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建筑材料的分类及未来发展方向
(南京蓝大飞秒检测技术有限公司，南京，210032，feimiaojc@)
【摘要】本文综述了建筑涂料的组成成分及涂料的分类和未来发展方向。而且，对建筑涂料的分类进行了简单论述。
【关键词】涂料；组成；分类；发展方向
近年来随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，我国的建筑涂料行业在产品结构、技术水平、生产能力和推广应用等各方面均取得了较大进步，品种不断增多，并且越来越多地展现在人们的生活环境中。建筑涂料的产量连年增长，产业已形成一定的规模，基本能满足城市的建设与人民生活的需求。涂料在人们的印象中往往单指建筑涂料。其实建筑涂料只是涂料的一个类别，消耗量很大在涂料工业中占有很重要的地位。随着我国国民经济的进一步发展，建筑涂料产业将具有更加美好的前景。
涂料是指涂敷于物体表面，能与物体表面粘接在一起，并能形成连续性涂膜，从而对物体起到装饰、保护，或使物体具有某种特殊功能的材料。涂料用途非常广泛，我们把用于建筑物表面的涂料，起装饰作用并使建筑物具有某些特殊功能的涂料称为建筑涂料。
建筑涂料具有色彩鲜艳、造型丰富、质感与装饰效果好，品种多样，可满足各种不同要求。此外，建筑涂料还具有施工方便、易于维修、造价较低、自身重量小、施工效率高，可在各种复杂的墙面上施工等优点，因而是一种很有发展前途的装饰材料。
一、建筑材料的组成
1、主要成膜物质
主要成膜物质又称基料、胶黏剂，它的作用是将涂料中的其他组成粘接在一起，并能牢固地附着在基层表面，形成连续均匀、坚韧的保护膜。具有较高的化学稳定性和一定的机械强度。
建筑涂料用主要成膜物质应具有以下特点：
1）能常温成膜
2）具有较好的耐碱性
3）具有较好的耐水性
4）具有良好的耐候性
5）要求原料来源广，资源丰富，价格便宜。
目前建筑材料我国所用的成膜物质主要以合成树脂为主。
2、次要成膜物质
次要成膜物质是指涂料中所用的颜料和填料，它们是构成涂膜的组成部分，并以微细粉状均匀的分散于涂料介质中，赋予涂膜以色彩、质感，使涂膜具有一定遮盖力，减少收缩，还能增加膜层的机械强度，防止紫外线的穿透作用，提高涂膜的抗老化性、耐候性。
1） 颜料
建筑涂料中使用的颜料应具有良好的耐碱性、耐候性，并且资源丰富、价格较低。颜料分为无机矿物颜料、有机颜料和金属颜料。由于有机颜料的耐久性较差，故较少使用。
常用无机矿物颜料的主要品种有： 红色颜料： 氧化铁红(Fe2O3)，黄色颜料： 氧化铁黄[FeO(OH) •nH2O3，绿色颜料氧化铬绿(Cr2O3)；棕色颜料： 氧化铁棕(Fe2O3)；白色颜料： 钛白(TiO2)、锌白(ZnO)、锌钡白(ZnS•BaSO4又称立德粉)、硅灰石粉(CaSiO3)；蓝色颜料：群青蓝(Na6Al4Si6S4O20)；黑色颜料：碳黑(C)、石墨(C)氧化铁黑(Fe3O4)。
常用的金属颜料有：银色颜料：铝粉(A1)，又称银粉；金色颜料：铜粉(Cu)，又称金粉。
2) 填料
主要起到改善涂膜的机械性能，增加涂膜的厚度，减少涂膜收缩，降低涂料的成本等作用。填料大部分为白色或无色，一般不具有遮盖力和着色力。填料一般为天然材料或工业副产品，价格便宜。填料分为粉料和粒料两类。
常用的粉料为重晶石粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土及石英粉等。粒料为粒径小于2mm的粒状填料，由天然岩石破碎加工或人工烧结而成。
