融入外保温体系的花岗岩石漆

      摘要:建筑节能的推进给了建筑涂料一个新的发展良机,而建筑涂料适应外墙保温的需求,融入了保温系统。本文分析了原真石漆的优点与不足;外墙外保温饰面涂料的高要求;剖析了花岗岩及彩色复合岩片和花岗岩石漆的特性。

新的机遇和新的课题
建筑涂料与建筑节能有着密切的关系。建筑节能已定为国策,这给建筑涂料提供了一个良机,但要完成一个课题:解决如何融入保温体系的问题。当前,建筑节能是国家节能战略中的重要组成部分。改葶开放以来,我国城乡建没发展迅速,近几年每年建成的建筑面积都在20fLm2以上。目前的既有建筑也有400J『Lm2,这些建筑大多数是20世.壹d80年代年|190年代的,其中能够达到建筑节能设计标准的只有1.5 fLm2,仪占全部城乡建筑面积的0.04%,微乎其微。到2020年,我国总建筑面积将达到700亿rn2。

随着我国社会经济和人民生活水平的不断提高,冬季供暖和夏季空调降温所用的能耗将会急剧增加。在夏季使用空调高峰时,其用电相当于10个三峡电站的满负荷能力。至U2020年,能源需求量将高达40多亿t标准煤。如此巨大的需求,在煤炭,石油和电力等方面都会存在严重的问题,对能源资源的可供量、承载能力以及国家能源安全提出了严峻
的挑战。

要解决我国的能源问题,根本出路是坚持开发与节约并举、节约优先的方针,大力推进节能降耗,提高能源利用效率。推进建筑节能,这是解决能源问题的重大决策,规定新建住宅和公共建筑严格实施节能50%的设计标准,直辖市及有条件的地区率先实施节能65%的标准,并对既有建筑进行节能改造。

有人认为,实施建筑节能,外墙用了外保温,配套材料用了瓷砖、墙面砖和仡岗岩等,将影响建筑涂料的发展。也有人认为,建筑节能给建筑涂料的发展提供了良好的机遇,因为,瓷砖、墙面砖或花岗岩有许多弊端,它fI’J重量太重,而保温材料质地疏松,强度有限,日久天长,应力积聚,疲劳成疾,可能支撑不了25 a就早早落F,到那时,不但保温系统出了问题,还可能伤人。人们在分析了利弊后,还是会采用建筑涂料的。这就是说,建筑节能的国策给了建筑涂料企业一个良好的发展机遇。各建筑涂料企业应抓住这个良机。
对建筑涂料来说,外保温是基层,但该基层不同于过去的传统基层,传统的建筑涂料不一定能适应,这就是说,建筑涂料企业要调整产品结构,包括开发新的涂料品种,使之符合外墙外保温的使用要求。

2外墙外保温饰面涂料的高要求
JGJl44—2004《外墙外保温技术规程》推荐了5种外墙外保温系统,其中4种是聚苯板系列,一种是胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统。JGl49-2003((膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》规定,涂料必须与薄抹灰外保温系统相容,其性能指标还应符合外墙建筑涂料的相关标准。
所谓相容,就是和谐。第一,要求涂料与外保温中各材料,特别是保温材料相处安好,对于保温材料属有机材料者,应避免使其受到溶蚀,饰面涂料应是水性涂料,而且所使用的添加剂也应慎之选择;第二,由于保温层的热阻较大,保温层外侧的温度变化,在热量相同的情况下,要比无保温时提高8~30倍,如采用聚苯板的外保温系统,在夏季可达到约80℃,一旦下起雷雨,又突然降至lJ30℃以下,温度变化高达50℃左右。饰面涂料就要适应这种温度变化以及昼夜及季节的温度变化,第三,外保温系统由诸多材料、多个层次构成,材料之间、层次之间为避免因收缩而产生开裂等问题,赋予了一个“逐层渐变,柔性释放应力”的职能,饰面涂料也应具有柔韧性,同时也应有一定的硬度,第四,外保温系统在施工时用了不少水,水的存在对保温性能是不利的,需要将水排出,同时还要防止外界的水进入,这就要求关注涂料的拒水性兼透湿性,第五,JGJl44规定外墙外保温工程的使用年限不应少于25 a,饰面涂料不但起到装饰作用,也分担了保护责任,因此,要求涂料有优良的耐久性。可见,外墙外保温对其饰面涂料的要求是很高的。

