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建筑内外墙底漆抗泛碱性及抗盐析性试验方法的研究
马捷，袁扬，张乐群
(中国建筑科学研究院国家化学建筑材料测试中心，北京100013)
摘要：从基材、样品制备、试验条件等几个方面对各类型的建筑内外墙底漆的抗泛碱性和抗盐析性的实验室测试方法进行了研究。该试验方法已被《建筑内外墙用底漆》JG/T210—2007行业标准采用。
关键词：建筑内外墙底漆；抗泛碱性；抗盐析性；试验方法
0.引言
随着社会文化的不断进步，人们对民用建筑和公共建筑的内外墙装饰投以更多的关注，这些饰面装饰的造型和色彩都成为美化人们生活的重要元素。近年来，建筑内外墙涂料以其色彩和装饰效果多样化、施工简单、装修费用低，更新方便等特性，成为应用最为广泛的建筑饰面材料之一。但由于大多数涂料的饰面层相对较薄，当对基材的封闭处理不到位时，很容易发生泛碱、泛盐的情况，这些碱盐类物质一方面可能随着水分的蒸发直接迁移到涂饰表面造成泛白现象，另一方面可能会与涂层中不耐碱的有机颜料发生反应造成涂饰表面局部或大面积的褪色、发花，进而丧失涂层的保护和装饰功能。值得一提的是，一旦这种情况发生，补救起来将十分困难，很多时候只能全面返工，浪费了大量的人力、物力和时间。由此看来，当建筑物竣工后，无论面层采用何种装饰涂料，对于基材(包括处理后的基材)的封闭处理都是首先需要进行的，而完成这道工序的材料就是建筑内外墙底漆。长期以来，由于没有建筑内外墙底漆的相关标准，市场上底漆的质量良莠不齐，有些产品仅仅是简单的乳液加水，施工之后是否能抵抗基材碱性物质和盐类物质的渗透和析出既无衡量的方法也无判定的指标。为了扭转这种情况，控制产品质量，中国建筑科学研究院作为主编单位从2004年7月开始着手制定《建筑外墙用底漆》行业标准。泛碱是指混凝土或砂浆表面透出的白色碱性物质。该种现象出现与形成混凝土坚固性能的化学反应密切相关。水泥的硬化过程是水与硅酸钙的化学反应生成Ca(OH)2和水化硅酸钙，水泥当中还有硅酸钠和硅酸钾等物质的存在，因此NaOH、KOH也会在水泥水合反应过程中产生。盐析现象也是造成涂膜泛白发花的重要原因之一，盐析与泛碱往往是交叉在一起的，在水泥水合过程中产生的氢氧化物，当其迁移到底材表面与空气中的CO2接触后反应生成碳酸盐和水，水挥发后会把碳酸盐留在底材表面。当未用底漆或底漆使用不当时，碳酸盐会在涂层上析出成为白色颗粒，在深色漆的涂层上更为显著，造成涂膜发花。另外，在涂饰工程中，经常会有抢工期的现象发生，为了应付交工常常加入高于标准要求的外加剂(大多为盐类)，随着基层水分的蒸发和盐类的扩散渗透，会将盐类带出并滞留在涂层表面，造成涂膜发花。抗泛碱性和抗盐析性是建筑内外墙底漆的两项重要技术指标，是指涂层抵抗基材碱性或盐类物质渗透和析出的能力。对于外墙涂料而言，作为建筑涂料基材的抹灰砂浆层或腻子层往往含有多种盐类，在基材的干燥过程中，这些盐的成分及水泥水化反应的碱性产物会随着水分的挥发逐步向表面迁移，如果没有底漆的保护，碱性或盐类物质迁移到表面后在适合的条件下会转变为结晶颗粒并附着在饰面涂层上，造成表面泛白、发花，严重影响涂层的装饰功能。对于内墙涂料而言，也需要具有抗泛碱性的底漆以防止高碱性腻子对有色内墙涂膜的破坏。
1.抗泛碱性及抗盐析性试验方法标准分析