3 辅助成膜物质
1） 溶剂
溶剂是涂料的挥发性组分，主要作用是使涂料具有一定的粘度，改善涂料的施工性能，以符合施工工艺的要求。
溶剂虽然不是构成涂膜的材料，但它与涂膜质量与涂料的成本有很大的关系，选用溶剂时一般需考虑以下几个问题。
(一) 溶剂的溶解能力
(二) 溶剂的挥发率
(三) 溶剂的易燃性
(四) 溶剂的毒性
2)助剂
助剂是为进一步改善或增加涂料的某些性能，而加入的少量物质，掺量一般为百分之几至万分之几，但效果显著。
通常使用的有增白剂、分散剂、乳化剂、润湿剂、稳定剂、增稠剂、消泡剂、硬化剂、催干剂、防污剂、防霉剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、阻燃剂等。
二、建筑材料的分类
按基料的类别分类：
1、有机涂料
有机涂料分为溶剂型涂料、乳液型涂料、水溶性涂料。
1)溶剂型涂料 溶剂型涂料是以高分子合成树脂为主要成膜物质，有机溶剂为稀释剂，加入适量的颜料、填料、助剂等经研磨、分散等而成的涂料。
溶剂型涂料形成的涂膜细腻、光洁、坚韧，有较高的硬度、光泽、耐水性、耐洗刷性、耐候性、耐酸碱性和气密性，对建筑物有较高的装饰性和保护性，且施工方便。溶剂型涂料的使用范围广，适用于建筑物的内外墙及地面等。但涂膜的透气性差，可燃或具有一定的燃烧性。此外，溶剂型涂料本身易燃，挥发出的溶剂对人体有害，施工时要求基层材料干燥，而且价格较高。
2)乳液型涂料 乳液型涂料又称乳胶涂料、乳胶漆，是以合成树脂借助乳化剂的作用以0.1~0.5μm的极细微粒子分散在水中形成乳液，并以乳液为主要成膜物质，加入颜料、填料、助剂等经研磨、分散等而成的涂料。
乳液型涂料无毒、不燃，对人体无害，价格较低，具有一定的透气性，其它性能接近于或略低于溶剂型涂料，特别是光泽度较低。乳液型涂料施工时不需要基层材料很干燥，但施工时温度宜在10℃以上，用于潮湿部位的乳液型涂料需加入防霉剂。乳液型涂料是目前大力发展的涂料。
3)水溶性涂料 水溶性涂料是以水溶性合成树脂为基料，加入水、颜料、填料、助剂等，经研磨、分散等而成的涂料。
水溶性涂料的价格低，无毒无味，施工方便，但涂膜的耐水性、耐候性、耐洗刷性差，一般用于建筑内墙面。
水溶性涂料和乳液型涂料统称水性涂料。
2、无机涂料
无机涂料是以水玻璃、硅溶胶、水泥等为基料，加入颜料、填料、助剂等经研磨、分散而成的涂料。
无机涂料的价格低、无毒、不燃，具有良好的遮盖力，对基层材料的处理要求不高，可在较低温度下施工，涂膜具有良好的耐热性、保色性、耐久性，且涂膜不燃。无机涂料可用于建筑内外墙面等。
3、无机-有机复合涂料
无机-有机复合涂料是既使用无机基料又使用有机基料的涂料。按复合方式的不同分为无机基料与有机基料通过物理方式混合而成，无机基料与有机基料通过化学反应进行接枝或镶嵌的方式而成。
无机-有机复合涂料既具有无机涂料的优点，又具有有机涂料的优点，且涂料的成本较低，适用于建筑物内外墙面等。
按涂膜状态分类
可分为薄质涂料和厚质涂料前者的厚度一般为50~100μm，后者的厚度一般为1~6mm。按涂膜的形状和质感可分为平壁状涂层涂料、砂壁状涂层涂料、凹凸立体花纹涂料。
按涂料的特殊功能分类
可分为防火涂料、防水涂料、防腐涂料、保温涂料、防霉涂料、弹性涂料等。
按在建筑物上的使用部位分类：
分为外墙涂料、内墙涂料、顶棚涂料、地面涂料、屋面防水涂料等。
1、 外墙涂料
