内墙无机建筑涂料的检测与性能分析

姜广明，马海旭，梁 杨，王连盛，王志霞，胡 水

（1.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；2.北京化工大学，北京 100029）

0 引 言

由于低 VOC 乳液和助剂的使用，合成树脂乳液内墙涂料的挥发性有机物（VOC）、甲醛、苯系物以及重金属的含量都非常低，它是目前最主要的水性内墙涂料品种。为了追求更高的环保性和更丰富的功能性，目前市场上也推出了一些新的品种的无机涂料，如无机干粉涂料、液态硅藻泥涂料和内墙无机建筑涂料等。以碱金属硅酸盐［1］和硅溶胶［2］为主要粘接剂的内墙无机建筑涂料，具有透气性、吸湿性、防霉菌滋生和不燃等特殊性能［3］。通过在碱金属硅酸盐［4-5］或者硅溶胶［6-7］中加入部分的乳液组成复合涂料，可以改善内墙无机建筑涂料的脆性，增强漆膜的强度，提高涂料的耐洗刷性。在解决了贮存稳定性、细度、耐洗刷性、掉粉甚至脱落和丰满度等技术难题后，内墙无机建筑涂料被越来越多的消费者所青睐。

本文检测了内墙无机建筑涂料的物理性能、水蒸气透过率、有害物质含量等性能，利用红外光谱、有机物含量等分析手段解释了各产品的性能差别，给出了国内目前的内墙无机建筑涂料的有机物含量的范围。

1 实验原料和设备

1.1 实验原料

选取 6 个无机建筑涂料企业生产的 8 个内墙无机建筑涂料，分别编号为 WJ-1，WJ-7，WJ-8，WJ-11，WJ-12，WJ-14，WJ-15 和 WJ-17。

1.2 实验方法和设备

物理性能，如低温贮存稳定性、热贮存稳定性、耐洗刷性、耐水性等的检测依据 JG/T 26－2002《外墙无机建筑涂料》。

水蒸气透过率使用水蒸气透湿杯测试，水蒸气透过率的检测依据 JG/T 309－2011《外墙涂料水蒸气透过率的测定及分级》，在多孔 PE 板上刷涂 2 道后测试。

有害物质含量的检测依据 GB 18582－2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》。其中挥发性有机化合物（VOC）含量使用 GC126 型气相色谱仪测试。

红外光谱使用 Nicolet 6700 傅立叶变换红外光谱仪测试，扫描范围为 4000～400 cm-1，分辨率为 4 cm-1。将涂料晾干后粉碎，用 KBr 压片后测试红外光谱。

热失重分析使用 TGA/DSC1 同步热分析仪（型号 STARe system）测试；氮气气氛测试的温度范围为室温 ～900℃。

2 结果与讨论

2.1 物理性能和水蒸气透过率分析

8 个内墙无机建筑涂料的低温贮存稳定性、热贮存稳定性、耐洗刷性、耐水性和水蒸气透过率的检测结果，如表1所示。

表1 内墙无机建筑涂料的物理性能和水蒸气透过率

低温稳定性有同一厂家的 2 个产品出现了凝聚的现象。8 个产品的热贮存稳定性 100 % 合格。耐洗刷性除了 WJ-7 达到 2000 次外，其他产品的耐洗刷次数都在10000 次以上，这说明内墙无机建筑涂料的耐洗刷性非常优异。

WJ-1 样品出现了耐水后漆膜起泡的问题，这可能是因为其中加入的乳液不耐水的缘故。另外除了 WJ-8样品耐水无异常外，WJ-7、WJ-11、WJ-12、WJ-14、WJ-17等 5 个样品都出现轻微掉粉的现象，WJ-15 还出现了严重掉粉的问题。这是因为内墙无机建筑涂料的生产企业过分地追求内墙无机建筑涂料的环保性能，加入的乳液含量都不是很多，导致内墙无机建筑涂料的漆膜强度不高，容易发生轻微的掉粉；当乳液含量极低时，就会出现严重的掉粉。

