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技术| 外墙涂料蜗牛纹的形成原因和解决方案(上)

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发表于 2017-4-13 21:47:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 涂料中国 于 2017-4-13 22:18 编辑

技术| 外墙涂料蜗牛纹的形成原因和解决方案(上)
原创 2017-04-12 徐凯斌 PCI可名文化


作者:徐凯斌  南京天祥涂料有限公司
关键词: 蜗牛纹 亮斑雨痕 耐水性 防结露性 接触角
同起皮、开裂、鼓泡、发花、褪色等漆膜病态一样,外墙涂料的雨痕问题是建筑涂料最常见的漆膜病态之一,是变色发花的一种特殊表现形式,会严重影响到建筑物的外观。虽然外墙雨痕极其常见,但关于外墙雨痕的系统研究报导并不多,甚至在涂料术语中对雨痕还没有明确的定义。外墙雨痕的种类繁多,最常见的外墙雨痕有亮斑雨痕、水白雨痕、污染雨痕和钙斑雨痕这四种类型。许多外墙雨痕看似十分相似,如亮斑雨痕、水白雨痕和钙斑雨痕从外观看都是发白,但本质却完全不同。因此处理外墙雨痕投诉时必须首先确定雨痕的种类,再对症下药,才能正确解决问题。

最常见的四类外墙雨痕中的水白雨痕、污染雨痕和钙斑雨痕从本质上来说分别由涂料的耐水白性、耐污染性和耐碱性决定的,相关研究报道较多,由于篇幅的限制本文不作分析讨论。亮斑雨痕的研究报道则较少,因此本文重点介绍外墙涂料的亮斑雨痕,并从亮斑雨痕的形成原因、多发场合、评估方法、影响因素、配方优化措施、投诉处理方法等方面来讨论。

外墙涂料的蜗牛纹(亮斑雨痕)
亮斑雨痕是指漆膜被雨水或露水打湿后漆膜内的水溶性有机物质被水溶解并带出,堆积在漆膜表面形成竖条状光亮且有点发粘的痕迹,如图一所示,由于在外观上神似鼻涕,故在国内也常被称为“流鼻涕”。国外常把亮斑雨痕称为蜗牛纹(snail trail),为了同国际接轨以下统称为蜗牛纹,因为它很像蜗牛爬过后留下的亮斑,如图二所示。这一条条亮斑造成漆膜表面光泽不同,而光泽的变化又导致视觉感知到的颜色差异而发花。


图一 外墙涂料的蜗牛纹(亮斑雨痕)


图二 蜗牛纹(snail trail)

蜗牛纹的形成机理

众所周知,外墙乳胶漆内都含有一些水溶性又难挥发的较高分子量有机物质和高分子有机物。这些亲水性物质通常有乳液中带来的乳化剂和保护胶,乳胶漆内的聚磷酸盐和丙烯酸类分散剂、增稠剂、润湿剂和色浆带来的分散剂和润湿剂等,在水性涂料配方中使用这些亲水性物质是必须的,并且在涂料完全固化后这些亲水性物质在漆膜中完好地结合在一起,不太容易从干膜中快速溶解出来,因此也是安全可靠的。最终可能被雨水慢慢溶解出来,不仅对漆膜没有危害而且能够进一步提高涂膜的耐水性。

通常来说外墙乳胶漆根据乳液类型和用量,成膜助剂、助溶剂等配方的不同,在23℃和相对湿度为50%的条件下的养护干燥时间最少需要三到五天;国家标准中对漆膜理化性能的检测通常是一周时间,甚至更长时间;国外相关标准则常常要求干燥一个月时间,如ASTM关于耐擦洗性的检测是要求二十八天后进行。因为许多乳胶漆要达到完全固化成膜的确需要这么长时间。在低温高湿的不利条件下,漆膜的固化时间还要进一步延长。基于这个原因,外墙乳胶漆在施工完成后的一个月内是处在高危风险中的。

外墙乳胶漆没有完全固化成膜,特别是施工完成后2到24小时内遇到低温高湿的天气,涂膜表面产生结露或淋上小雨时乳胶漆漆膜内亲水性物质极容易迁移到漆膜表面,在墙面形成富含亲水性物质的水珠,水珠在重力的作用下向下流淌形成水线挂在墙面上,当水分完全挥发后亲水性有机物质不能挥发,富集析出在漆膜表面,便形成一道道明亮且有点粘性的痕迹,相当于不均匀罩光,因为光泽不同导致颜色不同而产生的涂膜外观发花的缺陷。颜色是所有反射可见光的总和,一个色板当表面的光泽改变时其给人的颜色感觉也会不同,有配色经验的人一定知道给光泽不同的涂料配色是一件十分头痛的事,正是基于这一原因分光光度计设计了光泽补偿功能,就是用来尽可能减少配色时光泽对颜色的影响。

