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做和内墙涂料耐沾污性标准的方法研究

发布时间:2021-09-23 05:23:46 阅读: 来源:羊眼厂家

内墙涂料耐沾污性标准的方法研究

内墙涂料耐沾污性标准的方法研究

2018年12月15日

进入21 世纪以来,我国涂料行业取得了快速长足的发展,建筑涂料、工业涂料等的产值和销量屡创新高,在国民经济发展中发挥了重要作用。在与人们日常生活密切相关的建筑涂料方面,内墙涂料的耐沾污性越来越受到终端消费者的关注,已经成为评价内墙涂料性能的主要指标之一。

内墙涂料耐沾污性能的好坏很大程度上决定了涂膜在使用过程中的装饰效果中国涂料。具有优良耐沾污性能的涂料不但能保持涂料装饰效果的持久亮丽,而且延长了涂料重新涂装的时间间隔,极大节约了人力物力成本,减少了资源浪费和减轻了环境压力。但遗憾的是,目前国内建筑涂料行业对此还没有明确的检测方法和标准。市场上内墙涂料的耐沾污性能没有统一的指标进行界定,不但不能满足消费者的需求,而且也不利于行业质量监管部门和消费者区分内墙涂料这一性能的优劣。

反观国外,欧美工业发达国家非常重视建筑内墙涂料耐沾污性能的评估和研究工作。在美国,建筑内墙涂料有ASTMD3450、ASTM D4828、ASTM D6578 等国家标准,对涂膜耐污渍及可清洗能力进行评估,让市场上的产品有了公正和透明的评价方法[1 - 3]; 美国著名的《Consumer Report 》杂志根据这些国家标准,不断对市场产品进行对比,并公布测试结果,指导消费者对涂料进行选择。

通过研究国外相关标准发现,国外这些检测和评估方法与国内实际情况有些差异,在操作性以及所选污渍的代表性上有待进一步完善。例如ASTM D3450 仅选取炭黑与矿物油的混合物作为唯一测试污渍,这就很难说该污渍能代表人们家居中最常见的生活污渍; ASTM D4828 虽然推荐了铅笔、圆珠笔、红药水、水性记号笔、蜡笔、口红和炭黑与矿物油的混合物等7 种生活污渍,并在擦拭这些污渍后,记录涂膜的光泽改变( 5 个级别) 、颜色变化( 5 个级别) 和是否破损( 3 个级别) 等3 个指标,然而该标准并没有对这些污渍进行规范: 比如不同品牌的圆珠笔本身的可去除性就差别悬殊,因此很难保证不同测试机构的测试结果的重现性和可对比性;

ASTM D6578 是针对外墙涂料的抗涂鸦性进行测试,规定的污渍也不能代表常见的生活污渍[1 - 5]。鉴于此,本研究开展了对建筑内墙涂料耐沾污性测试方法的探讨,以期建立一套符合中国国情并行之有效的标准测试方法,从而促进建筑涂料领域回归以消费者为导向,以品质为动力的发展方向。

1 内墙涂料耐沾污性评定本研究选用了常见的室内污渍作为污染源,同时考虑到污渍来源的稳定性和标准性,也选取了部分具有代表性的单一化学成分物质作为污染源,比如醇溶黑CAS 8005 - 02 - 5,该单一化学物质是很多油性笔采用的主要成分。采用规范的涂布方式将各种污渍施加在养护好的涂膜表面,然后用擦洗设备清洗涂膜污渍,并用反射率测试仪测试涂膜被污染前和擦洗后的Y 值( 反射率) 变化。最后综合评定多种选定污渍的测试结果,给出内墙涂料耐沾污性数据。

1. 1 试验仪器和材料

反射率测试仪: 符合GB/T 23981—2009 中4. 1 规定的测试仪,上海现代环境工程技术有限公司; 漆膜涂布器: 由不锈钢制成,其规格为150 μm 的间隙,上海现代环境工程技术有限公司; 耐洗刷测试仪: 符合GB/T 9266 规定的测试仪,其中测试用磨头要求见图1,广州标格达实验室仪器用品有限公司; 医用脱脂纱布: 符合YY0331 - 2002 中要求; 黑色聚烯烃塑料片: 参照ASTM D2486 - 06 方法中规定的塑料片,尺寸为0. 25 mm × 432 mm × 165 mm,自制。

