外墙涂料的耐候性测试方法研究
第18卷第3期1996年9月
重庆建筑大学学报
Journal of C hon gq in g Jianzhu Universit y
Vol . 18
No . 3
S e p . 1996
工程与实践
外墙涂料的耐候性测试方法研究
赵纯兰
(重庆建筑大学基础科学系630045)
摘要暴露在大气中的外墙涂料受紫外线一热, 雨水及空气中降尘作用使其保护功能和装饰功能受到破坏, 最终失去使用价值。本文根据重庆地区酸沉降危害严重的特点, 研究了该地区所使用的外墙涂料耐候性的测试方法。
关键词外墙涂料, 耐候性, 附着强度, 色差中图法分类号
T U561. 62
以混凝土或砂浆等碱性基材为涂装对象的外墙涂料、除应具备基本的耐水性和耐碱性外, 还经常受到强烈的阳光照射、温度变化、风吹雨淋以及大气中各种沉降物, 尤其是酸性沉
降物的影响, 使涂膜出现褪色、变色、龟裂、粉化、剥落、附着强度下降等一系列的老化现象。从涂膜方面来看, 难以引起这些变化的程度即为涂料的耐候性。
我国幅源辽阔, 各地区气候环境差异很大, 在甲地具有良好耐候性的涂料在乙地的耐候性不定良好。
本文根据重庆地区的气候特点研究了酸雨污染地区外墙涂料耐候性的测试方法。
1材料和试验
1. 1主要仪器及设备
SH -60B 氙灯耐气候试验机(重庆实验设备厂) 、氙灯功率6kW 、降雨泵流量2L /m in ; AM S LE R -4t 万能木材试验机(瑞典) ; PH S -3C 型酸度计(上海分析仪器厂) ; 附着强度测定模(自制) , 粘接面积16cm 。
1. 2试件
用厚度为6m m 的石棉水泥平板, 按G B 9152建筑涂料涂层试板制备方法制作。1. 3模拟酸雨
根据重庆市环科所提供的重庆地区降雨的化学成份, 用分析纯试剂配制成pH 值分别为2. 0, 4. 0及5. 6三种不同酸度的模拟酸雨, 用硫酸调节p H 值。
收稿日期:1995-03-06赵纯兰. 女, 1944年生, 讲师国家自然科学基金资助项目本文是阶段性研究成果之一
2
1. 4耐候性试验
以模拟酸雨加速老化和大气暴露试验结果为主, 以酸雨喷淋和浸泡结果佐证。
2测试项目及方法
表1
2. 1色差等级的测定
将进行过耐候性试验的试件与标准样板(未作试验的样板) 相比较, 其变色程度按GB250染色牢度褪色样卡(以下简称《样卡》)对比确定。《样卡》共有五对样标, 用五个等级来表示试件与标准样板颜色的相对变化程度。变色等级由5级到1级渐差。评级时应在睛天北面光线下进行。如果用其他光源, 照度不小于540勒克斯。光线以45°角度投射于试件, 视线与《样卡》平面垂直。其等级按表1规定划分。
2. 2涂膜外观的测定
参考GB1729, 用粉化、脱落、锈蚀、起泡四项指标测定涂膜的单项外观变化等级, 然后结合色差等级按表2条件对涂膜外观进行综合评定。综合评定时, 若涂膜有数项破坏
现象, 则按破坏最严重的一项进行评定。
2. 3附着强度的测定
将附着强度测定模40m m ×40mm ×10m m 的钢制附件用合适的粘接剂粘贴在涂膜试件中央, 在万能木材试验机拉伸仪上以980N /m in 的加荷速度作拉伸试验, 如图1测得钢制附件与涂膜之间被拉开的最大负荷(P ) 即为涂膜
的粘接力, 再按下式计算出单位涂膜面积的粘接力即为涂膜的附着强度:
F =
10-1×16
图1附着强度测定模示意图
综合等级
起泡
优良中差劣