3原真石漆的优点和不足
正当人们对传统的建筑涂料产生了审美疲劳的时候,高装饰性的真石漆出现了,它使建筑涂料提高了一个档次,受到了人们的青睐。
真石漆的受人欢迎,得益于一个“石”字。花岗岩历来是受人们喜爱的高性能装饰材料。它是由石英、长石、云母及少量其它深色的矿物所组成。由于含钾长石呈红色,含斜长石现白色,云母多时为黑色,石英多时即浅灰色,因而它绚丽多彩,色彩斑斓,纹理天成,装饰性好。真石漆是仿照花岗岩的形貌制成的。它具有多彩、美观大方、有石质感、较硬、耐用等优点,有犹如花岗岩般的装饰效果。但还存在粗糙、易沾污、易掉粒、雨天会泛白、强度尚不足、施工较复杂、质量重等弊病。而且,真石漆只宜近看,远看则感觉不到确切的花岗岩的装饰效果。

随着社会的进步和人民生活水平的提高,人们对建筑涂料提出了更高的要求,希望采用比高装饰性能更好的高性能建筑涂料。所谓高性能建筑涂料,即是指具有优良耐久性(使用年限超过8 a)、耐沾污性(水性涂料的涂膜耐沾污性小于1 5%)、装饰效果(有质感)的建筑外墙涂料,它们一般必须通过特种施工工艺,才能够得到符合规定,装饰满足要求的涂膜。原真石漆只是装饰性能较好,与“三高”要求还有距离,特别是它是刚性的,尚不能适应外墙外保温的柔性要求,即不适宜用于需要逐层渐变使之柔性释放应力的外墙外保温系统。

4创新点和技术切入口
浙江省粘接技术协会建筑涂料粘接委员会,在2004年年会上就提出建筑涂料与建筑节能有密切关系,希望会员单位把握住实施建筑节能的新的历史机遇。
鉴于当前建筑涂料的发展趋势是高装饰性、高耐沾污性和高耐久性的。三高”,根据外墙外保温对饰面涂料的要求,我们确定原真石漆必须在三个方面加以改进:装饰性、耐沽污性和刚性。

5技术路线
配制花岗岩石漆,其技术路线至少有5条:
(1)利用不饱和聚酯树脂、白水泥、骨料等进行制作。
这是20世纪80年代前后最流行的工艺,先制作不饱和聚酯树脂的高光泽度的面层,再配上自水泥、骨料等的底层,然后在面层上绘制花岗岩花纹或绘画。这种花岗岩存在面层易磨毛而失去光泽、蠕变、工效低、白水泥的采购与生产、贮存的协调有难处等几大问题。
(2)利用建筑胶水、花岗岩石粉、颜料、水泥制作花岗岩石漆仿“真”性不足,质量较差。
(3)币11用合成树脂乳液、有色天然石粒等配制花岗岩石漆其实是真石漆,仿“真”性不足。
(4)利用岩片与各类真石漆配制花岗岩石滚,其质量与所用真石漆密切相关。
(5)展色系统为天然花岗岩碎粒和彩色复合岩片,粘着系统为硅丙乳液。我单位开发的花岗岩石漆所用的技术路线属于这类,但粘着系统采用复合型硅丙乳液,并配以复合成膜助剂,配制工艺及设备也另有特色。

6技术路线的实施
6.1剖析花岗岩
花岗岩是由多种矿物组成的岩石,这些矿物主要有:SiO:结晶体的石英和由K、Na、Ca构成的絮状结构铝酸盐的长石及由F、Mg、K等形成的暗色层状结构铝硅酸盐水合物的云母,还有少量其他深色矿物,如角闪石等。云母具有极完全的片状解理,可沿解理剥成有弹性的薄片,石英等则是粒状、块状结晶体。这就是说,花岗岩的结构中,有粒状、块状物,也有片状物。片状物具有一定弹性。