内墙涂料耐沾污性测试磨头示意图

1. 2 实验用污渍及制备

( 1) 绿茶: 取符合GB/T 24690—2009 的绿茶2 g 加入100 mL沸水,水质应符合GB/T 6682 中三级用水规定,浸泡30 min取出茶包,冷却备用,使用立顿牌绿茶包。

( 2) 食用醋,符合GB/T 18623—2011 规定。使用镇江恒顺牌食用醋。

( 3) 蓝黑墨水,符合QB/T 1745. 1—2011 标准。使用英雄牌蓝黑墨水( 牌号202) 。

( 4) 黑色中性水性笔: 符合QB/T 1655—2006 标准,使用真彩牌水性笔。

( 5) 黑色液体鞋油: 符合QB/T2478—2007 标准,使用红鸟牌液体鞋油。

( 6) 黑色油性记号笔: 符合QB/T 2777—2006 标准,使用真彩牌记号笔。

( 7) 黑色蜡笔: 符合QB/T 1336 标准,使用马培德牌蜡笔。

( 8) 水溶性黑色素: 用符合CAS 8005 - 03 - 6 的水溶黑色素配成3%水溶液。按计算量将水加入容器中,在搅拌条件下缓慢加入水溶黑色素,水与水溶黑色素的质量比为97∶ 3,加完后继续充分搅拌,确保黑色素完全溶解。建议提前24 h 配制好备用,配好的溶液的使用有效期为168 h。

( 9) 醇溶性黑色素: 用符合CAS 8005 - 02 - 5 醇溶黑色素配成10% 溶液,溶剂为30% 乙醇+ 70% 水( 质量比) 混合溶液。按计算量将水加入容器中,搅拌的同时加入乙醇( 分析纯) ,混合均匀后缓慢加入醇溶黑色素,水、乙醇、醇溶黑色素的质量比为63∶ 27∶ 10,加料完毕后继续充分搅拌,确保黑色素完全溶解。建议提前24 h 配制好备用,配好的溶液的使用有效期为168 h。

( 10) 凡士林炭黑混合物: 在容器中加入( 8 ± 0. 1) g 代号为CAS No. 8052 - 41 - 3 的干洗溶剂油和( 2. 0 ± 0. 1) g 符合GB/T 7044—2003 要求,代号为CAS 1333 - 86 - 4 的中色素炭黑( 使用勇峰牌,牌号Powcarbon2429G - W) 。用磁力搅拌器充分搅拌均匀,再将( 90 ± 0. 1) g 符合GB/T 1790—1994 的医用白凡士林油脂放置在( 70 ± 2) ℃的烘箱中加热氧化皮太多时30 min 直至熔融成液体,取出后加入上述干洗溶剂油和炭黑的混合浆用高速分散( 速度为500 ~ 600 r /min) 充分混合。把混合好的污渍常温下放置在实验室直至污渍凝成固态即可。使用有效期为168 h。

( 11) 红茶: 试液为红茶水,取符合GB/T 24690—2009 的红茶2 g 加入100 mL 沸水,水质应符合GB/T 6682 中三级用水规定。浸泡30 min 取出茶包,冷却备用,使用立顿牌红茶包。

