无机硅酸盐涂料的技术要求

标准中能表现无机涂料性能特点的特别物理性能要求包括热贮存稳定性（15天）、水蒸气透过率、高分子有机物含量、耐霉菌性和燃烧性能。这些性能对一般建筑涂料大多没有要求，除非是功能性涂料可能对相关性能会有特别要求。

       热贮存稳定性

无机硅酸盐涂料特别要求热贮存稳定性是因为无机涂料是单组份高活性涂料，离子络合反应、硅酸盐水解缩合反应、有机物水解反应、高浓度电解质对亚稳定的乳液和硅溶胶等分散体稳定性破坏作用等多种物理、化学反应同时发生，对无机涂料的稳定性提出很大的挑战。因此对无机涂料较一般建筑涂料增加了热贮存稳定性要求：即50℃下贮存15天后取出放至室温无结块、霉变、凝聚及组成物的变化。

需要注意的是标准报批稿中只有定性描述，并没有定量规定。实际无机硅酸盐涂料在热贮过程中的表现各种各样，差异很大，总体来说有以下规律：

A.  一般认为50℃下贮存15天相当于室温下贮存一年，热贮稳定性越好，常温下稳定性也越好；

B.  不同无机涂料热贮后粘度变化差异很大，高稳定性无机涂料可以如乳胶漆一样在热贮过程中粘度几乎不发生变化；稳定性一般无机涂料热贮后斯托默粘度会增大10~30KU，触变指数由4~5增大到7~10；稳定性差的可能在热贮后凝胶化，需要在使用前进行机械强力搅拌后才能使用甚至报废。

C.  粘度变化主要发生在前24小时，因此只要一天热贮实验就基本可以判断涂料稳定性的好坏，后14天粘度可能几乎不变或者变化较小。根据无机涂料的这个特点有两个重要用途：一是在产品开发时可以快速评估无机涂料的稳定性，缩短新产品开发时间；二是可以在生产前用生产将要使用的所有原料按涂料配方做一个无机涂料的小样，并在50℃下热贮24小时，观察粘度变化是否正常，只有粘度正常才可以进行大生产；可以确保安全生产，减少损失。

D.  无机涂料的热贮存稳定性的表现也可能同常温稳定性不完全相同。

E. 无机涂料热贮过程中不仅粘度升高，耐洗刷性、对比率、颜色等性能也可能发生变化，也需要特别关注。

       水蒸气透过率

水是建筑物损坏的大敌。渗入的水冬天结冰体积膨胀9%，产生的膨胀应力会造成建筑物的严重破坏。腐蚀性气体氧化物也是通过水变为酸而导致建筑物的破坏。理想的涂料应该做到既防水又透气，只有做到防水和透气的平衡才能保护好墙面。涂料透气性不佳，水气扩散受阻除会造成涂膜起泡、脱落外，还会由于含水率增加，给墙体保温、结构、内装饰等带来不利影响。

涂料透气性大小通常用水蒸气透过率(V，单位是g/m2·d)或等量空气层厚度（Sd，单位为m）来表示。水蒸气透过率指在一定温度下，涂膜两侧相对湿度保持恒定条件下，单位时间、单位面积所透过的水蒸气质量。等量空气层厚度是在相同条件下，与涂层具有相等水蒸气透过率的静态空气层的厚度。水蒸气透过率V与等量空气层厚度Sd可以换算，换算公式是Sd=21/V。检测方法详见JG/T 309-2011标准。

合成树脂乳液内外墙涂料透气性一般相对较差，水蒸气透过率比较小，通常小于150g/（m2·d）。《水性液态内墙硅藻涂料》HG/T 5172-2017规定的硅藻涂料的水蒸气透过率需要≥400g/（m2·d）。《建筑外墙涂料通用技术要求》》JG/T 512-2017标准把建筑外墙涂料的透气性分为三级，分别是V<15,15≤V<150, V≥150。无机硅酸盐内墙涂料结构多孔，具有最佳的透气性，在报批稿中要求为≥400g/（m2·d）；无机外墙涂料由于高分子有机物限量为8%，有更多的乳液，较无机内墙透气性稍差，报批稿中要求为≥150g/（m2·d）。

     高分子有机物含量

为了充分体现无机涂料的优点，同时也是为了规范市场，在这次修订后的报批稿中第一次对无机涂料中高分子有机含量提出要求，基本同德国标准DIN 18363接轨。

DIN 18363-2016 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2.4.1.1中对硅酸盐乳胶涂料要求的描述为：All types of silicate emulsion paints and coating materials (for textured surfaces such as plaster) shall be made from potash water-glass with pigments resistant to potash water-glass, with water-repellent additives and with an organic additives content of no more than 5 % by mass. 其中文意思是“所有类型的硅酸盐乳液涂料和涂层材料(用于有纹理的表面，如腻子)都应由钾水玻璃和耐钾水玻璃的颜料制成，并添加疏水剂，但有机添加剂的质量含量不可超过5%。”

