內墻無機建筑涂料的檢測與性能分析

姜廣明，馬海旭，梁 楊，王連盛，王志霞，胡 水

（1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；2.北京化工大學，北京 100029）

0 引 言

由于低 VOC 乳液和助劑的使用，合成樹脂乳液內墻涂料的揮發性有機物（VOC）、甲醛、苯系物以及重金屬的含量都非常低，它是目前最主要的水性內墻涂料品種。為了追求更高的環保性和更豐富的功能性，目前市場上也推出了一些新的品種的無機涂料，如無機干粉涂料、液態硅藻泥涂料和內墻無機建筑涂料等。以堿金屬硅酸鹽［1］和硅溶膠［2］為主要粘接劑的內墻無機建筑涂料，具有透氣性、吸濕性、防霉菌滋生和不燃等特殊性能［3］。通過在堿金屬硅酸鹽［4-5］或者硅溶膠［6-7］中加入部分的乳液組成復合涂料，可以改善內墻無機建筑涂料的脆性，增強漆膜的強度，提高涂料的耐洗刷性。在解決了貯存穩定性、細度、耐洗刷性、掉粉甚至脫落和豐滿度等技術難題后，內墻無機建筑涂料被越來越多的消費者所青睞。

本文檢測了內墻無機建筑涂料的物理性能、水蒸氣透過率、有害物質含量等性能，利用紅外光譜、有機物含量等分析手段解釋了各產品的性能差別，給出了國內目前的內墻無機建筑涂料的有機物含量的范圍。

1 實驗原料和設備

1.1 實驗原料

選取 6 個無機建筑涂料企業生產的 8 個內墻無機建筑涂料，分別編號為 WJ-1，WJ-7，WJ-8，WJ-11，WJ-12，WJ-14，WJ-15 和 WJ-17。

1.2 實驗方法和設備

物理性能，如低溫貯存穩定性、熱貯存穩定性、耐洗刷性、耐水性等的檢測依據 JG/T 26－2002《外墻無機建筑涂料》。

水蒸氣透過率使用水蒸氣透濕杯測試，水蒸氣透過率的檢測依據 JG/T 309－2011《外墻涂料水蒸氣透過率的測定及分級》，在多孔 PE 板上刷涂 2 道后測試。

有害物質含量的檢測依據 GB 18582－2008《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》。其中揮發性有機化合物（VOC）含量使用 GC126 型氣相色譜儀測試。

紅外光譜使用 Nicolet 6700 傅立葉變換紅外光譜儀測試，掃描范圍為 4000～400 cm-1，分辨率為 4 cm-1。將涂料晾干后粉碎，用 KBr 壓片后測試紅外光譜。

熱失重分析使用 TGA/DSC1 同步熱分析儀（型號 STARe system）測試；氮氣氣氛測試的溫度范圍為室溫 ～900℃。

2 結果與討論

2.1 物理性能和水蒸氣透過率分析

8 個內墻無機建筑涂料的低溫貯存穩定性、熱貯存穩定性、耐洗刷性、耐水性和水蒸氣透過率的檢測結果，如表1所示。

表1 內墻無機建筑涂料的物理性能和水蒸氣透過率

低溫穩定性有同一廠家的 2 個產品出現了凝聚的現象。8 個產品的熱貯存穩定性 100 % 合格。耐洗刷性除了 WJ-7 達到 2000 次外，其他產品的耐洗刷次數都在10000 次以上，這說明內墻無機建筑涂料的耐洗刷性非常優異。

WJ-1 樣品出現了耐水后漆膜起泡的問題，這可能是因為其中加入的乳液不耐水的緣故。另外除了 WJ-8樣品耐水無異常外，WJ-7、WJ-11、WJ-12、WJ-14、WJ-17等 5 個樣品都出現輕微掉粉的現象，WJ-15 還出現了嚴重掉粉的問題。這是因為內墻無機建筑涂料的生產企業過分地追求內墻無機建筑涂料的環保性能，加入的乳液含量都不是很多，導致內墻無機建筑涂料的漆膜強度不高，容易發生輕微的掉粉；當乳液含量極低時，就會出現嚴重的掉粉。