01234
粉化01234
脱落00123
锈蚀00123
变色54321
等级54321
色差(N ·B ·S ) 单位
01. 53. 06. 012. 0
允许误差(N ·B ·S ) 单位
+0. 2±0. 2±0. 2±0. 5±1. 0
注:一个N ·B ·S 单位表示一般目光所能辨别的颜色之间极
微小的差别。
表2
外观单项等级
式中:
P ———涂膜的粘接力(N )
F ———涂膜的附着强度(M Pa ) 本文是用附着强度下降率(R ) 来评价涂料的耐候性的。附着强度下降率按下式计算:
R =
0×100%F 0
式中:
F 0———标准样板的附着强度(M Pa ) F ———试件的附着强度(M Pa )
测试中, 当有50%以上的涂膜被拉掉时, 测试结果有效; 如果仅仅是粘接剂内部部或粘接剂与
涂膜之间破坏, 测试结果无效, 需另选合适的粘接剂。
,
3结果与讨论
3. 1大气中干沉降对外墙涂料的影响
通过大气暴露300天涂膜色差(表3) , R (表4) 和外观(表5) 的测定结果表明:暴露在大气中的外墙涂料发生变色和褪色, 除雨水的影响而外, 更主要的是大气中各种颗粒沉降物和飘尘(干沉降) 对涂膜的污染。污染成份往往受各地区地理环境、气
表4
a 11. 0
b 15. 8
c 33. 1
d 17. 6
e 10. 8
f 9. 4
g 10. 7
i 19. 0
j 26. 3
l 22. 0
a 1
b 1
c 1
d 2~3
表3
e 2
f 2
g 3~4
i 3
j 1
l 2
象条件和能源结构等因素的
影响。测试中发现有的涂料如a 、b 、c 、j 如果按现行国家标准进行粉煤灰试验, 具有良好的耐污染性, 然而在重庆地区大气中暴露仅300天就
a 劣
b 劣
c 劣
d 中
表5
e 差
f 差
g 良
i 差
j 劣
l 劣
挂灰积尘, 严重变色, 装饰功能丧失而显示出较差的耐候性, 因而不适宜在重庆地区使用。相对而言, 涂料g 耐干沉降的性能较好。经其他试验方法佐证, 结果有效。结果还表明, 在酸雨污染地区, 大气中干沉降对涂膜外观的影响比对附着强度的影响更为显著。3. 2湿沉降对外墙涂料的影响
在硫酸型酸雨污染区, 湿沉降对外墙涂料的危害主要是雨水、雾水的酸度及硫酸根离子的影响。经酸雨加速老化后的测试结果表明:雨水、雾水的pH 值越低, 硫酸根浓度越高, 与试件作用的时间越长, 涂膜附着强度下降得越快(表6) 。湿沉降对涂膜外观的影响也很大(表7、表8) 。
-4经测定, 重庆地区酸雨成份是以S O 2为主, 此外还含有N O 3-、C l -、F -、NH 4+等离子, 是
140
[2]
重庆建筑大学学报第18卷
个p H 值很低的复杂混合物。如果涂膜的水份控制能力差, 大气中的湿气很容易透过涂膜进
入墙体, 而墙体内部产生的水蒸汽又不能透过涂膜排入大气, 在露点以下容易在墙面与涂层之间凝露, 形成液态水, 然后与基材(砂浆) 发生化学反应, 生成水化产物氢氧化钙:
2(3C aO ·S iO 2) +6H 2O ※3C aO ·2SiO 2·3H 2O +3Ca (OH ) 2
2(2C aO ·S iO 2) +4H 2O ※3C aO ·2SiO 2·3H 2O +Ca (O H ) 2
表6酸雨老化(R ) 测定结果(%)
酸度
时间7h
p H2. 0
21h 35h 7h
0p H4.
21h 35h 7h
6p H5.