这段话包含的几个重要信息必须注意: 所有硅酸盐乳胶涂料包括内墙无机和外墙无机涂料，也包括第二代无机涂料（硅酸钾+乳液）和第三代无机涂料（硅酸钾+硅溶胶+乳液）；这些无机涂料中都必须含有硅酸钾；无机涂料中有机添加剂的质量固含量不超过5%。

DIN 18363制定的有机物含量测试程序如图1所示，即先在200℃下烘干２小时，测定无机涂料的质量固体含量；再在450℃下经过2小时的灼烧，计算出两个不同温度的质量损失之差作为无机涂料中有机物的质量。

需要特别注意的是两个温度的设置，一般涂料质量固含量测定温度为105，120或150℃，而无机硅酸盐涂料需在200℃碳酸钾的结晶水才能释放出来，温度低于200℃会造成测定的质量固含量偏高。450℃下经过2小时的灼烧是为了保证有机物完全灼烧成为气体挥发掉，同时又要保证涂料中的碳酸钙填料不会分解。

图1 DIN 18363测定有机物质量含量程序示意图

报批稿中将高分子有机物含量定义为：液态无机涂料中在250℃~500℃之间分解的高分子有机物的质量占液态无机涂料的质量的比例。同DIN 18363相比，固含量测定温度和灼烧温度均提高了50℃，灼烧温度提高对测定影响较小，因为碳酸钙的分解温度远高于500℃。固含量测定温度提高到250℃，影响可能会稍大，因为许多高分子有机物在200℃以上就开始分解，造成测定结果较DIN 18363偏低。

报批稿中给出两种高分子有机物含量的测试方法，分别为热失重法和灰分法。热失重法——热重分析仪：采用氮气为吹扫气体。采用温度扫描模式，从室温升温至250℃，继续升温至500℃以上使高分子有机物充分分解，升温速率为10℃/min。灰分法是将样品先放入250℃烘箱中，加热1h，再放入已预热至500℃的马弗炉中灼烧1h。其中热失重法为仲裁方法，灰分法同DIN 18363类似，但温度和时间设置不同，见图2所示。

图2 高分子有机物含量测定灰分法示意图

       耐霉菌性

际应用中的防霉性并不好，特别是持久防霉性是没有保障的。JG/26报批稿中对内墙无机涂料要求耐霉菌性达到0级，外墙无机涂料根据需要决定。需要注意的是无机涂料由于较普通乳胶漆有更高的pH，抗微生物生长的能力较普通乳胶漆更强，但漆膜的pH会在使用过程中逐渐降低，根据不同地区气候的不同一般在半年至一年时间里表面接近中性，发霉的风险加大。因此要保持漆膜持久的防霉性必须添加防霉剂，详细说明请参见连载第七期中杀菌防霉剂。

不外加防霉剂的无机涂料也许也能通过耐霉菌性检测，这是因为检测用实验板是刚制膜的，漆膜的碱性仍然很强，抑制了霉菌的生长。但这种没有外加防霉剂的无机涂料在实际应用中的防霉性并不好，特别是持久防霉性是没有保障的。

         燃烧性能

不燃性是无机涂料区分乳胶漆和其它有机涂料最大特征之一，也是无机涂料现阶段在国内得到大力推广的原因。强制性国家标准GB 50222-2017《建筑内部装修设计防火规范》中规定了绝大多数顶棚和许多墙面装饰材料应达到A级不燃性要求, 并明确指出施涂于A级基材的无机涂料可以作为A级装修材料使用。

需要特别注意的是无机涂料不是防火涂料，相关标准也没有要求无机涂料的防火性能；只要求无机涂料的燃烧性能，即达到A级-不燃性。虽然特殊配方的无机涂料也可以做防火涂料，如用于木材表面的无机防火涂料，但一般无机涂料并不是防火涂料。GB50222标准要求的也是“材料燃烧性能”，而不是防火性能。

GB50222标准将材料的燃烧性能分为不燃性（A）、难燃性（B1）、可燃性（B2）和易燃性（B3）四个等级，根据GBT 5464-2010 建筑材料不燃性试验方法、GB T 14402-2007 建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定、GB-T 20284－2006 建筑材料或制品的单体燃烧试验和GB-T 20285－2006 材料产烟毒性危险分级标准检测相关项目后再按GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》确定燃烧性能分级。其中A级不燃性又分为A1和A2, 它们分级判据见表3和表4。

