外墙无机建筑涂料的检测与鉴别

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

外墙无机建筑涂料是指以碱金属硅酸盐［1］或硅溶胶［2，3］为主要黏结剂，采用刷涂、喷涂或滚涂的施工方法，在建筑物外墙表面形成薄质装饰涂层的涂料［4］。它具有耐候、透气、环保及不燃等诸多优势［5］，可替代合成树脂乳液外墙涂料广泛地应用于建筑工程涂装上。但是为了达到贮存稳定性、流平性，较好的耐沾污性以及抗菌防霉等性能，需要采用有机无机复合、纳米技术、溶胶-凝胶技术［6］、硅溶胶改性［7］等技术，并使用超细填料和助剂等［8］。

本文将通过比较外墙无机建筑涂料和合成树脂乳液外墙涂料的物理性能和水蒸气透过率等性能；以及通过红外光谱分析两者在成分上的差别；综合运用热失重分析法和气色色谱法测试涂料中的有机物含量，从而给出国内目前外墙无机建筑涂料有机物含量的范围。

1 实验原料及设备

1.1 实验原料

选取国内较大的无机建筑涂料企业生产的4个外墙无机建筑涂料，编号为WJ-2，WJ-6，WJ-16，WJ-18；选取1个合成树脂乳液外墙涂料，编号为WJ-21。

1.2 实验设备

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为JG/T309－2011《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。

红外光谱使用美国某公司生产的Nicolet6700傅立叶变换红外光谱仪测试，扫描范围为4000～400cm-1，分辨率为4cm-1。将涂料晾干后粉碎，用KBr压片后测试红外光谱。

热失重分析使用瑞士某公司产品TGA/DSC1同步热分析仪（型号STAResystem）测试；氮气气氛，测试的温度范围为室温～900℃。

挥发性有机化合物（VOC）含量使用上海某公司生产的GC126型气相色谱仪测试。挥发性有机化合物（VOC）含量的检测依据为GB24408－2009《建筑用外墙涂料中有害物质限量》。

2 结果与讨论

2.1 物理性能和水蒸气透过率分析

5个外墙涂料的物理性能的检测结果列于表1中。与合成树脂乳液外墙涂料形成完整的连续涂层不同，真正的外墙无机建筑涂料在微观上形成的是有机相和无机相的互穿网络结构［9］，因此透气性良好。我们也测试了外墙涂料的水蒸气透过率，结果也列于表1中。

表1 外墙涂料的物理性能和水蒸气透过率

4个外墙无机建筑涂料的物理性能都符合JG/T26－2002《外墙无机建筑涂料》标准的要求。合成树脂乳液外墙涂料WJ-21的物理性能符合GB/T9755－2014《合成树脂乳液外墙涂料》标准的要求。这说明外墙无机建筑涂料在耐水性、耐碱性、耐温变性等方面与合成树脂乳液外墙涂料相当。由于外墙无机建筑涂料的漆膜坚硬，其在耐洗刷性、耐沾污性、耐老化性等方面，还优于一般的合成树脂乳液外墙涂料。

一般来说，外墙无机建筑涂料的水蒸气透过率要比合成树脂乳液外墙涂料高1～2个数量级。水蒸气透过率，是鉴别外墙无机建筑涂料的第一个方法。

2.2 红外光谱分析

4个外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

4个外墙无机建筑涂料的红外光谱中最为明显的就是Si的红外峰，比如1637cm-1是Si-O-H的氢键伸缩振动峰，1041cm-1是非常强的Si-O-Si的振动峰。Si-OSi在1041cm-1的红外峰，是鉴别外墙无机建筑涂料的第二个方法。

另外外墙无机建筑涂料的配方中也含有一部分有机物成分和CaCO3等填料。比如3430cm-1的宽峰是O-H伸缩振动峰；2958、2933、2871cm-1是中等强度的C-H伸缩振动峰，1737cm-1是非常强的C=O伸缩振动峰；1456cm-1是强的CO32-反对称伸缩振动峰，878cm-1是中等强度的CO32-面外弯曲伸缩振动峰。

合成树脂乳液外墙涂料WJ-21的成分中没有碱金属硅酸盐和硅溶胶，所以红外光谱中没有Si-O-Si的红外峰（见图2）。

合成树脂乳液外墙涂料WJ-21其他红外峰与外墙无机建筑涂料的基本相同。比如1730cm-1处的强峰说明乳液中含有酯的官能团；1446cm-1和878cm-1处的强峰说明样品中不但含有CaCO3，而且CaCO3的含量比外墙无机建筑涂料的高。

2.3 有机物含量分析

图2 合成树脂乳液外墙涂料的红外光谱图

外墙无机建筑涂料中有机物含量一般要低于合成树脂乳液外墙涂料。因此利用热失重分析仪，分析外墙涂料中的各种成分的种类和含量，就可以比较外墙涂料中有机物含量的高低。

4个外墙无机建筑涂料的热失重曲线如图3所示，1个合成树脂乳液外墙涂料的热失重曲线如图4所示。

图3 外墙无机建筑涂料的热失重曲线

图4 合成树脂乳液外墙涂料的热失重曲线

5个外墙涂料样品在各温度区间的热失重率和残余物率，以及挥发性有机化合物（VOC）含量都列于表2中。

表2 外墙涂料在不同温度区间的热失重率和挥发性有机化合物含量

270℃以下的热失重包括了水，VOC；对于外墙无机建筑涂料，这一段的热失重还包括碱金属硅酸盐和硅溶胶分子中结合的自由水分子。270～530℃的热失重主要来自于乳液中的高分子有机化合物分解；对于外墙无机建筑涂料，这一段的热失重还有一小部分来自于碱金属硅酸盐和硅溶胶分子的O-H发生缩水反应。530～900℃的热失重主要来自于填料的分解，如碳酸盐受热放出CO2等。

有机物含量应该包括低沸点有机化合物（即VOC）和高分子有机化合物的总量，因为低沸点有机化合物的含量低于高分子有机化合物含量0.5～1数量级，所以有机物含量接近于高分子有机化合物的含量。粗略计算的话，我们可以简单地将270～530℃的热失重率和VOC含量相加。计算时，涂料密度以1.4g/cm3计算。

WJ-2虽然是一个外墙无机建筑涂料，但是它加入的乳液含量最高，高分子有机化合物含量最多，从其VOC含量最高也可以证明。按照国外标准DIN18363-2012《德国建筑合同程序（VOB）.C部分：建筑合同中的一般技术规范（ATV）.油漆和涂层工程》的要求，外墙无机建筑涂料中的有机物含量不能太高［10］，因此在讨论外墙无机建筑涂料的有机物含量时就排除掉WJ-2了。

从表2中WJ-6、WJ-16和WJ-18的结果可以看出，目前国内外墙无机建筑涂料的有机物含量应该是≤10%。有机物含量，是鉴别外墙无机建筑涂料的第三个方法。

合成树脂乳液外墙涂料WJ-21的有机物含量≥20%；这说明合成树脂乳液外墙涂料的有机物含量比外墙无机建筑涂料的高很多。

3 结 论

本文检测了外墙无机建筑涂料和合成树脂乳液外墙涂料的物理性能和环保性能，利用水蒸气透过率测试、红外光谱测试、热失重测试和气相色谱测试总结了鉴别外墙无机建筑涂料的三个方法。本文研究了外墙建筑涂料的有机物含量的测试方法，通过实验结果指出目前国内外墙无机建筑涂料的有机物含量≤10%，这与国外的标准的要求还有差距。