通过对国外标准和文献的查询，我们没有发现完全符合的标准，只检索到一些相关的标准方法，如ASTMD7072—04《评价乳胶涂料加速风化的标准方法》[1]，国内也未发现有地方标准，只有一些企业根据自己产品特性制定的企业标准。在ASTMD7072—04标准中，采用的方法是在纤维水泥试板表面刮涂一层6mm厚的水泥砂浆，干燥一定时间后将试板分割为几个小块，按规定质量将买卖双方商定的试验涂料和对比涂料刷涂在水泥砂浆表面，待涂料干燥后放入具有一定温湿度的密闭容器中48h，取出放置一夜后观察涂料表面是否有风化、碱的析出或其他漆膜缺陷。在这个方法中，所选用的对比涂料、干燥时间、刷涂质量、试验温湿度条件等诸多重要因素均由买卖双方商定，变数太多，不具有普遍性，在国内以此作为通用的试验方法可操作性较差。而国内的企业标准也大多采用在底漆涂层上刷涂本企业一种性能较差、不耐碱的涂料产品，通过观察面涂的变色情况得出试验底漆产品质量的相对排序。作为通用标准试验方法也不适宜。本项目从试验方法适用范围广、可操作性强、简单易行、试验周期短的研究思路出发，依据内外墙底漆产品特点和实际使用状态，对试验基材、试验溶液、显色颜料、试验容器等进行选择，通过大量试验对影响试验的因素、方法的适用性、重复性和再现性进行了研究。通过本项目研究提出的抗泛碱性及抗盐析性试验方法，已纳入《建筑内外墙用底漆》标准报批稿。
2.抗泛碱性及抗盐析性试验方法研究
2.1试板的制备
2.1.1试板材质的选择
要想在实验室短时间内评价底漆抗泛碱及抗盐析性能的优劣，就要求试验板材具有以下几个特点：
(1)材质相对疏松，碱盐类物质可在较短时间内实现从内部到表面的迁移；
(2)吸水率不能过大，否则底漆产品在表面难以成膜，与真实情况不符；
(3)试样板材应平整并保证一定范围内的材质均匀性，为试验结果的平行性提供保证。
为此，我们分别对石棉水泥板、红缸砖、透水砖等材料进行了对比试验，结果见表1。
表1不同材质试验试板对比试验结果
通过试验结果的比较，决定选用纤维增强水泥中密度平板作为试验板材。
2.1.2试板尺寸的选择
#p#分页标题#e#建筑涂料耐水性、耐碱性试验试板尺寸均为150mm×70mm×(4～6)mm，本项研究中也选用了这个通用尺寸，由于试板厚度直接影响到碱性物质的迁移速度，因此根据纤维增强水泥中密度平板现有规格初步选择厚度为5.5～6.5mm作为试板厚度，后经试验发现该尺寸可满足试验要求，故规定试板尺寸为150mm×70mm×(5.5～6.15)mm。
2.1.3底漆湿膜厚度的选择
本项研究最初是根据内外墙乳胶涂料标准要求的湿膜厚度120μm+80μm分两道制备底漆试板的，考虑一般饰面涂饰工程的实际情况是通常只涂刷一道较薄底漆，因而将底漆湿膜厚度定为80μm。
2.1.4制板方法的选择
本项研究最初采用与现行各涂料标准要求一致的线棒刮涂制板方法，但刮涂对基材平整度、线棒清洁度要求高，容易产生刮痕，试板背面易被试样沾污，透水性试板存在明显的不均匀性，引入的系统误差较多。后改为选用计算理论值的刷涂方法制板，制备后漆膜的均匀性明显提高(见表2)。由于本试验方法是为了配合《建筑内外墙用底漆》行业标准的编制进行开发制定的，表2、表3以抗泛碱性试验方法为例，参照该标准中设立的抗泛碱性技术指标对试验数据进行单项判定。
表2刮涂和刷涂制备试验结果对比表(抗泛碱性试验)
表3由表2得出的结论
注：变色面积≤10%判定为合格。
2.1.5养护时间
试验环境(标态)下养护7d，这与合成树脂乳液内外墙涂料标准要求相同。
2.1.6试板的封边
合成树脂乳液内外墙涂料标准试板封边是采用松香和石蜡的混合物，但松香在碱液中有溶解现象，会污染试板，故不用松香。同时，由于纤维增强水泥中密度平板较为疏松，吸收性较强，仅一道石蜡不能保证完全封闭完好，因此用石蜡封边(两道)，且封闭第二道时石蜡液体温度不能过高。
2.2试验条件的选择
2.2.1试验溶液的选择
(1)抗泛碱性试验溶液的选择
建筑涂料耐碱性方法中的试验溶液为饱和Ca(OH)2水溶液，由于Ca(OH)2在水中的溶解度很低，碱性弱，用Ca(OH)2水溶液作为试验溶液观察不到结果，后分别试用10%NaOH、5%NaOH、4%NaOH、3%NaOH水溶液，但都发现溶液碱浓度过高，试样抗泛碱性通过率低，且与实际涂饰工程基材的碱性相差较大，且故最终采取2%NaOH水溶液作为试验溶液。试验结果见表4。
