合物中含-Si(OC，H。)，此基团水解生成的一Si(OH)，极易发生分子间缩聚，生线型、环状或有支链结构的硅氧烷聚合物。随有机硅含量增加，交联程度增强，乳胶膜的耐酸碱性逐渐升高。这列于重庆等酸雨污染严重地区来说有着十分的意义，相信本产品——硅丙树脂疏水涂料将会在减缓酸雨侵蚀、延长建筑物寿命，降低建筑物预算以及维|户、维修成本投八等方面起到相当积极的作用。
3结语
本项目研制的硅丙树脂疏水涂料是以有机硅接枝改性的丙烯酸树脂乳液与纯丙弹性乳液为主要基料，加入一定配比的颜填料和助剂制备而成的。该涂料具有以下几个方面的优异性能：
疏水性——所形成的漆膜表面与荷叶表面具有相似的微结构，具有疏水荷叶水珠效果，水滴滚落，不留水痕，涂料表面接触角达到105。，稠水性1000h无异常，远远超出国标优等品的标准，吸水量为42．859／m 2，明显优于普通涂料；且反复擦洗后不影响其疏水效果，疏水效果持灭高弹性——能够抵抗细微裂纹，标准状态下，弹性强度为1．84MPa，伸长率：标准状态为328％，热处理状态下为196％，一10℃下为40．2％。远远超出建筑弹性建筑涂料国家标准的要求；耐沾污性——该硅丙疏水涂料的反射系数下降率为6．2％，远远优于建筑外墙涂料国家标准优等品15％的要隶透气性——水蒸气透过率高，远远优于普通涂料和弹性涂料，有效避免外保温体系的鼓泡脱落等现象而寸老化性——1 O。Oh不起泡．不剥落，无裂纹，粉化。级，变色2级，优于建筑外墙涂米斗国家标准优等品600h的要求重涂性——第一次涂刷24h后，继续涂刷不存在任何困难，工艺简单，成本较低，实际应用适应性好。
总之，该哇丙树脂疏水涂料的综合性能优异，符合当前涂料发展的新方向，拥有广阔的市场前景，满足了涂料更新换代和追求高性能、多功能的需要，尤其适用于外墙外保温体系。我们有理由相信在外墙外保温大势所趋的大环境下，硅丙树脂疏水高弹性涂料一定能够获得快速的发展，同时还会促进外墙外保温的快速发展，从而达到一个良好的良性循环。