分析水性丙烯酸涂料涂膜的滲水與防水性

黃莉恒

摘 要：目前，減少涂料有機揮發物（VOC）已經成為國家環保部門的一項重要工作，并以此為主要內容出臺了相關法規和政策，這一舉措無疑催生了環境友好型涂料的發展，水性涂料就是其發展方向之一。本文主要以水性丙烯酸涂料為例，對該涂料的成膜問題以及最新研究進展進行簡要論述，以此來進一步完善水性丙烯酸涂料涂膜效果，將其性能更好的發揮出來。

關鍵詞：水性丙烯酸涂料；涂膜；滲水性；防水性

1 發展歷史及特點

1.1 發展歷史

雖然水性丙烯酸涂料在近代工業發展中應用比較廣泛，但涂料本身卻有著十分悠久的歷史，真正將其作為溶劑型涂料進行應用是在19世紀中葉。最簡單的水性涂料是石灰乳液，早在百年之前，就有人嘗試利用亞麻仁油對其進行改良，并將其作為涂料占據了一定的市場地位。從20世紀30年代到80年代，水性涂料在世界大多數國家都有十分廣闊的發展前景。

我國自改革開放以來，社會經濟發展水平持續提升，涂料用量也在逐年增加，目前已經成為世界第二大涂料消費國。然而縱觀國內涂料消費結構，卻存在諸多有待解決的問題，高污染涂料所占比例較大就是其中之一，這一問題的存在嚴重威脅著環境和施工人員的安全。水性涂料的出現很好的解決了這一問題，由于水性涂料具有安全、低污染、施工簡單等優勢，因此近年來在我國得到了很好的發展，受到了前所未有的重視。

1.2 特點

與其他涂料相比，水性丙烯酸涂料在很多方面都表現出了不可比擬的優勢，比如說，該涂料主要以水作分散介質，可大幅度降低有機溶劑，節約了大量資源和能源，同時也降低了對環境的污染，降低了施工和生產過程中存在的火災隱患。此外，水性丙烯酸涂料對施工條件沒有較大限制，即使在潮濕環境中也可以直接施工，而且涂料涂膜均勻、平整，具有較好的耐腐蝕性。

但是，水性丙烯酸涂料也有一些缺點，比如說，會在一定程度上腐蝕涂裝設備，因此必須確保涂裝設備具有防腐蝕性，而此類設備往往造價較好，會直接提高施工成本。此外，水性丙烯酸涂料在施工中對底材表面清潔度具有較高要求，必須確保輸送管道形狀良好，管壁無缺陷，否則會在一定程度上影響到涂料貯存穩定性及涂膜的性能。

2 水性丙烯防水涂料的成膜和影響因素

2.1 成膜機理

水揮發、乳膠粒子變形和相互擴散是水性丙烯涂料成膜的三個階段。在第一階段，人們提出了三種理論來對水分蒸發進行說明，即平推干燥理論、有序排列干燥理論和由表及里的垂直干燥蒸發理論。上述三種理論從不同側面對水性涂料的水蒸發過程進行了說明，簡單來說，就是在水蒸發過程中，水與空氣界面中的介質接觸而產生的多個作用力，這些作用力除了范德華力、液橋毛細管作用力和懸浮體系的作用力之外，還包括了雙電層重疊排斥力和水——空氣界面的毛細管作用力。這些作用力會推動粒子流動，繼而導致乳膠顆粒變形，這就是涂料成膜的第二個階段。第三階段是相互擴散階段，此階段乳膠粒中的聚合物鏈段上含有一定數量的反應性官能團，最終涂膜的性能與乳液成膜過程中聚合物鏈段的擴散速率和交聯速率密切相關。如果交聯速率比聚合物鏈段的擴散速率快得多，交聯反應集中在乳膠顆粒內部發生，乳膠顆粒之間幾乎沒有交聯反應發生，導致涂膜性能并不理想。由于此階段對膜的成型和強度有著直接影響，因此受到了技術人員的高度重視。

2.2 影響成膜以及防水性能的關鍵因素

在水性涂料成膜過程中，能夠對其防水性能產生影響的因素主要有以下幾個方面：（1）中和劑對涂膜性能的影響。中和劑對涂膜的影響主要體現在樹脂穩定性、水溶性、固化速度和涂膜泛黃性幾個方面。現階段，應用于水性涂料涂膜中的中和劑有很多，效果最好的應屬三乙胺。（2）固化劑用量對涂膜性能的影響。研究表明，當固化劑用量大于4/1時，涂膜的各項性能均較好。所以，固化劑的用量是否得當對涂膜性能非常重要。（3）顏料對涂膜性能的影響。盡管水性丙烯酸涂料與顏料的親和性較強，但涂膜時也要考慮顏料的酸堿性。

3 最新研究進展

3.1 降低聚合物成膜后的親水基團

表1中可看出，自然干的涂膜中含水率較高，均在31%以上，這是由于丙烯酸乳膠樹脂體系中含有親水基團，與水分子的親合力作用導致的。因此，涂在涂膜自然干燥過程中，由于親水基團與水分子親合力作用，使水的揮發滯緩，導致干膜中含水率提高。自干的涂膜經70℃干燥1h，再在80℃的真空下干燥1h，測得涂膜含水量在3l%以上。隨著涂料中水性丙烯酸樹脂用量從10%增至40%，而涂膜中含水量也增加，證實涂膜含水量是由作為成膜物的水性丙烯酸樹脂所致，顏填料對涂膜含水量貢獻極少。試驗證實，水性丙烯酸成膜物含量40%的色漆含水率和純水性丙烯酸樹脂清漆膜的含水率相近。

3.2 提高涂料成膜后對水和氧氣的屏蔽能力

一般來說，涂料成膜之后，水和氧氣會對其性能產生一定程度的影響，如果不能增橋其屏蔽能力，那么必定會直接影響到成膜質量。屏蔽型防銹顏料可以阻滯水蒸氣對涂膜的滲透，但要有合適的顏料體積濃度（PVC），因PVC增加，顏料聚集趨勢增強，涂膜中孔隙率會增高，水蒸氣滲透性也增強.

3.3 乳膠粒子形態設計和納米粒子改性

用水性環氧樹脂（用量30%）改性水性丙烯酸乳膠，加上防銹顏料，配制的水性涂料，涂膜的防腐性能大為提高，甚至達到或超過同類溶劑型丙烯酸樹脂涂料的性能。用磷酸酯改性羥基型丙烯酸乳膠涂料也收到改進涂膜防腐性能良好效果。這些研究說明，水性丙烯酸樹脂由于具有親水性導致一些不足，但是可以改進，且改進的空間較大。

4 結語

隨著國家對環保工作重視程度的不斷提升，以水性丙烯酸涂料為代表的水性涂料將具有十分廣闊的發展前景。但需要注意的是，盡管此類水性涂料具有諸多優點，符合當今社會對環境保護的需求，但也不能忽視水性涂料的一些不足，尤其是涂料涂膜過程中的滲水性和腐蝕性。所以，在未來的時間里，施工部門需要從實際情況出發，通過配方調整、涂裝條件、工藝和設備等多方面工作的優化與完善，彌補水性涂料的不足，以此來提升涂料的實用性。

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