谈外墙乳胶漆测试结果和性能之间相关性

时间:2005-10-19

本文分析了我国外墙乳胶漆测试结果和使用性能之间的相关性，在与美国、欧盟和日本外墙乳胶漆质量评定进行对比的基础上，根据我国实际情况，提出一些建议。

1.我国对外墙乳胶漆质量评定

在我国，对外墙乳胶漆质量评定主要是按GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》标准来进行的。当然，测试的性能指标不等于实际使用结果，但标准中规定的测试性能指标能否反映实际使用结果是很重要。就最低要求来说，二者趋向要一致，最好是二者之间相关性要好。

1.1 耐沾污性

一方面，我国环境污染比较严重，空气中可吸入颗粒物（PM₁₀）比较高。另一方面，我国没有屋檐的建筑物又比较多，以致墙面就成导流雨水的渠道。造成部分涂装并非因涂膜降解破坏而失去使用价值，而是因为严重污染而失去使用价值。因此在发达国家不是问题的外墙面污染在我国就是一个突出的问题。外墙建筑涂料的耐沾污性就成为我国的基本要求。

以粉煤灰为污染源，在实验室测定的耐沾污性，与自然曝晒以及实际使用结果之间的相关性未见有文章报道。我们在上海厂内90⁰朝南几年自然曝晒结果和实际经验表明，在玻璃化温度对耐沾污性影响方面，以粉煤灰测定的耐沾污性与自然曝晒、实际使用结果之间有一定的相关性。在PVC对耐沾污性影响方面，以粉煤灰测定的耐沾污性和自然曝晒、实际使用结果之间恰好相反。如对于低PVC建筑外墙乳胶漆，以粉煤灰测定的耐沾污性是差的，甚至是不合格的，但自然曝晒及实际使用结果却是好的。所以以粉煤灰测定的耐沾污性有时会把人引向错误的方向。

1.2耐人工气候老化性

资料和经验都表明，GB/T9755-2001中的耐人工气候老化性与实际使用耐久性相关性不好。更何况我国各质检站的人工老化仪器、操作条件等相差甚大。因人工老化仪器和操作条件等波动而造成测试结果的变化远远大于因产品质量波动而造成测试结果的变化屡见不鲜。因此，仅以人工老化判定外墙涂料耐久性不够科学。

这往往是因为人工老化箱中存在大气中没有的紫外线、喷淋水没有达到实验室二级水的要求等等。另外，自然条件很难模拟，更何况还要加速呢！

1.3耐水性和耐碱性

根据GB/T 9755-2001国家标准，耐水性和耐碱性按GB/T 1733和GB/T 9265进行测试。对丝光、半光和有光外墙乳胶漆，甚至弹性建筑乳胶漆，也就是低PVC的乳胶漆，往往会出现测试结果不合格的现象。而实际使用中，在完全成膜后，不存在该类问题。分析出现此矛盾结果的原因如下：

其一，就是GB/T 9755-2001规定试板的养护期是7d，其实乳胶漆要完全成膜需四周甚至更长的时间。7d时，丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆只是部分成膜，其性能还不足以抵抗乳化剂等亲水组分因吸水而产生的应力，因此在测试中常出现耐水性问题。

其二，测试条件与实际情况不符。实际使用时，涂膜不是浸泡在水中，而只是受到雨淋。

其三，这是因为丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆，PVC较低，乳液含量较高，因此乳化剂含量也较高所致。在乳胶漆中，乳化剂作为稳定剂而吸附在乳胶粒表面。在乳胶漆成膜过程中或成膜后，乳化剂作为中间相而处在乳胶粒的界面上，或迁移至基层界面处，或由于乳液聚合物分子的互相扩散而夹杂在乳胶膜中。这些亲水性的乳化剂就是造成涂膜对水敏感

和影响附着力的主要原因。

其四，由于丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆，PVC较低，因此涂膜较致密，孔隙率较低。水一旦进入涂膜，蒸发时不易找到足够多的通路离开，所以易产生鼓泡。

另外，对于丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆，耐碱性测定结果不合格，往往实质也是反映耐水性问题。因为耐碱性试验时，是将试板浸泡在Ca(OH)₂的饱和溶液中。往往不是碱使其鼓泡，而是水使其鼓泡。