表4不同浓度NaOH水溶液对试验结果的影响
(2)抗盐析性试验溶液的选择
试验初期曾采用5%Na2SO4+饱和NaCl水溶液，因浓度过高试验结果通过率低，且与实际工程基材情况差距较远。最终采用5%Na2SO4+10%NaCl水溶液。试验结果见表5。
表5不同浓度盐溶液对试验结果的影响
2.2.2置放基材的选择
#p#分页标题#e#在试验过程中曾使用厚度为1.0～1.5cm海绵为试板的置放基材，但发现海绵的质量、密度、发泡类型等不易控制且对试验结果有影响，数据的波动性较大，故采用塑料或其他耐碱材质的多孔隔板为试板的置放基材。同时为保证有充分的试验溶液浸润试板底面，将多孔隔板垫起1.0～1.5cm。
2.2.3面涂的选择
由于底漆在实际中并非直接暴露于大气中，它是一个过渡产品，在制定抗泛碱性及抗盐析性方法时必须考虑到这点。因为面涂是否存在及其性能的优劣将直接对底漆内部的毛细结构产生影响，进而影响到碱、盐类物质的迁移速度。底漆漆膜致密程度较低，微观空隙较大，如不施加面涂不仅与真实使用情况不符，而且也不利于毛细作用的形成，碱、盐类物质会由于缺乏压力不易迁移到漆膜表面，以此试验不能真实反应底漆抗泛碱性及抗盐析性。另一方面，如果施加的面涂性能很好，漆膜过于致密，则即使底漆性能较差，碱、盐类物质已穿过底漆漆膜，也可能无法迁移到面涂漆膜表面，造成对底漆试验结果的误判。在搜集到的大多数企标中，都是采用一种性能较差的涂料加入不耐碱颜料作为面涂，根据面涂的变色情况判定底漆的抗泛碱性。但这些面涂产品不具有通用性。故我们选择2%的聚乙烯醇(PVA)水溶液作为面漆，因为聚乙烯醇为通用产品，形成的漆膜也可满足试验要求。
2.2.4抗泛碱性试验中遇碱变色物质及抗盐析试验中显色颜料的选择
在抗泛碱性试验过程中曾使用耐碱性差的钼铬红颜料与水1∶1的混合液作为遇碱变色物质涂刷在底漆表面上。由于钼铬红的组成为铅盐，不利于环保，且试验结果重复性差，后改为无机颜料铁蓝与2%PVA的混合液(混合比例为1∶4)作为遇碱变色物质，既无环保问题又有利于最终结果的判定，还解决了原试验方法的异常现象。结果见表6。
表6钼铬红颜料和铁蓝颜料作为遇碱变色物质对试验结果的影响
在抗盐析性试验中，当盐类物质迁移到聚乙烯醇形成的漆膜表面后，随着其中水分的流失，在漆膜上表面会形成细微的结晶。为了便于观察并考虑到与抗泛碱性试验的统一性，我们仍选用铁蓝作为显色颜料。具体是采用无机颜料铁蓝与2%PVA的混合液(混合比例为1∶4)作为耐盐析性试验中的面涂。
2.2.5养护时间
在抗泛碱性及抗盐析性试验中，影响因素较多，因此对试验容器的尺寸、加盖与否、覆盖试验容器的材质、试板的放置方式等都作了详尽的规定。以抗泛碱性试验为例，部分试验结果见表7。
表7试验容器、覆盖试验容器的材质对试验结果的影响(抗泛碱性试验)
注：新闻纸及宣纸为覆盖试验容器的材质；高箱、矮箱指试验容器的高低。
由表7可见，一方面，试验容器的高矮对试验结果的影响不是很大；另一方面，宣纸由于较为疏松，透气性大于新闻纸，故造成水分在试板内部的迁移速度过快，使试验结果普遍较差。故决定采用新闻纸作为覆盖试验容器的材质。新闻纸的标准在GB/T1910《新闻纸》中有明确的规定，在本项研究的抗泛碱性及抗盐析性试验方法中，凡是符合该标准要求的，密度为45～51g/m2的新闻纸均可使用。
2.3适用性试验
本项研究共对不同类型内外墙底漆样品进行抗泛碱性试验67组，抗盐析性试验60组。结论是该试验方法普遍适用于各种建筑内外墙底漆，适用性较好。
2.4再现性试验
本项研究共选取9个样品进行了不同试验室的再现性试验，以抗泛碱性试验结果为例，具体见表8。
表8再现性试验结果(抗泛碱性试验)
注：本项研究的试验方法再现性较好，能够满足试验要求。
3.抗泛碱性及抗盐析性试验方法
3.1范围