1）丙烯酸系外墙涂料分为溶剂型和乳液型。溶剂型是以热塑性丙烯酸酯树脂为基料，加入填料、颜料、助剂和溶剂等，经研磨而成；乳液型是以丙烯酸乳液为基料，加入填料、颜料、助剂等经研磨而成；丙烯酸系外墙涂料还分为有光、半光、无光三类。
丙烯酸外墙涂料具有优良的耐水性、耐高低温性、耐候性，良好的粘接性、抗污染性、耐碱性及耐洗刷性，耐洗刷次数可达2 000次以上，此外丙烯酸外墙涂料的装饰性好，寿命可达10年以上，属于高档涂料，是目前国内外主要使用的外墙涂料之一。丙烯酸外墙涂料主要用于建筑的外墙，作为复合涂层的罩面涂料，也可作为内墙复合涂层的罩面涂料。
2）聚氨酯系外墙涂料是以聚氨酯树脂或聚氨酯树脂与其它树脂的混合物为基料，加入颜料、填料、助剂等配制而成的双组分溶剂型外墙涂料。
聚氨酯外墙涂料包括主涂层涂料和面涂层涂料。主涂层涂料是双组分聚氨酯厚质涂料，面涂涂料为双组分的非黄变性丙烯酸改性聚氨酯涂料。
聚氨酯系外墙涂料具有一定的弹性和抗伸缩疲劳性，能适应基层材料在一定范围内的变形而不开裂，抗伸缩疲劳次数可达5 000次以上。并具有优良的粘接性、耐候性、耐水性、防水性、耐酸碱性、耐高温性和耐洗刷性，耐洗刷次数可达2 000次以上。聚氨酯外墙涂料的颜色多样，涂膜光洁度高，呈瓷质感，耐沾污性好，使用寿命可达15年以上，属于高档外墙涂料。
3）苯乙烯-丙烯酸酯乳液涂料，简称苯-丙乳液涂料，是以苯-丙乳液为基料，加入颜料、填料、助剂等配制而成的水性涂料，是目前质量较好的外墙乳液涂料之一，也是我国外墙涂料的主要品种。苯-丙乳液涂料分为无光、半光、有光三类。
苯-丙乳液涂料具有优良的耐水性、耐碱性和抗污染性，外观细腻、色彩艳丽、质感好，耐洗刷次数可达2000次以上，与水泥混凝土等大多数建筑材料的粘附力强，并具有丙烯酸类涂料的高耐光性、耐候性和不泛黄性。苯-丙乳液涂料适用于建筑的外墙、内墙等，但主要用于外墙。
4）无机建筑涂料是以碱金属硅酸盐或硅溶胶为基料，加入填料、颜料、助剂等配制而成的水性建筑涂料。按基料的不同分为两类：
A类一以碱金属硅酸盐，包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂及其混合物为主要基料，并加入相应的固化剂或有机合成树脂乳液配制而成的涂料。该涂料为双组分涂料，使用时现场将固化剂加入，搅拌均匀后使用。
B类—以硅溶胶为主要基料，并加入有机合成树脂乳液及次要基料配制而成的涂料。
外墙无机建筑涂料的颜色多样、渗透能力强、与基层材料的粘接力高、成膜温度低、无毒、无味、价格较低。涂层具有优良的耐水性、耐碱性、耐酸性、耐冻融性、耐老化性，并具有良好的耐洗刷性、耐沾污性，涂层不产生静电。A类涂料的耐高温性优异，可在600℃下不燃、不破坏。B类涂料除耐老化性和耐高温性外，其它性能均优于A类涂料。外墙无机建筑涂料适用于多种基层材料，要求基层平整、清洁、无粉化，并具有足够的强度。
2、 内墙涂料
1）聚乙烯醇水玻璃内墙涂料又称106涂料，是以聚乙烯醇和水玻璃为基料，加入一定量的颜料、填料和适量助剂，经溶解、搅拌、研磨而成的水溶性内墙涂料。
聚乙烯醇水玻璃内墙涂料具有原料丰富、价格低廉、工艺简单、无毒、无味、耐燃、色彩多样、装饰性较好，并与基层材料间有一定的粘接力，但涂层的耐水性及耐水洗刷性差，不能用湿布擦洗，且涂膜表面易产生脱粉现象。聚乙烯醇水玻璃内墙涂料是国内内墙涂料中用量最大的一种，广泛用于住宅、普通公用建筑等的内墙面、顶棚等，但不适合用于潮湿环境。