表4 燃烧性能A2级的分级判据

燃烧性能同无机涂料中高分子有机物含量是直接相关的，高分子有机物含量越高，燃烧等级越低，越难达到A级不燃性要求。但更明确的相关性，即多少乳液可以达到A1级或A2级要求很少见相关研究报导，因为燃烧性能除同乳液含量直接相关外，还同乳液的单体组成、填料组成等许多因素有关，非常复杂。一般来说C,H含量越高热值越高，越容易燃烧，燃烧等级会越低。根据国外经验，一般认为高分子有机物含量小于5%，即满足DIN 18363标准时可能通过A2级不燃性要求，要通过A1级不燃性要求则需要高分子有机物含量小于1%（少量高分子有机助剂带入），即只能是几乎不加任何乳液的纯无机涂料才能满足要求。

      有害物质限量要求

由于无机涂料中高分子有机物含量少，故对涂料中挥发性有机化合物（VOC）等有害物质限量要求较普通内外墙乳胶漆要高，详见第十四期中表二十九和表三十。需要特别说明的是 重金属铬的含量要求，内墙无机涂料要求的是可溶性铬的含量，外墙无机涂料要求的是六价铬的含量。

无机涂料调色应该用无机颜料，氧化铬绿是建筑涂料一种常用的重要绿色颜料。铬属于重金属，毒性较大，所以建筑涂料对其有严格限制。对铬的限制是对于六价铬，因此六价铬颜料铬黄、铬橙、钼铬红均不可用于建筑涂料。但氧化铬绿颜料是三氧化二铬，其中的铬是三价的，不是六价铬。

氧化铬绿颜料具有橄榄绿的色调，为刚玉型的立方晶系，折射率为2.5，在近红外区域有相当高的反射，用于反射隔热涂料生产。三氧化二铬颜料几乎是惰性的。它既不溶于水，也不溶于酸和碱，有极高的稳定性。还具有很好的耐光性、耐候性和耐温性。可用于无机涂料和高耐候要求的建筑涂料等。三氧化二铬颜料不是禁止使用的颜料。即使是在环保要求极高的欧洲也可以使用。正是基于此，外墙无机涂料中只有六价铬的限量要求，内墙涂料则要求可溶性重金属铬。可溶性重金属的前处理是在模拟人体胃酸 (0.07 mol / L 盐酸溶液 ) 的条件下把重金属部分溶解进去，能够定量地把重金属转化为溶液的方法。而三价铬是不溶于酸的，故只要氧化铬绿颜料的质量有保证的话，在内外墙无机涂料均可以放心使用。

    国外无机涂料的技术要求

无机硅酸盐涂料发明于一百四十余年前的欧洲，直到今天欧洲仍然是无机涂料最发达的地区。那么欧洲对无机涂料有哪些技术要求呢？DIN 18363标准只是对无机硅酸盐涂料中有机物含量有了限制，对其它性能并没有具体要求。欧洲地区也很少有对产品理化性能提出明确要求的国家标准或行业标准，但是分析产品的技术说明书(TDS)和安全说明书（SDS）可以总结出涂料的性能要求或能达到的技术指标。表5为无机涂料的发明者，也是最大最专业的无机涂料生产商德国矿牌（KEIM）各种内外墙无机涂料性能指标。

表5 德国矿牌（KEIM）各种内外墙无机涂料性能指标

从表5可见，矿牌无机内外墙涂料性能特点有：

1.从组成上看，所有无机涂料均含有硅酸钾作无机粘结剂，第三代无机涂料中用硅溶胶搭配硅酸钾作无机粘结剂，没有只用硅溶胶作粘结剂的无机涂料；

2. 由于无机涂料中均有硅酸钾，故碱性较强，pH值均可达到11，也因此无需添加防腐剂；

3. 无论外墙还是内墙，也无论是第二代还是第三代无机涂料，有机物含量均小于5%；

4. 由于有机物含量均控制在5%以下，因此绝大多数无机涂料的燃烧性能可以达到A2级，序号为2，3，5的三种外墙无机涂料在TDS没有说明燃烧性能；

5. 这些无机涂料均是哑光，85°低角光泽均很低；

6. 无论是外墙无机还是内墙无机涂料的水蒸气透过率均很高，均大于150 g/（m2·d），且大多数大于2000 g/（m2·d）；

7. 所有无机涂料均有吸水率要求，对内墙无机涂料吸水率要求相对较低，24小时吸水率有<0.1，0.1~0.5，>0.5 w/kg/（m2·h0.5）均有；但外墙涂料吸水率要求高，24小时吸水率必须<0.1 w/kg/（m2·h0.5）。因为外墙涂料不仅需要透气好，更需要防水性佳，即低吸水率。JG/T26报批稿中没有设置这一项目，但该项目意义重大，特别是对于外墙无机涂料来说，因此在开发外墙无机涂料时必须予以重视并对吸水率进行性能评估。