8 个内墙无机建筑涂料的水蒸气透过率，都≥1500g/（m2·d）。除了个别 PVC 特别高的合成树脂乳液内墙涂料外，合成树脂乳液内墙涂料的水蒸气透过率一般都＜1000g/（m2·d）；而 PVC 特别高的合成树脂乳液内墙涂料的耐洗刷性通常都很差。内墙无机建筑涂料在保证高透气性的同时，又不降低耐洗刷性。这是由其物理结构和化学成分共同决定的，体现了与合成树脂乳液外墙涂料相比的优势。

2.2 有害物质含量分析

8 个内墙无机建筑涂料的有害物质含量的检测结果，如表2所示。

8 个内墙无机建筑涂料样品都达到国家标准的要求，并且有害物质含量远远低于国家标准的要求，比一般的合成树脂乳液内墙涂料更加环保。

其中 WJ-1、WJ-8、WJ-14 的 VOC 含量在 8 个样品中比较高一些，说明这 3 个样品中加入的乳液含量略高一些。高一些乳液含量造成涂膜的孔隙少一些，水蒸气透过率低一些，因此这 3 个样品的水蒸气透过率也是 8 个样品中最低的。

表2 内墙无机建筑涂料的有害物质含量

2.3 红外光谱分析

8 个内墙无机建筑涂料的红外光谱，如图1所示。

图1 外墙无机建筑涂料的红外光谱图

内墙无机建筑涂料的红外光谱的解析可以分为 3 组，各个峰的高低与各组分的相对含量成比例。

第一组中，3438cm-1的宽峰是 O-H 伸缩振动峰，2956、2927、2873 cm-1是 C-H 的伸缩振动峰，1729 cm-1是非常强的 C=O 伸缩振动峰。这说明内墙无机建筑涂料中都含有一定的聚酯成分。第二组中，1629 cm-1是 Si-O-H 的氢键伸缩振动峰，1055 cm-1是非常强的 Si-O-Si 振动峰。这是碱金属硅酸盐或者硅溶胶的红外峰。第三组中，1432cm-1和 876 cm-1是 CaCO3的反对称伸缩振动峰和面外弯曲振动峰。这说明 CaCO3是内墙无机建筑涂料中最常用填料。

8 个内墙无机建筑涂料的红外光谱，基本完全一致。这说明目前市场的内墙无机建筑涂料的成分与含量，也就是配方基本相同；主要成分都是乳液，碱金属硅酸盐或者硅溶胶，还有一定量的 CaCO3等无机填料。

2.4 有机物含量分析

8 个内墙无机建筑涂料的热失重曲线如图2所示。

图2 外墙无机建筑涂料的热失重曲线

8 个内墙无机建筑涂料在各温度区间的热失重率和残余物率，如表3所示。

有机物含量应该是涂料中的 VOC 的含量和高分子有机物化合物的含量的总和。计算时 VOC 成分未检出的以检出限含量计算，涂料密度以 1.3g/cm3计算。高分子有机化合物的含量以热失重分析在 270～530 ℃ 的热失重率计算。经计算出来的有机物含量如表3所示。

表3 外墙涂料在不同温度区间的热失重率和有机物含量

从表3 可以看出，各企业生产的内墙无机建筑涂料中的有机物含量差异比较大，其中 WJ-1 和 WJ-8 的有机物含量达到 12%～13%，而 WJ-11 和 WJ-15 的有机物含量仅仅达到 2 %～3 %。WJ-1 和 WJ-8 的有机物含量最高，与其 VOC 含量最高完全对应。WJ-11和WJ-15的有机物含量最低，与其耐水性最易掉粉，以及水蒸气透过率最高完全对应。

因此，可以得出结论：有机物含量，也就是乳液含量的高低，对内墙无机建筑涂料的最终性能起到了至关重要的作用。因此为了达到物理性能与环保性能的平衡，有机物含量既不能太高，也不能太低。目前国内内墙无机建筑涂料的有机物含量应该是≤8 %，但是不宜低于2.5%。

3 结 语

本文对内墙无机建筑的物理性能、水蒸气透过率和有害物质含量等方面进行检测，通过红外光谱分析了内墙无机建筑涂料的组成，利用热失重分析和气相色谱测试得到了内墙无机建筑涂料的有机物含量；发现有机物含量对内墙无机建筑涂料的性能至关重要。通过实验结果指出，目前国内内墙无机建筑涂料的有机物含量应该是≤8 %，但是不宜低于2.5%。