2）聚醋酸乙烯乳液涂料又称聚醋酸乙烯乳胶漆，是以聚醋酸乙烯乳液为基料，加入适量的填料、少量颜料及其它助剂的乳液型内墙涂料。
聚醋酸乙烯乳液涂料：具有无毒、不易燃烧、涂膜细腻、平滑、色彩鲜艳、装饰效果良好、价格适中、施工方便，涂膜透气性良好、不易产生气泡，耐水性、耐碱性及耐候性优于聚乙烯醇系内墙涂料，但较其它共聚乳液涂料差。
3）多彩内墙涂料简称多彩涂料，是目前国内外流行的高档内墙涂料，它是经一次喷涂即可获得具有多种色彩的立体涂膜的涂料。目前生产的多彩涂料主要是水包油型(即水为分散介质，合成树脂为分散相，以油/水或O/W来表示)。分散相为各种基料、颜料及助剂等的混合物，分散介质为含有乳化剂、稳定剂等的水。不同基料间、基料与水间互相掺混而不互溶，即水中分散着肉眼可见的不同颜色的基料微粒，为获得理想的涂膜性能，常采用三种以上的树脂混合使用。
多彩涂料的涂层由底层、中层、面层复合而成。底层涂料主要起封闭潮气的作用，防止涂料由于墙面受潮而剥落，同时也保护涂料免受碱性的侵蚀，一般须使用具有较强耐碱性的溶剂型封闭漆。中层起到增加面层和底层的粘接作用并起到消除墙面的色差，突出多彩面层的光泽和立体感的作用，通常应选用性能良好的合成树脂乳液内墙涂料。面层即为多彩涂料。
多彩涂料的色彩丰富、图案变化多样、立体感强、生动活泼，具有良好的耐水性、耐油性、耐碱性、耐化学药品性、耐洗刷性，并具有较好的透气性。
4）绒面涂料是一种质感与装饰效果酷似织物，绒皮的高档内墙装饰涂料，它主要由着色树脂微球(俗称绒毛粉)、基料树脂、助剂等组成。绒面涂料分为溶剂型、乳液型和紫外线固化型等，建筑中常用的为乳液型。
着色树脂微球为内部包有着色颜料的中空微小球粒，其粒径以10~30μm为好。着色树脂微球应具有弹性、复原性、柔软性和坚韧性，并应具有绒面、平光、多彩等效果。常用的微球有聚氨酯微球、丙烯酸微球、氟树脂微球、聚氯乙烯微球、聚烯烃微球等。基料树脂一般为软质树脂，即利用树脂本身的柔软性赋予涂层柔软感。软质树脂与弹性着色树脂微球配合可制得完全消光的绒面涂料。
绒面涂料具有柔软、温暖、优雅、仿鹿皮的绒面效果，且色彩丰富、舒适自然、无毒、无味，并具有优良的耐久性、耐水性、吸声性等。绒面涂料可创造出温馨、优雅、自然朴实的不同环境。
3、 地面涂料
1）环氧树脂地面涂料
环氧树脂厚质地面涂料是以环氧树脂为基料的双组分溶剂型涂料。环氧树脂厚质地面涂料具有良好的耐化学腐蚀性、耐油性、耐水性和耐久性，涂膜与水泥混凝土等基层材料的粘接力强、坚硬、耐磨，且具有一定的韧性，色彩多样，装饰性好。环氧树脂厚质地面涂料的缺点是价格高、原材料有毒。环氧树脂厚质地面涂料主要用于高级住宅、手术室、实验室、公用建筑、工业厂房车间等的地面装饰、防腐、防水等。
环氧树脂地面涂料与环氧树脂厚质地面涂料相比，涂膜较薄、韧性较差，其它性能则基本相同。环氧树脂地面涂料主要用于水泥砂浆、水泥混凝土地面，也可用于木质地板。
2）聚氨酯地面涂料
聚氨酯厚质弹性地面涂料是以聚氨酯为基料的双组分溶剂型涂料。具有整体性好、色彩多样、装饰性好，并具有良好的耐油性、耐水性、耐酸碱性和优良的耐磨性，此外还具有一定的弹性，脚感舒适。聚氨酯厚质弹性地面涂料的缺点是价格高且原材料有毒。聚氨酯厚质弹性地面涂料主要适用于水泥砂浆或水泥混凝土的表面，如用于高级住宅、会议室、手术室、放映厅等的地面装饰，也可用于地下室、卫生间等的防水装饰或工业厂房车间的耐磨、耐油、耐腐蚀等地面。
