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科技成果

防结露涂料产品和标准发展现状


摘要:建筑结露不仅影响着人居环境的舒适度,而且危害居室人体健康。本文调研了防结露涂料产品的类型和技术现状,总结了国外防结露涂料的评价方法与标准,并分析评价方法的优缺点。本文从多方面剖析了防结露涂料行业的现状,为了进一步促进防结露涂料行业的发展,指出建立防结露涂料测试方法标准的重要性与必要性。

前言
 
建筑的主体材料是钢筋和混凝土,表面装饰有涂料、壁纸或瓷砖等材料,通常这些材料的吸水性和透气性较差。所以,在湿度高、温差大的条件下,就会出现水蒸气过饱和,致使建筑物表面结露,严重时会出现建筑内部结露。建筑结露现象在自然环境中普遍存在,尤其是在秋冬季节和梅雨季节,结露往往出现在墙壁和天花板等位置。建筑结露不仅影响着建筑的美观,同时影响居室人员的舒适度,而且严重时会影响建筑安全性和使用寿命,造成无法估计的经济损失。在上世纪后期,由于建筑结露造成的危害与经济损失屡见报道[1-2]
近年来,随着建筑物密闭性越来越高,通风频率和通风量逐渐降低,建筑室内结露现象更为严重。而且,结露给细菌、霉菌等微生物的滋生提供了有利滋生条件,从而进一步降低了人居环境舒适度,危害人体健康。针对建筑结露问题,自上世纪60年代开始,多国学者着手开发能够改善或治理建筑结露的防结露涂料产品,防结露涂料也是至今开发最多、最为直接、最有效的解决建筑结露问题的产品。防结露涂料已历经几十年的发展,在此本文将详细、系统的介绍防结露涂料产品和评价方法的发展现状,进一步推动防结露涂料行业发展。防结露涂料产品的发展现状防结露涂料是为了解决建筑结露现象而开发研制,是国内外最早开发用于改善建筑结露现象的建材产品,也是迄今研究最多的防结露产品。
国外,尤其是日本和欧美国家,在20世纪60年代着手开发防结露涂料,在80年进行了大规模的研究和产品开发。我国,在20世纪80年代,有个别学者进行了防结露涂料的研究,但至今仍没有形成行业规模,市场上仍缺少成熟的防结露涂料产品。从防结露涂料的制备技术和原理来看,防结露涂料通常是采用三种方式实现:亲水性改性树脂、疏水性改性树脂、多孔矿物材料。
 
1.亲水性改性树脂
 
树脂是涂料配方组成中一个不可缺少的成分,在涂料中占有重要地位,是涂料的主要粘结物质和成膜物质。常规的涂料在干燥成膜后,涂层对水的接触角一般在80°~100°\u65292X接触角决定了涂层表面容易形成结露。
在研制防结露涂料时,为了进一步提高涂层的亲水性,避免结露现象的发生。往往通过对树脂进行改性的方式,使得树脂具有亲水基团。从而,涂料产品在建筑表面成膜后,涂层表现出亲水性能。涂层对水的接触角变小,从而在表面形成极薄水膜,从而实现了防结露的目的。目前用于防结露涂料的亲水性高分子聚合物材料,通常是由一些带有羟基、羧基、酰胺基等亲水基团的丙烯酸酯类物质,通过溶液共聚而得到。
 
 
图 1 涂层表面水接触角示意图
 
涂层表面亲水,降低了表面对水的接触角,接触角示意图如图1所示。在水滴到涂层表面后,水滴薄膜化。亲水性分子中含有高表面能的强亲水极性基团,能形成氢键的基团或离子基团,它们能使材料的表面能增高,使其对水的接触角变小(达20°~30°\u24038X右),使凝聚到表面上的小水滴不形成微小的水珠,而是在表面铺展开薄膜化,从而实现了涂料的防结露性能。涂层与水的接触角越小,防结露效果越好。
 
2.疏水性改性树脂
 
疏水性改性树脂与亲水性改性树脂的原理不同,疏水树脂与水的接触角示意图如图2所示。
 
图 2 涂层表面水接触角示意图
从图2可以看出,涂层与水的接触角在90°\u20197X上,涂层表面的水滴呈球型。疏水性树脂中除了碳外,通常还有大量低表面能原子基团,如硅。这些基团能极大地降低材料的表面能,使其对水的接触角达到100°~120°\u12290X当空气中的水分子接触到涂层表面时,受涂层表面能的影响,水滴表现出球型形状,自然从墙面滑落,从而避免了墙面结露。涂层与水的接触角越大,防结露效果越好。
 