21h 35h
b 41. 443. 548. 233. 436. 039. 216. 019. 023. 0
c 35. 638. 344. 517. 825. 631. 012. 014. 219. 9
d
涂e
料f 35. 840. 044. 227. 431. 633. 716. 820. 025. 3
g 28. 936. 943. 023. 027. 032. 913. 017. 022. 1
i 35. 143. 550. 020. 228. 733. 015. 920. 326. 6
j 31. 637. 946. 021. 627. 435. 816. 821. 025. 3
(1) (2)
29. 437. 433. 142. 236. 946. 021. 127. 724. 830. 028. 433. 712. 815. 619. 319. 323. 524. 1
这种水化产物易吸收空气中的二氧化碳, 发生碳酸化反应, 生成碳酸钙结晶。由于氢离子
-4的存在, 使碳酸钙溶解度增加, C a 浓度增大, 溶液中的Ca 极易与酸雨中的S O 2作用生成
疏松的石膏或氢氧化钙直接与硫酸作用生成硫酸钙结晶, 使涂膜与底材之间附着力降低。作
2+
2+
用时间增长也会造成涂膜疏松, 出现粉化, 鼓泡或剥落而降低其外观等级:
C aCO 3(s ) +H (a q )※C a (a q ) +H C O 3-(a q )
-4(Ca CO 3(s ) +S O 2aq ) +2H (aq ) +H 2O ※CaSO 4·2H 2O (s ) +CO 2
+
+
2+
(3) (4)
C a (OH ) 2+H 2SO 4※C aSO 4+H 2O (5) 在酸雨加速老化试验中, 所用雨水与重庆地区的真实雨水基本相同, 而且将国标中涂膜的耐水性、耐酸性和耐人工老化性三种试验方法集中在一种方法中进行, 老化时间由200~1200小时缩短为7~35小时。大大降低了试验成本并很快得出试验结果。经酸雨浸泡和喷淋的试验结果佐证, 本方法切实可行有效, 测试结果具有可比性。例如涂料d 、j 在PH 4. 0的酸雨中仅老化7小时, 色差便由5级降为1级, 在同样条件下, 涂料f 、g 老化21小时仍不变色, 老化35小时颜色及外观才有轻微的变化, 附着强度下降率也低于其他涂料, 表明该涂料耐湿沉降性能较好。
总的来看, 在所试的十种外墙涂料中, 只有涂料g 抗酸沉降(干、湿沉降) 性较好, 适合在
第3期赵纯兰:外墙涂料的耐候性测试方法研究141
酸雨危害地区使用。
表7
涂料
7h b c d e f g i j
43125531
21h 35h 42213421
11112321
7h 33125521
21h 22115521
35h 22114421
7h 44245541
21h 33135531
35h 32115521
p H2. 0
酸雨老化色差测定结果
pH 4. 0
pH 5. 6
4结论
表8
时间
酸雨老化外观综合评定结果(0) p H4.
涂
b
c 良良良
d 劣劣劣
e 差劣劣
料f 优优优
g 优优优
i 劣劣劣
j 劣劣劣
1) 酸雨加速老化和大气暴露是外墙涂料进行耐候生试验的主要方法。
2) 涂膜的附着强度、色差和外观等级的变化是评价外墙涂料耐候性的主要内容, 评价时, 应将三项内容结合起来考虑。
3) 本文采用的方法同样适用于其他酸雨污染地区外墙涂料的测试。
7h 21h 35h
良良良
参考文献
1赵纯兰等. 重庆酸沉降对建筑涂料的影响. 重庆环境科学1993(6)
2蔡素德等. 建筑外墙砂浆防酸雨侵蚀研究. 中日大气污染防治对策研讨会———重庆92论文集(302) 3李荫余. 建筑材料与试验. 南京工业出版社19884吴宝琨. 建筑材料化学. 中国建筑出版社1984
5中华人民共和国国家标准. 合成树脂乳液外墙涂料G B9755-88, 中国标准出版社, 19936中国新型建筑材料公司等. 新型建筑材料实用手册(986-990) , 中国建筑工业出版社1987
(编辑:王秀玲)
142重庆建筑大学学报第18卷
The Research on the Methods of Weatherabilit y
Test of Outer -Wall Paint
Zhao
Chu n -lan
(Dept . of N at ural Science , CJ U )
Abstract Ow in g t o th e f act that the outer -w all p ain t , ex p osed to t he w eath er , is sub j ected t o
follow ing at tacks , such as ultraviolet ray , heat , rai nw ater and dust deposit in the air , th e protective and decorative actions of ou ter -w all pain t are dam aged , and eventually the pain t loses i ts practical use . In t his p aper , du e to t he f act t hat th e acid deposit in ju ry is very serious in chongging region , t he m et hods of w eatherabili t y test a pp lied for out er -w all p ain t in t he re g ion , are studied .
Ke y Words
ou ter -w all pain t , w eath erability , adhesive streng th , ch rom atism