本试验方法适用于各类建筑内外墙底漆抗泛碱性及抗盐析性的测定。
3.2术语和定义
抗泛碱性———涂层抵抗基材碱性物质渗透和析出的能力。
抗盐析性———涂层抵抗基材盐类物质渗透和析出的能力。
3.3试验设备与装置
天平，精度为0.1g；纤维增强水泥中密度平板[150mm×70mm×(5.5～6.5)mm]；不加盖平底箱(塑料或其他耐碱材质)。
3.4试验方法
3.4.1试板的制备
(1)将底漆样品搅拌均匀后制板，制板采用刷涂法刷涂1道。每个样品须先行测定密度D，根据涂膜湿膜厚度80μm按下式计算出刷涂质量：
m=D×S×80×10-4
式中：m—湿膜厚度为80μm的一道刷涂质量，g；
D—样品密度，g/cm3；
S—试板面积，cm2。
计算刷涂质量精确到±0.1g。
(2)将刷涂好的试板在标准环境下养护7d，每一样品应同时制备3块试板。
3.4.22%PVA-铁蓝水溶液的配制
(1)配制2%PVA(粉状聚乙烯醇1788)水溶液
#p#分页标题#e#按计算量将水加入容器中，在高速搅拌下缓慢加入粉状聚乙烯醇(1788)，待聚乙烯醇加完后，继续在高速搅拌下充分搅拌，溶液中如无团状物、块状物存在时可出料，80目滤网过滤后，于标准环境下静置备用，贮存期不超过1个月。
(2)配制2%PVA-铁蓝水溶液
按计算量将配制的2%PVA水溶液加入容器中，边搅拌边加入铁蓝颜料(LA09-03)，2%PVA水溶液与铁蓝颜料的质量比为4∶1，高速搅拌约10～15min至均匀，出料后于标准环境下静置备用，贮存期不超过1个月。
(3)将制备好的试板在养护期第6d时采用石蜡封边(2道)，并在底漆表面刷涂按(2)配制的溶液，刷涂质量为(0.4±0.1)g。
3.4.3试验溶液
抗泛碱性试验溶液：2%NaOH水溶液，每次试验前配制。抗盐析性试验溶液：5%Na2SO4和10%NaCl混合水溶液，
试验溶液配制比例：Na2SO4∶NaCl∶水=5∶10∶85(质量比)，每次试验现配现用。
3.4.4试验容器
试验应在不加盖的平底箱中进行，箱的尺寸为(60±5)cm×(40±5)cm×(25±5)cm，箱内底部放置多孔(孔隙率>50%)隔板(塑料或其他耐碱材质)，多孔隔板应垫起，垫起的高度为1.0～1.5cm。如图1所示。
图1试验容器剖面示意图
3.4.5试验步骤
(1)将试验溶液加入3.4.4的容器中，试验溶液液面略高于垫起的多孔隔板高度。
(2)将3.4.2中(3)的试板小心放入容器中，涂刷有铁蓝的底漆面向上，试验溶液浸没试板的高度应大于试板厚度的1/2，确保在试验周期内试板底面均被试验溶液充分浸润。用密度为45～51g/m2的新闻纸将箱口覆盖并用胶带沿周边密封好。
(3)每个样品平行制备3块，按规定的试验时间进行，试验结束后取出试板，试板应立放，保证试板通风并完全干燥，在标准试验环境下放置24h后观察结果。
3.4.6结果判定
(1)抗泛碱性
判定时观察试板中间区域，观察面积为110mm×50mm(以试板的长边向内各扣除10mm，短边向内各扣除20mm的面积为准)，视铁蓝变色(由蓝色变为棕黄色)面积的百分比，3块试板中有2块试板变色面积均≤10%判定为无异常。
(2)抗盐析性
判定时观察试板中间区域，观察面积为110mm×50mm(以试板的长边向内各扣除10mm，短边向内各扣除20mm的面积为准)，视铁蓝表面析出的白色结晶或泛白面积的百分比，3块试板中有2块试板表面析出的白色结晶或泛白面积均不大于10%判定为无异常。
4.结语
本项研究依据建筑内外墙底漆产品的使用条件和特点，结合工程实际使用情况进行了大量系统细致的研究和试验工作。确定了抗泛碱性及抗盐析性的各种试验条件和相关的试验方法。经专家评审，在显色颜料和显色涂层的确定方面有突出的创新性，研究完成的试验方法可操作性强、再现性好。该试验方法已纳入《建筑内外墙用底漆》JG/T210—2007行业标准。