1.4保色性等

水桶理论告诉我们，一只水桶的盛水量多少只与最短的那块板有关，而不管其它板的长短。建筑涂料的质量也一样，其耐久性同样取决最薄弱的组分。

例如彩色外墙乳胶漆，从分子量的角度看，乳液聚合物分子量高，约在10⁵-10⁷之间，而有机颜料分子量低，约在10²-10³之间。有机颜料分子量比乳液聚合物分子量低得多，约低2-5个数量级，当然，它们的组成和结构也是不同的。因此，用有机颜料配制彩色外墙乳胶漆时，往往首先是有机颜料降解褪色而失去装饰效果。当然，这是一个重要指标，但GB/T9755-2001对彩色乳胶漆的保色性还没有规定。

我们再来看看发达国家对外墙乳胶漆质量的评定及其与实际使用性能之间的相关性，或许有些东西是可以借鉴的。

2.美国对外墙乳胶漆质量评定

美国没有乳胶漆的产品标准，而只有测试导则。如美国材料试验协会ASTM D5324-03《水性建筑涂料测试导则》（表1），它包括了内墙建筑乳胶漆、外墙建筑乳胶漆和水性地板漆。

表1 ASTM D5324-03 水性建筑涂料测试导则

No	测试性能	ASTM试验方法标准	联邦试验方法标准141	相应ISO
1	取样	D3925	1022	1512
2	液态涂料性能
2.1	容器中状态		3011
2.2	粗粒子和杂质	D185		787/7
2.3	密度	D1475		2811
2.4	细度	D1210		1524
2.5	气味	D1296	4401
2.6	颜料相容性
2.7	PH值	E70		787/9
2.8	贮存稳定性
2.8.1	热稳定性	D1849
2.8.2	冻融稳定性	D2243
2.8.3	沉降性	D869
2.8.4	防腐性	D2574
3	施工性和成膜性
3.1	施工性		4541
3.1.1	涂刷性		2141
3.1.2	刷涂阻力	D4958
3.1.3	滚涂性		2112
3.1.4	滚涂溅落	D4707
3.1.5	喷涂性		2131
3.2	修补性	D3928
3.3	低温成膜性	D3793
3.4	流变性
3.4.1	稠度(低剪粘度)	D562
3.4.2	非牛顿体流变性	D2196，D4287		2884
3.4.3	抗流挂性	D4400	4494
3.4.4	流平性	D4062
3.5	干燥时间	D1640	4061	1517,3678,4622
4	干膜外观
4.1	目测色差	D1729		3668
4.2	仪器测定色差	D2244		7724-1～3
4.3	定向反射率	E1347		7724-1～3
4.4	光泽
4.4.1	60⁰	D523		2813
4.4.2	85⁰	D523		2813
4.5	遮盖力	D344，D2805		3906,2814, DIS6504.2
5	干膜性能
5.1	内用和外用涂料
5.1.1	耐磨性	D658，D968，D4064	6192	DIS7784-3
5.1.2	附着力	D2197，D3359		2409
5.1.3	湿附着力		6301
5.1.4	柔韧性	D522，D2370	6221 （D522，方法B）	1519,6860
5.1.5	耐家用化学品性	D1308		2812
5.1.6	涂膜起霜	D1736
5.1.7	基材泛碱
5.2	内用面涂层
5.2.1	抗粘连性	D4946		4622
5.2.2	耐印痕性	D2064
5.2.3	涂膜孔隙率	D3258
5.2.4	耐洗性	D2486，D4213
5.2.5	洗净性	D3450，D4828	6141（洗涤介质除外）	FDIS11998
6	外用涂料
6.1	对粉化表面的附着力		6301
6.2	耐沾污性	D3719
6.3	耐烟雾性	D5324（10.3.3.1）
6.4	抗起泡性	D4585
6.5	耐候性	D1006，D1014		2810
6.5.1	粉化	D4214		4628-1～5
6.5.2	细裂	D660		4628-1～5
6.5.3	开裂	D661		4628-1～5
6.5.4	侵蚀	D662		4628-1～5
6.5.5	片落	D772		4628-1～5
6.5.6	褪色	D2244
6.6	耐污染性 (stain resistance)
7	涂料分析
7.1	化学分析	D215		3856-1～7
7.2	挥发分	D2369		3251,1515
7.3	挥发性有机化合物	D3960		11890-1～2
7.4	水含量	D3792，D4017
7.5	颜料含量	D3723		DIS14680-1～3
7.6	颜料分析	D215	7261	591
7.7	漆基鉴定	D3168