花岗岩,斑斓多彩,纹理天成,其含钾长石呈红色,含斜长石现白色,云母多时为黑色,石英多时即浅灰色。如此,无规则的粒状、块状、片状,各染着深浅不同的白色、红色、黑色、浅灰色等色,交错杂陈,斑点大小不同,构建出了花岗岩石姹紫嫣红的天生丽质。但花岗岩质量重,使用中易脆裂,有的带放射性,施工复杂难度大,给建筑物增加负重,因增加基础投资而提高了建筑物造价,特别是花岗岩的开采,不利于生态环境的保护。当花岗岩以干挂形式用作外墙外保温的饰面时,给原本强度不高的外保温材料提出了如何承受重量的难题。
针对花岗岩、真石漆都存有的不足,我们集其优点,去其弊端,取长补短,开发了花岗岩石漆。开发花岗岩石漆,包括开发彩色复合岩片和花岗岩石漆两个产品。

6.2开发彩色复合岩片
将各原材料(合成树脂乳液、天然彩色矿粉、填料、助剂等)按配方准确称量,对合成树脂乳液进行预处理(如SLS—I和SLS—II乳液应先按较佳比例复合),依次加入配料桶,搅拌分散混合均匀,过滤后用喷涂机喷涂,厚度为l-2 mm,烘干(温度控制为70-80℃)后用粉碎机粉碎成大小不规则(1~12 mm大小)的碎片,经筛选后即为成品,检验合格后包装。

6.3合成树脂乳液的选择
有多种合成树脂乳液可供用来制作花岗岩石漆。现将这些乳液的优缺点列出,以供比较和选择。
纯丙烯酸酯乳液:具有良好的耐水、耐碱、耐腐蚀、耐光、粘结性、成膜性、耐候性,长期在紫外线的照射下不易降解、粉化和变黄,耐洗刷、光泽高,成本比苯乙烯一丙烯酸酯乳液稍高,是建筑涂料中用量较大的,可用于生产要求高、耐久的外用涂料、复层涂料和砂壁状涂料。
苯乙烯一丙烯酸酯乳液:其分子中引入了苯乙烯链段,涂膜的硬度比纯丙有所提高,耐水耐碱、耐污染、抗粉化得到改善,成本降低,但延性和抗冲击性变差,耐黄变性差。它是建筑涂料中用量最大的。
醋酸乙烯一丙烯酸酯乳液:有良好的颜料结合力,成本低,不能外用。需要用增塑剂进行外增塑,但涂膜随其中增塑剂的损失会失去柔韧而变脆。
VAE乳液:由于乙烯对醋酸乙烯作了内增塑,克服了聚醋酸乙烯性能不足,显著降低了涂膜的刚性,使涂膜具有很好的耐水,耐碱、低温柔韧性、其粘结性、耐洗刷性等与醋丙相当。
有机硅一丙烯酸酯乳液:属复合乳液,兼有丙烯酸酯和有机硅两大优点,其中丙烯酸酯使乳液具有纯丙、苯丙的性能,有机硅则改善了涂膜的硬度,降低了涂膜的表面能,提高了涂膜的耐沾污性,从而有了非常好的耐久性。它是各种合成树脂乳液中最优良的品种。
因此,我们选择了有机硅丙烯酸酯乳液。

6.4有机硅丙烯酸乳液的复合
乳液的T。(玻璃化温度)将影响乳液的MFT(最低成膜温度),而MFT将影响乳液的成膜性能、成膜效果和附着力等,进而影响涂膜的耐沾污性、硬度、柔韧性等。高T。的乳液,其成膜温度较高,抗粘着性和抗沾污性好,低T。的乳液,其成膜性能好,附着力高。
我们通过试验,找到了采用两种乳液复合,即将两种有机硅丙烯酸酯乳液SLS-I和SLS-II]JH以复合,做到了不但T。较高且MFT又较低。试验表明,当SLS-I和SLS-II趋于一定比例,N.SLS—I(高T。)略多于SLS-II(低T。)时,复合乳液不仅可得到较低的MFT和颇佳的附着力,还有较好的耐沾污性。因为,此时的SLS-I是连续相,由它决定着复合乳液的T。,但SLS-II由于有足够的量,足以起到影响复合乳液MFT的作用,使MFT较低。此复合乳液有助于保证岩片和花岗岩石漆获得满意的诸多性能。