与聚氨酯厚质弹性地面涂料相比，涂膜较薄，涂膜的硬度较大、脚感硬，其它性能与聚氨酯厚质弹性地面涂料基本相同。聚氨酯地面涂料(薄质)主要用于水泥砂浆、水泥混凝土地面，也可用于木质地板。
三、建筑材料的发展方向
建筑涂料将沿着高性能、低污染的方向发展。当前我国的建筑涂料一方面需要进一步推广和普及，另一方面需要在已经具有优良耐候性基础上重点开发高性能外墙涂料，同时开发兼具装饰性和功能性的新型功能性建筑涂料以及与其相关的新型树脂。
1.水性涂料
由于溶剂型涂料对环境和人类健康大，因此，世界各国都十分重视发展水性建筑涂料，并制订有关法规，严格限制建筑涂料中VOC的含量，使用溶剂型建筑涂料的比例越来越小，取而代之的是水性建筑涂料。由于水性建筑涂料具有技术先进、工艺简便、低能耗、低排放、安全无毒等优点，建筑涂料水性化就成了未来建筑涂料发展的必然方向，有着非常广阔的发展前景。
2.粉末涂料
由于人们环保意识的增强，粉末涂料也受到越来越多的重视。因为粉末涂料完全不用溶剂，是一种既节省资源又无毒无污染的建筑涂料新品种，欧美等国家从20世纪60年代开始发展生产，并一直处于领先地位，产量已占有机涂料的20%，而且呈持续增长的势头。此外，固体涂料也受到人们的重视。这种涂料除了有利于环境保护和节省能源外，由普通溶剂型涂料装置转产也比较容易。但由于固体涂料的生产费用比较高，涂膜容易沉降，要想得到较快发展，必须解决这些问题。
3.超耐候性涂料
超耐候性涂料以氟树脂涂料为代表，人工老化达4000h以上，户外耐候性可达20年以上，有耐污染、附着力强、可加温固化、常温干燥等优点。其性能与氟树脂相近，可广泛用于各种墙面、石板、水泥等基材，而且该种涂料成本较低。其中，有机硅改性丙烯酸树脂涂料的研究将是今后超耐候性涂料的重要方向。
4.辐射固化涂料
该种涂料是以不饱和树脂和单体为基料，加入引发剂，以阳光、紫外线、电子束固化的一类涂料。主要优点是无溶剂、污染小。目前用于建筑上的有不饱和聚酯、聚酯丙烯酸、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯等自由基光固化或紫外线光固化涂料。
5.高固含量涂料
该种涂料中固体含量高，在施工时溶剂的排放量很少，在保护生态环境方面有优势。开发高固含量涂料是在保证涂料性能的前提下降低相对分子质量，使相对分子质量分布窄，以降低树脂的黏度，从而减少施工时溶剂的用量。目前，国外研究开发重点是低温或常温固化型和官能团反应型，其要求是涂膜固化快、耐酸碱、耐擦性好的高固含量涂料。
6.功能涂料
随着各种建筑特别是高层建筑的大量出现，功能性建筑涂料越来越受到全社会的重视。尤其是外墙涂料，除了对建筑物具有保护和装饰作用外，还应有其他特殊功能，如涂料的防水防渗、高耐污、防碳化、防霉、杀菌、抗静电、保温隔热、防火阻燃、隔声等功能。
7.健康涂料
瑞典已经研究出一种硅藻土涂料，能吸收带臭味的分子，而这些分子难以靠通风来排除，从而达到净化空气的目的；美国也利用硅藻土研制成了颜色可随室温变化的涂料，具有调光性能；利用一种特殊的陶瓷粉做填料制成的涂料，能够辐射出有篮球人休健康的红外线。杀菌涂料、保湿涂料、调温涂料等多种有利于人体健康的涂料等待人们去开发。
8.合成树脂涂料
随着化学工业的发展，合成树脂涂料将获得越来越广泛的应用，而油性涂料目前正面被淘汰的绝境。在合成树脂涂料中，醇酸涂料和氨基醇酸涂料的使用比例正逐渐缩小，而质量较高的丙烯涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料及各种水溶性树脂涂料呈增长趋势。