由上表可以看出，导则除取样外，分为六个方面，其中所列项目很多。有一点是很清楚的，美国人非常务实，对于外用涂料，重视自然曝晒的结果，许多指标都是曝晒后测得的，如粉化、开裂和褪色等，甚至包括耐沾污性。这就提高了测试结果和使用性能之间的相关性。尽管美国在制造人工老化仪器方面是世界上最强的，人工老化标准又最齐，但测试导则中没有人工老化项目。

美国的耐沾污性是按ASTM D 3719-00《涂层耐沾污性定量测试法》测定的。将试板与水平成45⁰角朝南曝晒61天，在CIE1976 L*a*b*均匀颜色空间测定暴露前后的明度反射系数L*，并以下式计算耐沾污性。

D_c = （L* _B/ L* _A）×100

式中： Dc——耐沾污性；

L*_B——暴露后涂层反射系数平均值；

L*_A——暴露前涂层反射系数反射值。

目前，世界上发表的大多数论文中耐沾污性都是按该方法测定的。此方法的问题是暴露环境一致性难以确定，试验时间较长。另外，根据我们的试验结果，与实际耐沾污性相关性也不好，因为实际墙面基本是与水平成90⁰角，而与水平成45⁰角试板积灰较严重。

3.欧盟对外墙乳胶漆质量评定

德国和欧洲也没有乳胶漆的产品标准，只有分类分级标准。分类分级标准主要目的是协调涂料重要性能的评价，统一试验方法和分类，而不是质量优劣的排列。

欧洲标准EN 1062-1 ：2002《色漆和清漆抹灰层和混凝土基面上的外用涂料和涂料系统分类》（待批稿），不仅适合于外墙建筑乳胶漆，而且适用于所有用于抹灰层和混凝土基面上的外用涂料和涂料系统。它根据涂料的光泽、干膜厚度、细度（最大粒径）、透水汽性、吸水性、遮盖裂缝能力和透二氧化碳性（即防混凝土碳化性），共7个物化性能，将外用涂料和涂料系统分类分级，以便于用户选用，如表2所示。

表2 EN 1062-1 ：2002《色漆和清漆抹灰层和混凝土基面上的外用涂料和涂料系统分类》

性能	指标和分类
光泽	分类	G₁--有光		G₂--半光		G₃--哑光
	入射角	60⁰		60⁰	85⁰	85⁰
	光泽	＞60		≤60	＞10	≤10
干膜厚度	分类	E₁		E₂	E₃	E₄	E₅
干膜厚度	厚度/μm	≤50		50＜E₂≤100	100＜E₃≤200	200＜E₄≤400	＞400
细度	分类	S₁		S₂	S₃	S₄
	细度	细		中等	粗	很粗
	要求/μm	＜100		＜300	＜1500	≥1500
透水汽性	分类	V₀		V₁	V₂	V₃
	透水汽性	/		高	中	低
	g/m²d	/		＞150	15＜V₂≤150	≤15
	m（静止空气层厚度）	/		＜0.14	0.14≤V₂＜1.4	≥1.4
吸水性	分类	W₀		W₁	W₂	W₃
	吸水性	/		高	中	低
	kg/m²h^0.5	/		0.5＜	0.1＜W₂≤0.5	≤0.1
遮盖裂缝	分类	A₀	A₁	A₂	A₃	A₄	A₅
	裂缝宽度/μm	/	＞100	＞250	＞500	＞1250	＞2500
	拉伸速度/ mm/min	/	/	0.05	0.05	0.5	0.5
	测试温度/℃	/	23	推荐 -10
透二氧化碳性	分类	C₀		C₁
	g/m²d	/		＜5
	m（静止空气层厚度）	/		＞50