8 個內墻無機建筑涂料的水蒸氣透過率，都≥1500g/（m2·d）。除了個別 PVC 特別高的合成樹脂乳液內墻涂料外，合成樹脂乳液內墻涂料的水蒸氣透過率一般都＜1000g/（m2·d）；而 PVC 特別高的合成樹脂乳液內墻涂料的耐洗刷性通常都很差。內墻無機建筑涂料在保證高透氣性的同時，又不降低耐洗刷性。這是由其物理結構和化學成分共同決定的，體現了與合成樹脂乳液外墻涂料相比的優勢。

2.2 有害物質含量分析

8 個內墻無機建筑涂料的有害物質含量的檢測結果，如表2所示。

8 個內墻無機建筑涂料樣品都達到國家標準的要求，并且有害物質含量遠遠低于國家標準的要求，比一般的合成樹脂乳液內墻涂料更加環保。

其中 WJ-1、WJ-8、WJ-14 的 VOC 含量在 8 個樣品中比較高一些，說明這 3 個樣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，水蒸氣透過率低一些，因此這 3 個樣品的水蒸氣透過率也是 8 個樣品中最低的。

表2 內墻無機建筑涂料的有害物質含量

2.3 紅外光譜分析

8 個內墻無機建筑涂料的紅外光譜，如圖1所示。

圖1 外墻無機建筑涂料的紅外光譜圖

內墻無機建筑涂料的紅外光譜的解析可以分為 3 組，各個峰的高低與各組分的相對含量成比例。

第一組中，3438cm-1的寬峰是 O-H 伸縮振動峰，2956、2927、2873 cm-1是 C-H 的伸縮振動峰，1729 cm-1是非常強的 C=O 伸縮振動峰。這說明內墻無機建筑涂料中都含有一定的聚酯成分。第二組中，1629 cm-1是 Si-O-H 的氫鍵伸縮振動峰，1055 cm-1是非常強的 Si-O-Si 振動峰。這是堿金屬硅酸鹽或者硅溶膠的紅外峰。第三組中，1432cm-1和 876 cm-1是 CaCO3的反對稱伸縮振動峰和面外彎曲振動峰。這說明 CaCO3是內墻無機建筑涂料中最常用填料。

8 個內墻無機建筑涂料的紅外光譜，基本完全一致。這說明目前市場的內墻無機建筑涂料的成分與含量，也就是配方基本相同；主要成分都是乳液，堿金屬硅酸鹽或者硅溶膠，還有一定量的 CaCO3等無機填料。

2.4 有機物含量分析

8 個內墻無機建筑涂料的熱失重曲線如圖2所示。

圖2 外墻無機建筑涂料的熱失重曲線

8 個內墻無機建筑涂料在各溫度區間的熱失重率和殘余物率，如表3所示。

有機物含量應該是涂料中的 VOC 的含量和高分子有機物化合物的含量的總和。計算時 VOC 成分未檢出的以檢出限含量計算，涂料密度以 1.3g/cm3計算。高分子有機化合物的含量以熱失重分析在 270～530 ℃ 的熱失重率計算。經計算出來的有機物含量如表3所示。

表3 外墻涂料在不同溫度區間的熱失重率和有機物含量

從表3 可以看出，各企業生產的內墻無機建筑涂料中的有機物含量差異比較大，其中 WJ-1 和 WJ-8 的有機物含量達到 12%～13%，而 WJ-11 和 WJ-15 的有機物含量僅僅達到 2 %～3 %。WJ-1 和 WJ-8 的有機物含量最高，與其 VOC 含量最高完全對應。WJ-11和WJ-15的有機物含量最低，與其耐水性最易掉粉，以及水蒸氣透過率最高完全對應。

因此，可以得出結論：有機物含量，也就是乳液含量的高低，對內墻無機建筑涂料的最終性能起到了至關重要的作用。因此為了達到物理性能與環保性能的平衡，有機物含量既不能太高，也不能太低。目前國內內墻無機建筑涂料的有機物含量應該是≤8 %，但是不宜低于2.5%。

3 結 語

本文對內墻無機建筑的物理性能、水蒸氣透過率和有害物質含量等方面進行檢測，通過紅外光譜分析了內墻無機建筑涂料的組成，利用熱失重分析和氣相色譜測試得到了內墻無機建筑涂料的有機物含量；發現有機物含量對內墻無機建筑涂料的性能至關重要。通過實驗結果指出，目前國內內墻無機建筑涂料的有機物含量應該是≤8 %，但是不宜低于2.5%。