黄莉恒

摘 要：目前，减少涂料有机挥发物（VOC）已经成为国家环保部门的一项重要工作，并以此为主要内容出台了相关法规和政策，这一举措无疑催生了环境友好型涂料的发展，水性涂料就是其发展方向之一。本文主要以水性丙烯酸涂料为例，对该涂料的成膜问题以及最新研究进展进行简要论述，以此来进一步完善水性丙烯酸涂料涂膜效果，将其性能更好的发挥出来。

关键词：水性丙烯酸涂料；涂膜；渗水性；防水性

1 发展历史及特点

1.1 发展历史

虽然水性丙烯酸涂料在近代工业发展中应用比较广泛，但涂料本身却有着十分悠久的历史，真正将其作为溶剂型涂料进行应用是在19世纪中叶。最简单的水性涂料是石灰乳液，早在百年之前，就有人尝试利用亚麻仁油对其进行改良，并将其作为涂料占据了一定的市场地位。从20世纪30年代到80年代，水性涂料在世界大多数国家都有十分广阔的发展前景。

我国自改革开放以来，社会经济发展水平持续提升，涂料用量也在逐年增加，目前已经成为世界第二大涂料消费国。然而纵观国内涂料消费结构，却存在诸多有待解决的问题，高污染涂料所占比例较大就是其中之一，这一问题的存在严重威胁着环境和施工人员的安全。水性涂料的出现很好的解决了这一问题，由于水性涂料具有安全、低污染、施工简单等优势，因此近年来在我国得到了很好的发展，受到了前所未有的重视。

1.2 特点

与其他涂料相比，水性丙烯酸涂料在很多方面都表现出了不可比拟的优势，比如说，该涂料主要以水作分散介质，可大幅度降低有机溶剂，节约了大量资源和能源，同时也降低了对环境的污染，降低了施工和生产过程中存在的火灾隐患。此外，水性丙烯酸涂料对施工条件没有较大限制，即使在潮湿环境中也可以直接施工，而且涂料涂膜均匀、平整，具有较好的耐腐蚀性。

但是，水性丙烯酸涂料也有一些缺点，比如说，会在一定程度上腐蚀涂装设备，因此必须确保涂装设备具有防腐蚀性，而此类设备往往造价较好，会直接提高施工成本。此外，水性丙烯酸涂料在施工中对底材表面清洁度具有较高要求，必须确保输送管道形状良好，管壁无缺陷，否则会在一定程度上影响到涂料贮存稳定性及涂膜的性能。

2 水性丙烯防水涂料的成膜和影响因素

2.1 成膜机理

水挥发、乳胶粒子变形和相互扩散是水性丙烯涂料成膜的三个阶段。在第一阶段，人们提出了三种理论来对水分蒸发进行说明，即平推干燥理论、有序排列干燥理论和由表及里的垂直干燥蒸发理论。上述三种理论从不同侧面对水性涂料的水蒸发过程进行了说明，简单来说，就是在水蒸发过程中，水与空气界面中的介质接触而产生的多个作用力，这些作用力除了范德华力、液桥毛细管作用力和悬浮体系的作用力之外，还包括了双电层重叠排斥力和水——空气界面的毛细管作用力。这些作用力会推动粒子流动，继而导致乳胶颗粒变形，这就是涂料成膜的第二个阶段。第三阶段是相互扩散阶段，此阶段乳胶粒中的聚合物链段上含有一定数量的反应性官能团，最终涂膜的性能与乳液成膜过程中聚合物链段的扩散速率和交联速率密切相关。如果交联速率比聚合物链段的扩散速率快得多，交联反应集中在乳胶颗粒内部发生，乳胶颗粒之间几乎没有交联反应发生，导致涂膜性能并不理想。由于此阶段对膜的成型和强度有着直接影响，因此受到了技术人员的高度重视。

2.2 影响成膜以及防水性能的关键因素

在水性涂料成膜过程中，能够对其防水性能产生影响的因素主要有以下几个方面：（1）中和剂对涂膜性能的影响。中和剂对涂膜的影响主要体现在树脂稳定性、水溶性、固化速度和涂膜泛黄性几个方面。现阶段，应用于水性涂料涂膜中的中和剂有很多，效果最好的应属三乙胺。（2）固化剂用量对涂膜性能的影响。研究表明，当固化剂用量大于4/1时，涂膜的各项性能均较好。所以，固化剂的用量是否得当对涂膜性能非常重要。（3）颜料对涂膜性能的影响。尽管水性丙烯酸涂料与颜料的亲和性较强，但涂膜时也要考虑颜料的酸碱性。

3 最新研究进展

3.1 降低聚合物成膜后的亲水基团

表1中可看出，自然干的涂膜中含水率较高，均在31%以上，这是由于丙烯酸乳胶树脂体系中含有亲水基团，与水分子的亲合力作用导致的。因此，涂在涂膜自然干燥过程中，由于亲水基团与水分子亲合力作用，使水的挥发滞缓，导致干膜中含水率提高。自干的涂膜经70℃干燥1h，再在80℃的真空下干燥1h，测得涂膜含水量在3l%以上。随着涂料中水性丙烯酸树脂用量从10%增至40%，而涂膜中含水量也增加，证实涂膜含水量是由作为成膜物的水性丙烯酸树脂所致，颜填料对涂膜含水量贡献极少。试验证实，水性丙烯酸成膜物含量40%的色漆含水率和纯水性丙烯酸树脂清漆膜的含水率相近。

3.2 提高涂料成膜后对水和氧气的屏蔽能力

一般来说，涂料成膜之后，水和氧气会对其性能产生一定程度的影响，如果不能增桥其屏蔽能力，那么必定会直接影响到成膜质量。屏蔽型防锈颜料可以阻滞水蒸气对涂膜的渗透，但要有合适的颜料体积浓度（PVC），因PVC增加，颜料聚集趋势增强，涂膜中孔隙率会增高，水蒸气渗透性也增强.

3.3 乳胶粒子形态设计和纳米粒子改性

用水性环氧树脂（用量30%）改性水性丙烯酸乳胶，加上防锈颜料，配制的水性涂料，涂膜的防腐性能大为提高，甚至达到或超过同类溶剂型丙烯酸树脂涂料的性能。用磷酸酯改性羟基型丙烯酸乳胶涂料也收到改进涂膜防腐性能良好效果。这些研究说明，水性丙烯酸树脂由于具有亲水性导致一些不足，但是可以改进，且改进的空间较大。

4 结语

随着国家对环保工作重视程度的不断提升，以水性丙烯酸涂料为代表的水性涂料将具有十分广阔的发展前景。但需要注意的是，尽管此类水性涂料具有诸多优点，符合当今社会对环境保护的需求，但也不能忽视水性涂料的一些不足，尤其是涂料涂膜过程中的渗水性和腐蚀性。所以，在未来的时间里，施工部门需要从实际情况出发，通过配方调整、涂装条件、工艺和设备等多方面工作的优化与完善，弥补水性涂料的不足，以此来提升涂料的实用性。

参考文献：

[1] 林锐，林壮文，王飞，刘朝辉，贾艺丹.水性丙烯酸涂料的改性及其功能化应用研究进展[J].表面技术，2017（1）.

[2] 黄伟，肖建军.水性涂料的应用现状及研究进展[J].化工新型材料，2015（8）.

[3] 夏中高，朱爱萍.水性环氧改性丙烯酸酯防腐蚀涂料的研制[J].涂料工業，2014（4）.