对于普通外墙乳胶漆，他们根据德国Kuenzel教授的外墙护理论，非常重视拒水透气性，即透水汽性和吸水性。据报道，测试结果和使用性能之间的相关性也不是很好。

4.日本对外墙乳胶漆质量评定

日本与我国相似，也有外墙乳胶漆产品标准，其要求如表3所示。

表3 日本JIS K 5663-2002 合成树脂乳液涂料（仅列出外墙部分）

项目		性能
在容器中状态		搅拌后无硬块，呈均匀状态
施工性		刷涂二道无障碍
涂膜外观		正常
低温稳定性		-5℃ 不变质
干燥时间（表干） /h ≤	20℃	2
	5℃	4
对比率（白色和浅色）		0.93
耐洗刷性/ 次 ≥		500
耐人工老化性（240h）		不起泡、不剥落、不开裂、几乎无粉化。与标样比较，变色不大。
耐水性（96h）		无异常
耐碱性（48h）		无异常
耐候性（曝晒12个月）		不起泡、不剥落、不开裂。与标样比较，粉化变色不大。

因为我国GB/T9755几版标准都是参照JIS K 5663制订的，所以二者是差不多的。不过JIS K 5663-1995就已向美国标准学习，增加了曝晒12个月的项目，这一点是我们没有的，从而提高了日本标准测试结果和使用性能之间的相关性。此外，标准还规定了5℃干燥时间。该标准目前最新版本为2002年版。JIS K5663-2002的指标与JIS K5663-1995一样，但测试方法标准全部改为JIS K 5600-1999和JIS K5601-1999。如耐人工老化试验由原来的炭弧灯改为氙弧灯。

5.对我国外墙乳胶漆质量评定的建议

根据以上分析，提出如下建议。

5.1耐沾污性

耐沾污性测试结果能否反映建筑涂料涂膜实际耐沾污性是最关键的。只有在能反映实际使用耐沾污性的前提下，再求试验方法的简便性和重现性才有意义。一个测试结果与建筑涂料涂膜实际耐沾污性相关性好的测试方法，才能促进我国建筑涂料的生产、科学研究和开发向着确确实实提高建筑涂膜耐沾污性的正确方向前进。

5.2耐人工老化性

应把人工老化和自然曝晒以及实际使用结果结合起来，并以自然曝晒和实际使用结果为主。这做起来有点难度，但一定要逐步向此方向努力，别无捷径。几个涂料强国都已这样做了。

5.3耐水性和耐碱性

为了解决丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆实际使用时耐水性和耐碱性是好的，但检测时耐水性和耐碱性不合格这一矛盾，建议将丝光、半光和有光乳胶漆以及弹性乳胶漆的试板养护期至少延长至14d。这样做虽不能完全解决上述矛盾，但至少能缓解矛盾。日本JIS K5660-2002《合成树脂乳液有光涂料》规定对耐水性和耐碱性的试板养护期就是14d，而JIS K5663-2002《合成树脂乳液涂料》规定对耐水性和耐碱性的试板养护期仅5d。美国和欧盟对乳胶漆没有耐水性和耐碱性检测项目。

5.4保色性

色彩丰富是乳胶漆的最大优点之一。乳胶漆的装饰性能主要通过色彩、质感和光泽来体现。因此，保色性是外墙乳胶漆的重要性能。生产企业应选择保色性好的色浆，严格控制色浆用量和基础漆的质量，保证外墙乳胶漆的保色性。保色性可以通过自然曝晒等确定。

5.5看实际工程

也有用户要看实际工程，如涂装后若干年的工程。这也是即简便又有效的方法。

总之，GB/T 9755-2001虽然有些指标测试结果和实际使用性能之间的相关性不那么好，但它对于规范我国外墙乳胶漆的质量还是起了重要作用，并将继续起作用。

标准中规定的性能指标虽不等于实际使用结果，但要基本反映实际使用结果，二者之间尽量要具有较好的相关性，决不能南辕北辙。不能反映实际使用结果的性能应该改进，或者废弃，以不断提高测试结果和使用性能之间的相关性。

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