    外墙乳胶漆即使没有完全干燥固化成膜时遇到较大雨水时通常也不会产生蜗牛纹,因为这时虽然水溶性物质也会溶出,但会被雨水冲走,不会聚集在漆膜表面,不易形成蜗牛纹;即使有少量残留也会较均匀地分布在整个墙面上,不会产生明显的光泽差异。

蜗牛纹的多发场合

外墙乳胶漆中一定有亲水性物质,故任何外墙乳胶漆都有产生蜗牛纹的可能;实际上外墙乳胶漆出现亮斑雨痕的几率比水白雨痕的几率要低,但蜗牛纹一旦出现外观上往往很难看,所以蜗牛纹也应该引起我们足够的重视。外墙涂料的蜗牛纹通常在下列场合下容易发生:
➀ 气候条件:低温高湿季节的外墙乳胶漆干燥速度慢,遇上大雾时外墙表面结露,最容易产生严重的蜗牛纹,因为此时乳胶漆膜耐水性差,亲水性物质很容易被露水溶解出来,并且由于大气中湿度大,表面的露水长时间不能挥发,漆膜长时间浸泡在露水中可将大量水溶物抽取出来,太阳出来后水分挥发,亲水性物质在漆膜表面析出,留下浓厚闪亮发白的痕迹,十分难看。小雨是外墙蜗牛纹产生的另一个气候条件,此时雨水将漆膜内的水溶物萃取出来,并以水珠或水线的形式留在漆膜表面,水挥发后就会形成蜗牛纹或亮斑。

➁ 时间:蜗牛纹最容易发生在施工后的24小时内,随着时间延长,漆膜固化更充分,水溶性物质不易被溶解出来,出现蜗牛纹的可能性会越来越低。

➂ 涂料品种:油性外墙涂料中由于没有亲水性物质,一般不会产生蜗牛纹。低光(或丝光)外墙乳胶漆,也就是乳液含量在30-40%的外墙乳胶漆最易出现蜗牛纹,而哑光外墙涂料(一般乳液含量在20-30%之间)、半光和高光外墙涂料(一般乳液含量在40%以上)相对来说不易发生蜗牛纹。在我国普通外墙涂料中乳液含量一般不高,出现蜗牛纹的几率相对较低,但外墙弹性乳胶漆中乳液含量一般在35-40%之间,是最容易出现蜗牛纹的外墙涂料。

➃ 地理:由于蜗牛纹多发在易结露的低温高湿的气候条件和沿江、沿海的地理条件,我国的华东地区冬季、早春和仲秋季节气温低、湿度高,又多靠近江、河、湖、海,并且有一年到头不间断施工外墙涂料的传统,特别是年未有赶工期的习惯,所有因素都高度符合蜗牛纹产生的条件,因此华东地区出现亮斑雨痕的投诉最多;其次是华南和西南地区,因为雨水较多,湿度也较大;东北、华北、和西北地区由于空气湿度较低、冬季不施工,出现的概率相对会少一些。

➄ 色域:白色和浅色由于颜色的明度值高,即使出现了雨痕也不太显眼,并且由于不加或少加色浆,水溶物相对来说也较少,因此不易出现蜗牛纹。深色由于加入的色浆多,亲水性物质相对更多,耐水性更差,并且出现蜗牛纹后颜色变化更明显,因此更容易多发。由于人眼对灰色最敏感,所以深灰色最容易产生蜗牛纹投诉,例如图一中的二个案例都是较深的灰色。

蜗牛纹的评估方法

目前国内外相关标准中并无抗蜗牛纹性能的检测方法,国家标准《GB/T 31815-2015建筑外表面用自清洁涂料》中的“户外雨水污痕试验”是用来检测外墙涂料的耐污染雨痕性能,不能用来评估外墙涂料的抗蜗牛纹性能。现业内多采用以下两种方法来评估:
直接法:乳胶漆涂刷后干燥24小时后,将去离子水用羊毛刷涂布在漆膜表面,使水在漆膜表面形成条状,待水挥发干燥后目测蜗牛纹的严重程度。

