吉林建筑大学材料科学与工程学院长春130118
摘要：以改性有机硅丙稀乳液为基料，100目大理石，80目大理石以及60目石英砂为填料，辅以多功能助剂等制成绿色水性多彩的外墙涂料，它具有优良的耐温变性，耐碱性，耐水性，耐候性和耐久性等特点。外观达到多彩绚丽的装饰效果，形象逼真，质感高贵，施工性优，是一种高性能，高装饰性的寒区外墙多彩涂料。
关键词：寒区绿色；水性多彩；外墙涂料；硅丙乳液
0引言
自改革开放以来，我国经济高速发展，建筑行业发展更是迅猛。一座座高楼拔地而起，与此同时建筑外墙装饰面的材料也经历了瓷砖，外墙涂料，真石漆等多个阶段。由于瓷砖在使用过程中随时间推移造成黏结强度下降存在安全隐患，尤其在北方寒冷天气环境下，瓷砖脱落的安全隐患更大。因此国家公安部、住建部发布条例限制使用瓷砖作为外墙装饰面[1]；真石漆在干燥成膜过程中容易出现平面裂缝，阴阳角裂缝等固有缺陷；使用普通外墙涂料，建筑美观性不如使用其他外墙饰面材料。因此其发展受到制约，市场急需一种安全绿色耐寒的多彩涂料，来填补空缺。这种多彩涂料地发展与应用前景必定十分良好。
目前国内关于外墙涂料的研究不在少数，但是针对北方寒冷天气的绿色多彩涂料涂料的研究却不多见，这对北方外墙涂料的发展十分不利。本文研究了乳液，砂子，和拌水以及各种助剂对外墙涂料性能的影响。并据此制备综合性能优良的外墙多彩涂料。
1试验部分
1.1原材料及仪器
主要原料：硅丙乳液：北京海博TJ-110；石英砂（60目），大理石（80-100目）：国产；成膜助剂：伊斯曼Texanol；增稠剂：罗门哈斯100000HEC,AcrysolTMTT-935；杀菌剂：罗门哈斯KathonTMLXE；分散剂：罗门哈斯OROTANTM快易；防霉剂：罗门哈斯RocimaTM361；多更能助剂：海川。
主要仪器：JJ-1型精密增力电动搅拌器，常州市国华电器有限公司；5003型电子天平，上海精密科学仪器有限公司；79-3型恒温磁力搅拌器，上海司乐仪器厂；101-2A型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司。
1.2涂料的配方
2结果与讨论
2.1聚合物乳液对外墙涂料的影响
乳液是外墙多彩涂料的基体，是涂料牢固地粘附于建筑外墙的主要成膜物质。聚合物乳液的性能直接影响着涂料的基本性能。因此在涂料设计初期对选用何种成膜物质也是考虑最多的，除要求乳液具有胶体质地细腻、稳定、对颜料有亲和力，对基材有黏结力、涂膜色浅和耐碱性优良等基本性质外，还要考察乳液的耐水性、耐沾污性和耐老化性以及抗冻融性。为选出更好乳液的对如下三种类别进行测试。
2.1.1聚合物乳液的耐水性及硬度
外墙涂料的耐水性是极其重要的。因为外墙涂料长期暴漏在水、阳光和大气的氧气中，而其三者又是涂层老化的重要因素。涂层早期弊病也几乎都与水有关[2]。因此乳液的耐水性可直接影响到涂膜的耐水性，按国家标准乳液的耐水性可用如下试验方法来判定：取平整的120mm*25mm*0.2mm的马口铁底板3块，要求无扭曲，无任何可见裂纹和皱纹。在底板上倒上少许乳液，用制膜器制膜，在室温下干燥3d后，用触碰的方法测试其硬度。7d后将试板从盛有去离子水的水槽中浸泡96h后取出，用滤纸吸干，目视检查试板并记录是否有变化。合格的乳液涂膜应不起泡，不脱落，允许泛蓝，优秀的乳液涂膜应无变化。如果涂膜泛白、起泡，甚至从试板上脱落，则这种乳液吸水率较大，耐水性差，切不可使用在外墙涂料上。
由表3结果可知：苯丙乳液HG-54C浸水12h后吸水变白；纯丙乳液808A、浸水12h后严重变白甚至起泡、剥落；硅丙乳液TJ-110浸水12h后轻微变白，有试验结果对比可知硅丙乳液TJ-110的吸水率最低。另外据试验结果表明，三种乳液中在室温下干燥3天后苯丙，纯丙和硅丙的硬度分别为较硬，较硬和很硬。经过试验综合综合考虑硬度及耐水性，硅丙乳液性能最佳，因此选择硅丙乳液作为多彩涂料的基料。
