严寒地区真石漆拉伸粘结强度影响因素研究

严寒地区真石漆拉伸粘结强度影响因素研究

贾现财

山东华涂美新材料科技有限公司，山东 济南，250200

摘要：严寒地区复杂的气候条件严重影响真石漆的耐久性。本文研究了严寒地区冻融循环、酸雨侵蚀、盐侵蚀、湿热老化及人工气候老化几种主要气候因素对真石漆拉伸粘结强度的影响规律，同时通过表征几种因素对真石漆乳液性能的影响，进一步研究真石漆劣化机理。研究表明：几种影响因素中，冻融循环使真石漆拉伸粘结强度降低最为显著，其次是盐侵蚀、酸雨侵蚀；酸雨及盐侵蚀会使苯丙乳液发生不同程度的化学反应，从而降低真石漆拉伸粘结强度：湿热老化会提高真石漆的拉伸粘结强度，人工气候老化因紫外光的辐照使真石漆的拉伸粘结强度先升高后降低。

关键词：真石漆；拉伸粘结强度；严寒地区；气候因素

真石漆也称合成树脂乳液砂壁状涂料，是近些年来兴起的新型外墙装饰涂料，其装饰效果酷似大理石、花岗岩，兼具防火、防水、耐酸碱、耐污染、环保、粘接力强，抗变色能力强等特点，能有效地阻止外界恶劣环境对建筑物侵蚀，延长建筑物的寿命，已在我国寒冷及严寒地区得到广泛使用.我国严寒地区气候条件特殊：冬季较长且寒冷干燥，夏季炎热湿润，降水量相对集中；春秋季短促，气温变化剧烈，雨雪稀少，多大风风沙天气，夏秋多冰雹和雷暴，气温年较差大，日照丰富；酸雨、盐冻、盐腐蚀较多。同时，我国不同地区热湿环境差异大，建筑在室内外热湿环境作用下，墙体内部湿组分分布不同，材料的热湿物性参数也将随热湿环境动态变化，湿迁移对围护结构传热的影响程度不同。严寒地区湿热条件虽不明显，但极端天气中夏季平均湿度达80%，建筑材料表面平均温度可达70℃同。在复杂的气候条件下，真石漆的耐久性面临巨大的挑战。因此，分析严寒地区气候条件对真石漆长期服役行为的影响规律十分必要。目前，苯丙真石漆因其价格较低，是施工中使用较多的真石漆，但性能方面与纯丙、硅丙真石漆相比相对较差，更需要进一步优化研究。本研究以市售苯丙真石漆为对象，研究严寒地区条件下的冻融循环、酸雨侵蚀、盐侵蚀、湿热老化及人工气候老化对真石漆拉伸粘结强度的影响，同时通过表征几种因素对真石漆乳液性能的影响，进一步研究真石漆劣化机理。

1、实验方法

1.1材料及设备

实验所用材料为苯丙真石漆(工业品)、苯丙994in a Academ c JournaJ lectronic乳液(工业品)、人工酸雨溶液(自制)、5%CaCl，盐溶液(自制)、5%NaCl盐溶液(自制)。实验所用设备为微机控制电子万能试验机(A I-7000H型) 、全自动慢速冻融试验机(IM MD型)、湿热老化箱(401B型)、人工气候老化试验箱(Xe-3HS型)，接触角测试仪(XG-CA MCI型)、傅里叶红外光谱仪(Spectrum Two FT-IR型) 。

1.2试验方法

严寒地区环境因素耦合设计：应综合考虑温苯丙乳液成膜试件：将苯丙乳液均匀涂覆在度、人工气候老化、湿度、pH值等因素对真石漆耐久性影响，重点考虑冻融循环、盐侵蚀、酸雨侵蚀及老化的影响。严寒地区墙体和地面温度在夏季酷热时温度可达70℃，冬季酷寒时可低至-40℃，因此材料老化温度选定70~-40℃之间；根据严寒地区月平均相对湿度数据，试验相对湿度可选定在80~30%之间；PH值考虑严寒地区普遍为中度或轻度酸雨区浓度，设定pH=5.0；严寒地区大多使用融雪剂进行除雪，同时部分严寒地区位于沿海地区，建筑材料主要面临氯盐侵蚀危害；试验时间和次数根据实际进行调控。

1.2.1试件准备真石漆试件：按照JG/T24《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》中规定的砂浆块试件的制备方法进行成型、养护。陶瓷板上养护成型，制备乳液薄膜试件。

1.2.2冻融循环考虑严寒地区气候特点，将真石漆试件在冻融循环试验机中进行循环，试验前将试件在15~20℃的水中浸泡2d后进行循环，每次循环包括在-25℃冷冻2h后升温至5℃加水浸泡2h两步。对试件进行20、40、60、80、100次循环，分别取出后进行性能测试。

1.2.3酸雨侵蚀试验采用人工酸雨，配方参考HG/T4343《水性多彩建筑涂料》中人工酸雨的方法配制。将试件放入酸雨溶液中分别浸泡7d、14d、21d、28d、35d，取出后用清水冲掉表面的酸雨溶液，晾干后，再进行性能测试。