6.5成膜助剂的协同效应
涂层的沾污问题,一直是令人困扰的问题。一些涂料,往往一、两年就失去了原来的鲜艳色彩,变黑,变灰,或是形成各种条形黑色,灰色斑痕,甚至影响建筑物的装饰效果而失去了涂层耐久的意义。开始,人们认为涂膜的高表面能导致了沾污,因而就没法利用疏水助剂降低涂膜的表面能,使涂膜具有“荷叶”效应,有的将有机硅、有机氟技术应
用于涂料,使涂膜的表面能得到降低。然而人们发现,低表面能依然没有达到预期的抗沾污效果,雨水流痕依然。于是,人们转而开发亲水性涂膜的乳胶漆。涂膜的亲水表面主要由羟基、羧基、酰胺基等构成,它们有着强的吸水性,吸水性既把污物吸入,也增塑软化了聚合物而使其更易粘住尘埃粒子,从而造成带污雨水对乳胶漆的双重污染,而且是永久性的污染。解决此问题,如果使用水性和油性复合成膜助剂,让它们协同工作,就可使乳液粒子从壳到核都成膜充分,即可大大改善成膜后聚合物的吸水性,进而改善涂膜的耐沾污性。

6.6配制工艺
将乳液与部分助齐,lJm入配料桶,搅拌均匀后加入彩砂,再搅拌均匀,添加入彩色复合岩片,适当时候补加余下的助剂,搅拌均匀,检验,即为花岗岩石漆成品。

6.7工艺流程
乳液—’助剂—’彩砂—’搅拌均匀—’添加彩色复合岩片—’搅拌均匀—’检验—’花岗岩石漆成品

6.8基本配方(见表1)
表1 柔性花岗岩石漆的基本配方
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7彩色复合岩片和花岗岩石漆的特性
当建筑涂料成为首选的装饰材料时,人们期待涂料不仅要有高的装饰性能,还需同时具有高的耐沾污性和高的耐久性。
(1)彩色复合岩片由复合型合成树脂乳液、彩色天然矿粉、助剂等,采用特种设备、特种工艺制成,具有天然花岗岩中片状构成物的特性:大小不一、形状各异,相互不粘而与岩石漆中所用合成树脂相容性好,不易褪色,硬度适中而又柔韧性好,挠折不裂(这一点比花岗岩的片料要优),抗沾污,耐老化,而且不受天然花岗岩石的片状物为黑系颜色所限制,把岩片制成有深有浅的多种颜色,旨在使配制的花岗岩石漆更色彩丰富,美观绚丽。
(2)传统真石漆只宜近看,远观则难以让人感受到明确的真石的感觉,特别是岩片和纹理的效果,我们仿照花岗岩的微观和宏观的结构、形态和特色,采用自己开发成功的彩色复合岩片作为特色原料,与复合型合成树脂SLS—I和SLS—II乳液及无规则粒状、块状的天然彩砂等制成的花岗岩石漆,能够逼真地呈现花岗岩的天然风姿,远观时也能看到逼真
纹理、斑斓多彩的俨然天然花岗岩的形貌。
(3)花岗岩石漆具有优良的低温和高温贮存稳定性、耐水、耐碱等性能、施工初期不裂、粘结强度高、高耐沾污性和高耐久性的高性能建筑涂料。
(4)外墙涂料对建筑物墙体的保护作用是其重要的三大功能之一,但往往被人们所淡忘。花岗岩石漆不仅具有优良的装饰性能,而且有着极好的保护自己、保护墙体的功能。这一性能是由所选用的特种合成树脂及岩片、彩砂之石英等赋予的。
(5)花岗岩石漆突破了传统真石漆多彩喷涂的难度,能以简单施工即可获得多彩花岗岩石漆的天然质感等高装饰效果。
(6)花岗岩石漆作为外墙涂料时,能使任何外墙仿佛缀上了天然花岗岩,装饰华贵,当把它用于外墙外保温系统的饰面时,替代了干挂的厚重的花岗岩,装饰效果并不逊色,这不仅使承重能力有限的保温层有了轻质的漂亮外衣,也有助于建筑节能工作的顺利推进,而且也大大减轻了建筑物的承重,减少了花岗岩的开采,有利于生态环境的保护。

