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(jī)揮發(fā)物（VOC）已經(jīng)成為國家環(huán)保部門的一項(xiàng)重要工作，并以此為主要內(nèi)容出臺(tái)了相關(guān)法規(guī)和政策，這一舉措無疑催生了環(huán)境友好型涂料的發(fā)展，水性涂料就是其發(fā)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(jìn)展進(jìn)行簡要論述，以此來進(jìn)一步完善水性丙烯酸涂料涂膜效果，將其性能更好的發(fā)揮出來。

關(guān)鍵詞：水性丙烯酸涂料；涂膜；滲水性；防水性

1 發(fā)展歷史及特點(diǎn)

1.1 發(fā)展歷史

雖然水性丙烯酸涂料在近代工業(yè)發(fā)展中應(yīng)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(jìn)行應(yīng)用是在19世紀(jì)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?yán)脕喡槿视蛯ζ溥M(jìn)行改良，并將其作為涂料占據(jù)了一定的市場地位。從20世紀(jì)30年代到80年代，水性涂料在世界大多數(shù)國家都有十分廣闊的發(fā)展前景。

我國自改革開放以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)提升，涂料用量也在逐年增加，目前已經(jīng)成為世界第二大涂料消費(fèi)國。然而縱觀國內(nèi)涂料消費(fèi)結(jié)構(gòu)，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(yán)重威脅著環(huán)境和施工人員的安全。水性涂料的出現(xiàn)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(yōu)勢，因此近年來在我國得到了很好的發(fā)展，受到了前所未有的重視。

1.2 特點(diǎn)

與其他涂料相比，水性丙烯酸涂料在很多方面都表現(xiàn)出了不可比擬的優(yōu)勢，比如說，該涂料主要以水作分散介質(zhì)，可大幅度降低有機(jī)溶劑，節(jié)約了大量資源和能源，同時(shí)也降低了對環(huán)境的污染，降低了施工和生產(chǎn)過程中存在的火災(zāi)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(huán)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(diǎn)，比如說，會(huì)在一定程度上腐蝕涂裝設(shè)備，因此必須確保涂裝設(shè)備具有防腐蝕性，而此類設(shè)備往往造價(jià)較好，會(huì)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(huì)在一定程度上影響到涂料貯存穩(wěn)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(jī)理

水揮發(fā)、乳膠粒子變形和相互擴(kuò)散是水性丙烯涂料成膜的三個(gè)階段。在第一階段，人們提出了三種理論來對水分蒸發(fā)進(jìn)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(fā)理論。上述三種理論從不同側(cè)面對水性涂料的水蒸發(fā)過程進(jìn)行了說明，簡單來說，就是在水蒸發(fā)過程中，水與空氣界面中的介質(zhì)接觸而產(chǎn)生的多個(gè)作用力，這些作用力除了范德華力、液橋毛細(xì)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(xì)管作用力。這些作用力會(huì)推動(dòng)粒子流動(dòng)，繼而導(dǎo)致乳膠顆粒變形，這就是涂料成膜的第二個(gè)階段。第三階段是相互擴(kuò)散階段，此階段乳膠粒中的聚合物鏈段上含有一定數(shù)量的反應(yīng)性官能團(tuán)，最終涂膜的性能與乳液成膜過程中聚合物鏈段的擴(kuò)散速率和交聯(lián)速率密切相關(guān)。如果交聯(lián)速率比聚合物鏈段的擴(kuò)散速率快得多，交聯(lián)反應(yīng)集中在乳膠顆粒內(nèi)部發(fā)生，乳膠顆粒之間幾乎沒有交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致涂膜性能并不理想。由于此階段對膜的成型和強(qiáng)度有著直接影響，因此受到了技術(shù)人員的高度重視。

2.2 影響成膜以及防水性能的關(guān)鍵因素

在水性涂料成膜過程中，能夠?qū)ζ浞浪阅墚a(chǎn)生影響的因素主要有以下幾個(gè)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(xiàn)在樹脂穩(wěn)定性、水溶性、固化速度和涂膜泛黃性幾個(gè)方面?，F(xiàn)階段，應(yīng)用于水性涂料涂膜中的中和劑有很多，效果最好的應(yīng)屬三乙胺。（2）固化劑用量對涂膜性能的影響。研究表明，當(dāng)固化劑用量大于4/1時(shí)，涂膜的各項(xiàng)性能均較好。所以，固化劑的用量是否得當(dāng)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(qiáng)，但涂膜時(shí)也要考慮顏料的酸堿性。

3 最新研究進(jìn)展

3.1 降低聚合物成膜后的親水基團(tuán)

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(tuán)，與水分子的親合力作用導(dǎo)致的。因此，涂在涂膜自然干燥過程中，由于親水基團(tuán)與水分子親合力作用，使水的揮發(fā)滯緩，導(dǎo)致干膜中含水率提高。自干的涂膜經(jīng)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(shí)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(xiàn)極少。試驗(yàn)證實(shí)，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(huì)對其性能產(chǎn)生一定程度的影響，如果不能增橋其屏蔽能力，那么必定會(huì)直接影響到成膜質(zhì)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(qiáng)，涂膜中孔隙率會(huì)增高，水蒸氣滲透性也增強(qiáng).

3.3 乳膠粒子形態(tài)設(shè)計(jì)和納米粒子改性

用水性環(huán)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(dá)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(jìn)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(dǎo)致一些不足，但是可以改進(jìn)，且改進(jìn)的空間較大。

4 結(jié)語

隨著國家對環(huán)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(fā)展前景。但需要注意的是，盡管此類水性涂料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)對環(huán)境保護(hù)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(shí)間里，施工部門需要從實(shí)際情況出發(fā)，通過配方調(diào)整、涂裝條件、工藝和設(shè)備等多方面工作的優(yōu)化與完善，彌補(bǔ)水性涂料的不足，以此來提升涂料的實(shí)用性。

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