3. 多孔矿物材料
 
多孔矿物材料内部具有大量连通的中孔或微孔,孔结构决定了矿物材料对水蒸气分子具有很好的吸附作用。防结露涂料选用的多孔材料,包括硅藻土、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等,其中以硅藻土的研究最多、应用最为广泛。由多孔矿物材料制备的涂料,涂层对水蒸气具有优异的吸附和透过性能,实现了涂料的防结露目的。硅藻土作为防结露涂料的一种主要功能添加材料,国内外学者对其进行了详尽、系统科学的研究与分析。研究了硅藻土用量、硅藻土与乳液的比例、乳液的粒径、涂层的厚度等因素对涂料防结露性能的影响。硅藻土是防结露涂料的主要功能成分,硅藻土的用量对涂料的常规性能和防结露性能具有重要的作用。研究表明,在100份树脂中硅藻土用量应在220-300份范围内。硅藻土的加入量小于220份时,由于树脂量过多,将硅藻土包裹吸水能力下降,防结露性能不佳。当硅藻土的用量大于300份时,乳液量较少,涂层吸收的水份很快排出,不易保持稳定的漆膜[3-5]。
同时,为了保持硅藻土的多孔性,乳液的平均粒径应控制在0.1-0.5um范围内,如果小于0.1um,乳液颗粒就会进入硅藻土中的孔入,减少比面积,从而降低水的吸附量,使防结露性能明显变差。而当乳液粒径大于0.5um,由于乳液颗粒个数减少,很难于粉末状硅藻土颗粒均匀分布,涂料干燥后会出现龟裂[6]。。最后,涂层的厚度,是决定涂料最终防结露性能的关键因素。涂层越厚,防结露性能越优异,有实验表面,当涂层厚度在1mm~3mm时,在温差为23℃~26℃、相对湿度80%的条件下,可以将结露时间推迟5h~12h[7]。
防结露涂料测试方法发展现状日本和美国在上世纪分别制定了防结露涂料测试方法标准,我国至今还没有统一的测试方法或标准。通过对日本和美国标准分析,为建立我国的防结露涂料测试方法标准奠定基础。

1. 日本标准

日本防结露标准(JIC A 6917),是被我国学者引用较多的防结露性能测试与评价标准。2000年进行过一次修订,修订没有对测试方法进行修改,修订后的标准编号为JIS A 6909[8]。标准制定的测试方法如下:

图 3 防结露试样及试验装置示意图
标准的测试装置如图3所示,用于放测试样品的模具内部尺寸为150mm×150mm×5mm,模具是由金属材料制备而成。将试样装满模具后,表面用工具将其抹平,然后再实验室静置7d后,再放入恒温箱中干燥24h。如果是水泥系及高分子水泥系涂覆材料,成形后需在温度20±2℃,湿度80%以上的状态下静置3d,接着在实验室静置7天,最后在恒温箱中干燥24h。
在测定了总的试验体的质量V1(g)后,将其放置在图2所示的已调整为50±3℃的防结露试验装置的所定位置上,将涂有涂料的一面朝下放置,保持装置内温度50±3℃,6h后取出试验体,立即测量此时的质量V2(g)。防结露性能是表示单位体积的吸湿量V(g/cm3)。由以下公式算出,精确到小数点后2位数字,求出3次测量的平均值。
 

公式中,V: 单位体积的吸湿量(g/cm3);
        V1:试验前的试验体的质量(g);
        V2:试验后的试验体的质量(g)。

2.美国标准
 
美国标准TT-C-492a是军用标准,防结露性能测试装置示意图如图4所示[9]。
       图 4 防结露涂料测试装置图
将涂料涂到直径152.4mm、高203.3mm、壁厚0.5mm的圆锥体上,涂层厚度为0.8mm。圆锥体内部装有冰块和水的混合物,上部盖有玻璃板。然后把整个试验圆锥器悬挂于990.6mm×304.8mm×584.2mm的密闭箱内。同时,把装有饱和磷酸氢铵溶液的浅盘放入箱内,用于调节箱内的相对湿度。在整个试验期间,箱内温度保持在20±1℃,相对湿度为67±2%,锥形器内部的温度维持在0~0.6℃。在试验期间,用量筒在圆锥体下部接受冷凝水,以一定时间内接受的冷凝水量来确定防结露性能。该标准指标规定8h内没有结露水。

日本标准规定的测试方法简单,被众多国内学者采用,该方法是测试涂层材料在一定时间内的吸水能力,适用于厚质涂层材料。美国标准是军用的标准,测试过程复杂,操作性难度大,但是该测试方法装置,更符合防结露涂料原理。从现有两个标准规定的测试方法中可以看出,两个方法的测试条件均与实际建筑环境条件有一定的差距,在测试装置和过程中还存在一定的不足,因此现有的标准不能够科学、准确的评价建筑用防结露涂料的防结露性能。而且,我国至今还没有防结露涂料的测试方法标准,制定科学、合理的方法标准,对促进防结露涂料的健康发展,具有重要意义。
 
结论
 
随着对人居环境质量要求的不断提高,建筑结露问题急需解决,防结露涂料是解决建筑结露问题最为行之有效的方法。本文调研了防结露涂料产品,全面分析了产品类型和防结露机理。同时,系统的介绍了测试方法标准的国外发展现状,分析了各个标准的优点与不足,现有标准不能够科学、全面的评价涂料的防结露性能。我国防结露涂料行业落后,防结露涂料产品不能满足市场需求,为了进一步行业发展,急需建立科学的评价方法。
 
参考文献:
 
[1]. 李庆福. 工业建筑防结露设计、工业建筑,
1990,(5):18-23.
[2]. 徐峰、朱晓波等,功能性建筑涂料,化学工业
出版社,2005:444-447
[3]. 李树林,添加硅藻土的防结露涂料,建材工业
信息,1985年,(17):15
[4]. 王三平,防结露涂料。中国涂料,1987年,
(3):49-50
[5]. 曲乃仁,日本防结露涂料研究与进展。化工进
展,1989年,(5):35-39
[6]. 汪新民,防结露乳胶涂料的研究,涂料工业,
1998年12期,13-15
[7]. 曲乃仁,日本防结露涂料研究与进展。化工进
展,1989年,(5):35-39
[8]. 日本工业标准JIS A 6909
[9]. 美国军用标准 TT-C-492a