8花岗岩石漆施工工艺
8.1检查并落实安全措施
检查整理脚手架,使之牢固,施工人员做好安全防护工作,确保施工安全。
8.2基层处理
(1)基层必须平整、坚固、清洁和干燥、无粉化、起砂、脱落或酥松等缺陷。首先,须将基层表面的灰浆、浮土、附着物清除干净。
(2)施工前,基层如有蜂窝,孔洞时,要用腻子修补,待其干燥后打磨平整。
(3)基层如经修补,必须干燥7 d以上。施工时,基层含水率不得大于10%,其酸碱度p H值应小于10。若pH值大干10时,应用3%磷酸水溶液或5%草酸水溶液进行清洗,再用清水冲净,待其干燥后方可施工。

8.3主要施工工具
(1)空气压缩机一台,排气量为0.6~0.9 m3,压力为0.5~0.7 MPa,且能控制自如。
(2)专用喷枪,配备各种大小规格喷嘴一套。
(3)手提式搅拌机(器)一台。
(4)各种辊筒和刷子。
(5)遮挡用具施工时,须将不喷部位严密遮挡。遮挡用具可采用三合板、薄铁皮、塑料布、纸等。
(6)打格用品可用胶带或塑料条:

8.4施工步骤
(1)基层经处理并干燥后,用喷枪、刷子或辊筒均匀地滚涂一道“森乐士”专用防潮抗碱封底漆,不得漏涂。
(2)打格贴胶带条或塑料条,根据工艺要求用勾缝胶将墙面按所需大小分格。
(3)用手提式搅拌机将花岗岩石漆充分地搅拌均匀。
(4)用专用喷枪喷“森乐士”花岗岩石漆二道。气泵压力控制在0.5~0.7 MPa,喷枪离墙面约40 cm,并垂直于墙面行枪,速度均匀,供气稳定,不漏喷。应等第一道干燥后再喷第二道,二道之间的时间不少于24 h。施工后,花岗岩石漆的总厚度约2~3 ITIITl。
(5)喷毕第二道漆后约2~3 rain时,用海绵辊筒压平漆面,待干燥后打磨。
(6)喷涂后适时去除打格胶带,方法是将带子往上拉开,不要往前拉,以免影响涂膜切角。如用塑料条打格,不但省了这道工序,且平整、美观、大方。
(7)待花岗岩石漆干燥后,用喷枪喷涂一道“森乐士”多功能罩光漆,要求喷涂均匀。该罩光漆具有刚柔相济、抗老化、耐候和抗沽污等优良性能。

9结语
(1)建筑节能的推进给了建筑涂料一个新的发展良机,而建筑涂料需要适应外墙保温的要求,融入保温系统,与其他材料相容。
(2)真石漆具有多彩、美观大方、有石质感、硬度高、耐用等优点,但还存在粗糙、易沾污、易掉粒、会泛白、施工较复杂等弊病,特别是它刚而不柔,与花岗岩貌似而欠“真”,不能满足外墙外保温饰面涂料的要求。
(3)经剖析花岗岩组成而仿制成的彩色复合岩片,具有大小不一、形状各异、相互不粘而与岩石漆中所用合成树脂乳液相容性好、不易褪色、硬度适中而又柔韧性好、挠折不裂、抗沽污、耐老化等优点,而且颜色多种,有深有浅,可使配制成的花岗岩石漆色彩丰富,美观绚丽,形貌更逼真于花岗岩。
(4)采用彩色复合岩片特色材料及复合型SLS—I和SLS-II合成树脂乳液等原材料制成的花岗岩石漆,具有优良的贮存稳定性、耐水性、耐碱性、高耐沽污性、高耐久性,粘结强度高,柔韧性好,能适应外墙外保温的。柔性释放应力”的要求,融入了外墙外保温系统,而且其特有的纹理和斑斓的彩色逼真地呈现了花岗岩的天然风姿。它一次喷涂即可达到真石漆需多次作业才能达到的多彩效果。当它代替花岗岩作外保温饰面,可大大减轻建筑物的承重,减少花岗岩的开采,有利于生态环境的保护。

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