2.2溶剂
水性涂料的溶剂包括有机溶剂和水。主要作用是使基料溶于其中或分散成为粘稠的液体，使施工更加方便。在涂料均匀涂抹基体后，溶剂挥发使基料干燥成膜。溶剂的选用除考虑其对涂料的相溶性和分散性外，还要注意其挥发性、毒性和价格[3]。常将基料与溶剂的混合物称为漆料。
2.3其他助剂
各种助剂的用量所占水性多彩涂料的总量为2.9%-3.0%左右。比如消泡剂，增稠剂，助溶剂，成膜助剂，分散剂，杀菌剂，PH调节剂等，主要用来改善涂料的施工性能成膜性能，储存运输性能以及某些特殊的性能。
2.3.1消泡剂
以水为稀释溶剂的乳液型涂料在乳液聚合时使用了一定量的乳化剂，众所周知乳化剂会导致乳液的表面张力下降，从而出现大量的泡沫。此外具有同等效用的助剂还有分散剂；除这类容易产生泡沫的溶剂外，增稠剂能使泡沫稳定存在，因为增稠剂会使泡沫的膜壁增厚增加了泡沫的弹性，不易破裂而稳定存在。泡沫的出现不仅会降低生产效率，也会影响产品品质，施工性能，造成原料和产品的浪费，延长反应周期，不利于准确计量[4]。在成膜过程中如不能有效的消除涂料生成的气泡，便会造成涂膜缩孔，针孔，鱼眼还会引起涂膜表面光泽下降、附着力和耐水性降低等缺陷。因此消泡剂的加入是必不可少的，消泡剂的作用机理是微细粒子渗透到泡沫体系中，在接触到泡沫后即捕获泡沫表面的憎水端，再经过迅速铺展，并形成很薄的双膜层，再进一步侵入到泡沫体系中。低表面张力的消泡剂总是带动一些液体流向高表面张力的泡沫体系中，促使膜壁逐渐变薄，最终导致气泡的破裂。
2.3.2成膜助剂
成膜助剂能够促进乳液中的聚合物粒子的塑性流动和弹性变形，使之能在更大温度范围内形成涂膜即可以低乳液的最低成膜温度（MFT）。因本涂料适用于北方寒冷地区，施工温度常常低于乳液的最低成膜温度，不利于外墙涂料的成膜。因此要向涂料中加入成膜助剂以便于更好的成膜。而且成膜助剂有一定的挥发速度，会在乳液成膜后慢慢挥发掉，不会对涂料的性能造成缺陷。
2.4颜填料
涂料的组成可分为两部分，一部分是乳液助剂等各种液态，另一种是不溶于基料、溶剂与水等介质的各种固体颗粒，多彩涂料颜色多变就体现在颜填料上。此配方中主要是60目砂石，80目大理石以及100目大理石。它们均匀分散在漆料中。主要用于着色和提供保护、装饰以及降低成本等。它可增加涂膜的厚度和体质、强度，并可提高耐久性。
2.4.1正交设计实验
因绿色外墙涂料中填料，乳液，水所占百分比大概为90%左右，因此确定三者的用量是及其重要的。采用正交设计实验初步确定最优配方。正交试验表采用L9(33)，表4列出了本试验所考虑各因素及其水平。表5是此正交试验的试验结果及数据处理。
从正交试验结果可知，各因素的影响程度为：乳液用量＞水用量＞填料用量。影响因素的最佳配比关系为：乳液用量60g，水用量为35.5ml，填料为270g,最佳方案为：A2B3C2。试验方案中接近最佳配比关系A2B3C2的是第6组，为了验证试验的准确性，我们在同一条件下按最佳配比关系做一组试验，结果得到其粘结强度达到1.830，从而初步验证了试验的准确性。
2.5性能指标
确定了最优配方后按HG/T4343----2012《水性多彩建筑涂料》及JG/T24----2000《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》进行性能检验，其结果如表6
3结语
寒区绿色水性多彩涂料其优点时绿色耐寒，色彩多变也是其优势之一，能够营造逼真绚烂的花纹质感。并且本身具有耐水性，耐碱性以及耐候性等优秀特性，由于质量轻所以是外墙保温装饰面的绝佳选择。寒区绿色水性多彩涂料仍需解决的问题是：第一硅丙乳液成本高寻求更加优良的乳液进行替换，第二成膜后耐寒性能优良但是在成膜期间对温度依旧有一定要求。该涂料的应用会有长期的经济效益和社会效益。