图三  直接法检测涂料的抗蜗牛纹性能

结露法:设置适当条件让漆膜表面结露(底材的温度低于露点温度),并形成条状雨露挂在漆膜上,待水挥发干燥后目测蜗牛纹的严重程度。结露条件的设制可参考《HG/T4560-2013涂料的防结露性能测试方法》标准,但不能完全按此标准检测,因为该标准是通过收集单位时间内露水的重量来评价涂料的防结露能力,并不能评估涂料的抗蜗牛纹的能力。
两种评估方法各有利弊。直接法简单方便,易操作,不需要特别的仪器,因此采用的更多。结露法的条件设置较困难,没有标准的仪器可买,操作更繁琐,采用的较少;但若条件设置恰当的话结露法更能模拟真实蜗牛纹产生的场景,评估效果会更好。抗蜗牛纹性评估多选用中、深灰色的外墙乳胶漆,因为如前所述,中深灰色最易产生蜗牛纹,评估效果最好。

蜗牛纹的影响因素

影响外墙乳胶漆产生蜗牛纹的因素很多,总结归纳起来可以从A水溶物的源头,B水溶物的溶出通道(耐水性),C 防结露能力和D视觉敏感性等四个方面来综合考虑。
A. 水溶物的源头
产生蜗牛纹的根本原因是乳胶漆内存大多种亲水性物质,因此从源头上考虑亲水物质主要有成膜物质-乳液内的乳化剂和保护胶体;帮助颜填和底材润湿,提高涂料稳定性和色浆相容性的润湿剂;帮助颜、填料分散并长期稳定存在的分散剂以及调色色浆内含有的湿润剂、分散剂等亲水性物质,防止颜、填料沉降,提供涂料适当施工性能的流变增稠剂等。

B. 水溶物的溶出通道(耐水性)
乳胶漆内的水溶物是必不可少,因此完全消除几乎是不可能的,只要乳胶漆充分干燥完全成膜,乳胶漆的漆膜可以有很好的耐水性,此时水溶物的溶出通道基本被堵死,一般也不容易出现蜗牛纹。因此提高涂膜的耐水性,减少水溶物的溶出通道就可以有效降低蜗牛纹的发生。提高涂膜的耐水性的主要方法是提高成膜物乳液的耐水性,使用耐水性好的润湿剂、 分散剂和色浆等,以及使用其它功能性助剂来提高涂料的耐水性。

C.防结露能力
外墙涂料表面结露时最容易产生蜗牛纹,并且此时蜗牛纹也最严重,因此提高外墙涂料的防结露能力就可以减少蜗牛纹的产生。涂料的防结露能力主要由涂料的PVC、表面粗糙度及涂膜表面的亲/疏水性这三个方面决定。

乳胶漆的PVC越高,漆膜越粗糙多孔,这样一是可以使底材同环境更快达到温度平衡不符合结露的条件(底材温度等于或低于周围空气露点温度才会结露),即使结露了底材也可以吸收露水而达到防结露的目的。

在相同PVC时涂料表面的粗糙度越大,根据接触角的Wenzel模型理论,当液体在平整光滑的理想表面接触角小于90°时(水在乳胶漆漆膜表面的接触角一般小于90°),在粗糙表面的表观接触角会更小,即对表面的润湿性更好,更不易形成水珠而结露。即乳胶漆的表面越粗糙,防结露性能越好,水会在涂膜表面均匀润湿铺展开来,而不会形成水珠和水线挂在漆膜表面。

漆膜表面的亲/疏水性会影响水的接触角,漆膜表面的亲水性越强,水的接触角越小,水越易被漆膜表面均匀地吸收,不易形成水珠而结露,防结露性能也越好。

D. 视觉敏感性
人眼对蜗牛纹的视觉敏感性可从色域和光泽两方面来考虑。

出现蜗牛纹的地方对光的反射更多一点,给人的感觉可能更“白”一点。对于白色和浅色来说白度已经很高,视觉对再“白”一点的感觉不太敏感,不易被觉察到,因此发生蜗牛纹的几率更少,程度也更轻;深色通常较暗,“白”一点会更显眼,因此更易发生蜗牛纹;人眼对灰色最敏感,因此深灰色最容易发生蜗牛纹。

亚光漆膜表面亲水物析出时会被粗糙甚至多孔的表面所吸收,对光泽的影响较小,不易发生蜗牛纹;半光和高光漆膜表面光泽已经很高,亲水物在其表面析出对光泽的增加有限,因此也不易发生蜗牛纹;低光或者说丝光表面则刚好是致密平滑且光泽较低,不能再吸收亲水物,亲水物在表面析出后光泽会增大较多,反应最敏感,因此最易出现蜗牛纹问题。


未完 待续......

敬请期待 “外墙涂料蜗牛纹的形成原因和解决方案(下)”

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