1.2.4盐侵蚀将试件分别在氯化钠、氯化钙的盐溶液浸泡7d、14d、21d、28d、35d，取出后进行性能测试。

1.2.5湿热老化在70℃，80%湿度下，将试件置于湿热老化箱内湿热老化20d、40d、60d、80d、100d，取出后进行性能测试。

1.2.6人工气候老化人工气候老化试验主要依据国家标准GB/T1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射》标准开展，试验条件为340nm波长的平均辐照度为0.51W·m，黑板温度为65℃，润湿时间为18min，光照干燥时间为102min，干燥期间相对湿度为40~60%，120min为1次循环。复合试件人工气候老化性能研究以500h为1个试验周期，开展5个周期共2500h。取出后进行性能测试。

1.3性能测试

1.3.1拉伸粘结强度测试拉伸粘结性试验按照JG/T24中规定的方法进行测试。

1.3.2红外光谱测试使用傅里叶红外光谱仪

对真石漆乳液薄膜进行测试，进而判断各种因素处理后乳液的成分是否产生变化。

2、结果与讨论

2.1冻融循环对真石漆拉伸粘结强度的影响

冻融循环对真石漆拉伸粘结性影响较大，随着冻融循环次数的增加，真石漆拉伸粘结强度明显下降。真石漆前40次冻融循环拉伸粘结强度降低明显，冻融循环40次时其拉伸粘结强度已经低于标准要求的0.40MPa；冻融循环60次时，强度损失率达97%，次数再增加，几乎无拉伸粘结强度。这是由于冻融循环时，真石漆中的水结冰后体积膨胀，在其内部产生应力，当反复作用或内应力超过真石漆抵抗强度时，致使真石漆破坏。

2.2酸雨侵蚀对真石漆拉伸粘结强度的影响

真石漆乳液薄膜的接触角随着酸雨浸泡时间的增加而明显减小，且35d时由未处理时的75.994°减少到61.132°，影响较大；同时酸雨处理前后乳液薄膜红外光谱可以看出，在酸雨中浸泡35d后，乳液的特征峰出现明显变化。说明酸雨与真石漆乳液反应消耗了乳液膜的基团，化学作用及水的溶胀共同作用下，真石漆乳液膜完整性被破坏，同时酸根离子在乳液膜受损处进一步沉积、腐蚀，真石漆砂粒之间、真石漆与基材间粘结力降低，导致其强度明显降低。

2.3盐侵蚀对真石漆拉伸粘结强度的影响

液体在固体材料表面上的接触角，是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。真石漆乳液薄膜的接触角随着盐溶液侵蚀时间的增加整体呈减小趋势，且CaCl，水溶液对乳液薄膜接触角的影响大于NaCl水溶液。膜红外光谱与未处理的乳液薄膜相比后可以看出，水溶液处理后乳液薄在5%CaCl，水溶液中浸泡35d后，在3441.87cm处产生了新的特征峰，且其它特征峰值有所加强。说明5%CaCl，水溶液与真石漆乳液发生反应，化学反应及水的溶胀共同作用下破坏了乳液膜结构完整性，使真石漆强度明显降低，且影响程度高于酸雨侵蚀；水溶液处理后乳液薄膜红外光谱与未处理的乳液薄膜相比后可以看出，在5%NaCl水溶液中浸泡35d后， 乳液的特征峰框架结构相似，峰值削弱较少，无明显变化。说明5%NaCl水溶液对真石漆乳液产生一定影响但相对较小。

2.4湿热老化对真石漆耐久性的影响

真石漆拉伸粘结强度随老化时间的增加而升高，且前20天升高较快，之后趋于平稳，在80d时强度最大可达到3.097MPa，远高于标准要求。这是由于在湿热条件下，热作用使饰面材料中采用的成膜物质发生进一步交联，形成的漆膜硬度提高，进而使饰面材料的拉伸粘结强度得以提高。

2.5人工气候老化对真石漆耐久性的影响

在人工气候条件下，热氧作用及紫外光作用使饰面材料中采用的成膜物质发生进一步交联，形成的漆膜硬度提高，进而使饰面材料的拉伸粘结强度得以提高。然而随着老化时间的增加，成膜物质过度交联后，在热氧作用及紫外光作用继续作用下使成膜物质化学键断裂，发生化学降解，使拉伸粘结强度下降。

结论

1.冻融循环、酸雨侵蚀、盐侵蚀、湿热老化及人工气候老化几种影响因素中，冻融循环使真石漆拉伸粘结强度降低最为显著，其次是盐侵蚀、酸雨侵蚀。

2.酸雨及盐侵蚀会与苯丙乳液发生不同程度的化学反应，破坏了真石漆乳液膜完整性，从而降低真石漆拉伸粘结强度。

3.湿热老化会提高真石漆的拉伸粘结强度，人工气候老化因紫外光的辐照使真石漆的拉伸粘结强度先升高后降低。

参考文献

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