1. 3 测试方法

1. 3. 1 实验条件

实验室温度: ( 23 ± 2) ℃,相对湿度: ( 50 ± 5) %。

1. 3. 2 试样的制备

将实验样品用150 μm 湿膜制备器一次均匀涂布在黑色聚烯烃塑料底材上,干燥168 h。

( a) 液态污渍涂布

除凡士林炭黑混合物外,其他均为液态污渍。在测试板的短边平行方向上,将涂膜中间部分用2B 铅笔划出三段区域,每段区域宽度20 mm,涂布污渍,2 条污渍间隔20 ~30 mm。每种污染源一块试板,每块试板上涂布3 条污渍。涂布形状参见图2。涂布时,将医用纱布裁成120 mm × 20 mm的条状,将2 条纱布条重叠后覆盖在测试区域上。涂布前,将污渍搅拌均匀,将3 mL 的液体污渍均匀滴于纱布上,充分浸润纱布。把涂好污渍的漆膜试片( 连同涂膜表面的浸透液体污渍的纱布条) 在符合GB/T 9278 规定的条件下静置2 h。将纱布小心移除。注意不能污染测试区域以外的涂膜或破坏测试不同部件的协同操作区域涂膜。用自来水冲洗涂膜20 s,防止测试时游离污渍相互作用影响测试结果,沥干待用。

涂布测试污渍后的涂膜样板示意图

( b) 固态污渍涂布

固态污渍: 凡士林炭黑混合物。将聚烯烃黑色塑料膜片切成160 mm × 50 mm × 0. 25 mm 长方形用作模具,内腔尺寸为100 mm × 20 mm,如图3 所示。

凡士林炭黑混合物涂布模具示意图

在涂膜测试区域放置模具,在模具的空腔区域涂上污渍,移除模具放置2 h 后,用纸巾清除涂膜表面的污渍,待用。涂布污渍时应注意不得破坏涂膜。

1. 3. 3 实验步骤

在选定区域中间部分用反射率测试仪测试涂膜反射率,每段区域测试1 次,如3 次结果之间相对误差小于5%,则取3次测试结果的算术平均值,记为Y0。将试板涂层面向上,水平固定在耐洗刷测试仪的试验台板上,把医用纱布裁成90 mm × 50 mm 的条状,重叠后固定在耐洗刷测试仪的磨头上进行擦洗测试。擦洗完成后将试片用流动的自来水冲洗20 s,结束后用纸巾吸去表面残留的水,放置至干燥。在污染区域中间部分用反射率测试仪测试涂膜反射率,每段区域测试1 次,如3 次结果之间相对误差小于5%,则取3 次测试结果的算术平均值,记为Y1。

1. 3. 4 计算

( 1) 涂膜对单种污渍的耐沾污性计算

涂膜对单种污渍的耐沾污性按式( 1) 计算。

式中: X—涂膜对单种污渍的耐沾污性,保留3 位有效数值,%; Y1—测试区域测试后平均反射率值; Y0—测试区域初始平均反射率值。

按照涂膜对各种污渍的去除能力,将涂膜抗单个污渍能力分为1 ~ 10 级( 即评分值R 1 ~ 10 分) 。其中1 级所对应的X 值的是各污渍涂布在漆膜上初始值,也即对该污渍没有任何的去除能力。10 级代表最高的污渍去除率,相当于能把绝大部分的污渍去除掉。同时结合色卡分级标准以及肉眼区分度,依照污渍的深浅区别化分级,也即当污渍相对颜色较深时,级差相应较大,随着去污能力的提升,等级越高,则级差越小。

根据X 的范围确定涂膜对该种污渍的评分值R,参照表1。

各污渍评分标准

( 2) 涂膜耐沾污能力综合评价

涂膜耐沾污能力综合评价按式( 2) 计算。

式中: R —涂膜耐沾污能力,保留2 位有效数值,%; Ri—涂膜对第i 种污渍的评分值; n—污渍的种量。

2 结果及讨论2. 1 测试方法的确定

2. 1. 1 刷头质量和擦洗次数的确定

为了验证该方法的可操作性,实验沿用原有的耐洗刷测试仪,只是对刷头进行了可操作性的改造,如图1 所示。通过刷头质量为1. 0 kg、1. 5 kg、2. 0 kg,分别对涂料进行100 次、200 次、300 次擦洗测试,结果见表2。

刷头质量及擦洗次数的选择

根据试验结果,选择1. 5 kg 的刷头进行测试,擦洗200 次作为实验周期。

2. 1. 2 涂料耐洗刷性能的确定

考虑到比较劣质的涂料由于涂膜刷破后,会将污渍一起带走,从而造成测试误差,为了避免这种情况发生,要求用该方法测试的产品首先要通过内墙涂料优等品GB/T 9756—2009耐洗刷性的要求。

2. 1. 3 擦洗工具选择

擦洗工具的选择要求是对涂膜没有破坏,重现性好。比如刷子容易对涂膜造成破坏,导致测试数据偏差较大; 海绵由于没有统一的标准,不同密度和硬度的海绵也会导致测试结果出现差异,质量较差的海绵在测试过程中本身容易造成损坏。

纱布则有相应的标准来规范( YY0331 - 2002 医用脱脂纱布) ,且原料容易得到。由于该实验的擦洗过程有1. 5 kg 的负质量,需要保证纱布在测试过程中没有破损,因此需要将8 层的纱布重叠后固定在磨头上进行测试。

2. 2 污渍种类的确定

污渍选择的原则是有代表性、可操作性、可重复性,对涂料性能有区分度。通过前期寻访调研,许多业内专家和涂料生产企业普遍认为降低颜料体积浓度( PVC) 能够提高内墙涂料的综合性能,应该鼓励产品往颜基比( 颜料基料比) 低的方向研发。经过验证,不同PVC 的涂料产品耐污渍的能力( R值) 确有差异,根据表1 和式( 1) 的计算结果如表3 所示。

不同PVC 内墙涂料的耐沾污测试结果

从表3 可以看到,黑色蜡笔测试的结果都很好,没有区分度; 黑色油性记号笔测试的结果都很差,也没有区分度,所以不被选择。绿茶和红茶类似,都可以有所区分,但在测试过程中绿茶颜色会发生较大的变化,所以为了避免仪器误差,仅选择红茶备选。而液体鞋油由于涂刷的均匀度重复几次后会有差异,为了避免人为导致误差,也不作为测试污渍。最终,考虑到科学性及污渍源的稳定性,同时又要考虑到真正购买涂料的消费者对该方法的接受程度,对污渍的选择采用生活污渍和标准污渍两大类: 即生活污渍———红茶、食用醋、蓝黑墨水; 标准污渍———水溶性黑色素、醇溶性黑色素、凡士林炭黑混合物。

2. 3 对测试方法可重复性的验证

实验同时邀请业内5 家检测机构进行了平行测试,结果见表4。

表4 不同测试机构对涂膜耐沾污性能测试重现性的影响

不同测试机构对涂膜耐沾污性能测试重现性的影响

由表4 可知,5家检测机构对3 种涂料进行平行测试,该测试方法的可重复性良好。

2. 4 对涂膜耐沾污性好坏原因的初步考虑

通过以上试验方法摸索及方法验证,提高涂料耐沾污性可以从以下几点着手考虑:

( 1) 部分劣质涂料体现比较好的耐沾污性能,原因主要是涂膜破裂带走污渍,因此涂料品质至少应达到GB/T 9756—2009 优等品的要求。

( 2) 由表3 可知通过降低PVC 可提高涂料耐沾污性测试结果,可见PVC 低的内墙涂料有利于展现更加优异的耐沾污性能,因此提高乳液添加量会提升最终评价结果。

( 3) 涂膜的表面张力低有助于提高其综合耐沾污性能。从实验中可看到,液体污染物很容易向涂膜内部渗透,且随着渗入深度的提高,污染物被擦除的难度越高。

( 4) 提高涂膜的致密程度也有利于减少液体污染物向其内部渗透。

3 结语

内墙涂料耐沾污的测试方法对规范内墙涂料市场向高品质方向发展有重要意义。通过以上大量实验工作可以获知:

( 1) 该方法具有代表性、可操作性和可重复性;

( 2) 该方法可以区别不同产品的耐沾污性能;

( 3) 要想获得比较好的耐沾污性关于非凡试样(制品及半制品的)应用的夹具能,应提高涂料档次,涂料产品至少达到GB/T 9756—2009 优等品的要求;

( 4) 污渍的选择采用生活污渍和标准污渍两大类( 红茶、食用醋、蓝黑墨水、水溶性黑色素、醇溶性黑色素、凡士林炭黑混合物) ,实验结果要以这6 种污渍的综合结果来描述,不能以单一污渍结果判断和出具报告。

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