一、涂膜耐水性表現、機理及影響因素

    涂膜的基料主要是高分子材料，在水的存在下，常常會發生色變、軟化、附著失效、起泡甚至涂膜破裂；所以涂膜的耐水性是涂膜使用性能中一項很重要的內容。

    色變：樹脂或顏色在水的作用下生成發色基團；

    軟化：水增涂膜的溶脹與塑化作用，導致強度和硬度降低；

    附著失效：水分子取代了涂膜與底材之間的界面作用（包括部分氫鍵或者易水解的化學鍵），導致附著力大大降低；

    起泡：由于涂膜軟化和附著失效，涂膜中的水揮發將涂膜頂起。

    涂膜受水的影響主要包含兩個方面：

    1、涂膜吸水性強，易回潮（或者干燥慢，不容易完全干燥）的情況；

    2、涂膜易與水發生能劣化涂膜性能的各種物理和化學作用的情況（如含有易水解的酯鍵或醚鍵）。

    涂膜吸水具有普遍性，具體談一下涂膜吸水機理：

    化學親和

    涂膜中親水基團通過陽離子配位或氫鍵作用使得水分子吸附在極性基團表面，從而使得物質表現為一定的吸水性。（涂料成膜后一般以化學吸附為主）

    毛細作用

    常見于多孔物質的吸水現象，是一種物理吸附，當然物質本身對水要有一定的親水性，如硅藻土，如涂膜干燥時沒有完全封閉的脫氣通道。

    滲透作用

    如果涂膜中存在電解質，會產生滲透壓，使得涂膜外部的水有向內部滲透的傾向。當然在涂膜內聚能較大時，具有部分抵消這種滲透壓力的傾向。

    那么涂膜中常見的“親水結構”有哪些呢？

    親水基團

    包括離子類和非離子極性類；

    離子類——無機鹽類、有機電解質（如：離子性的表面活性劑）；

    非離子極性親水基團——主要有羧基、羥基、酰胺基團，腈基等。

    無機氧化物：如某些催化劑。

    物理吸附的多孔毛細結構；如成膜過程中沒有完全封閉的脫氣通道，多孔性填料如硅藻土。

    其中親水基團親水性的相對大小（定性）比較如下：酸根>酸>酰胺≈羥基≈腈基>醚基

    當然有時候還要考慮量的因素，如聚醚改性非離子活性劑，由于獲得可類比離子型活性劑的極性，聚醚鏈鍛往往很長，成膜后都殘留在涂膜內，使得其耐水性還不如陰離子胺鹽類的表面活性劑。

    以水性漆為例：

    涂膜中存在的“親水結構”有以下幾種：

    1#樹脂（醇酸樹脂）：羧基或羧酸根；

    2#樹脂（丙烯酸樹脂）：羧基或羧酸根、還可能含酰胺基團、腈基；

    固化劑：聚醚鏈段；

    顏填料：表面的羥基、羧基、還有潤濕分散劑；

    其它助劑：如增稠劑（土、纖維素、聚丙烯酸）、助溶劑。

    二、提高涂膜耐性水的途徑

    選擇耐水性好的樹脂和固化劑；

    盡量降低顏填量或選擇疏水性好的粉料；

    減少配方中“親水結構”（親水基團）的含量；

    增加涂膜交聯密度和固化反應完全程度；

    降低涂膜的表面張力。

    ps.前三項是固本，后兩項為防守 。

    1、耐水性好的樹脂和固化劑

    （1）耐水性好的樹脂分散液有以下指標：

    較高的羥值；

    盡量低的酸值；

    較高的玻璃化溫度（少含柔性鏈的醇）

    較高的分子量、較窄的分子量分布；

    盡量少的極性單體；

    帶脲環胺類等能增強濕附著力的單體；

    合適的成鹽助劑。

    對于成鹽劑原則上是揮發速度盡量快一些，當然收到水的揮發速度的限制，如在潮濕環境中，水揮發慢，導致沸點較高的成鹽劑長時間殘留在涂膜中，會形成較大的滲透壓，發生很強的吸水作用。當然由于樹脂各項參數之間會有矛盾或者影響其它的如粒徑、穩定性等性質，所以上述左右參數都有一個最佳的平衡范圍。

    （2）對于固化劑，使用異氰酸酯固化劑

    HDI 脂肪族異氰酸酯三聚體最為常用，以前一般用聚醚鏈端改性，但是成膜后依然殘留在涂膜中的聚醚鏈段對使得涂膜的耐水性大大降低；可以選擇磺酸鹽改性的HDI，用氨水做成鹽劑，涂膜干燥后，氨水揮發，少量的磺酸基團對耐水性的降低遠遠小于聚醚改性的HDI。

    2、盡量降低顏填量或選擇疏水性好的粉料

    有明顯親水溶脹的硅酸鹽填料要慎用，如蒙脫土、高嶺土；另外蒙脫土中的金屬離子對分散液的穩定性有破壞作用，非要用的話最好可以用可揮發胺改性。

    對于滑石粉、沉淀硫酸鋇類的填料，選擇進行疏水處理的較好；

    對于有機色漿一定要注意其化學結構，帶電性以及使用的表面活性劑；

    涂膜疏水性還可以通過添加納米材料獲得，特別是納米硅氧化合物。

    3、減少配方中“親水結構”（親水基團）的含量

    水性涂料中常見的親水物質見前面所述；在此強調一下助溶劑（或者大家所叫的成膜助劑），沸點太高，揮發太慢的醇醚類物質在涂膜水完全干燥后，還會長時間殘留在涂膜中，降低涂膜的耐水性。

    4、增加涂膜交聯密度和固化反應完全程度

    選擇羥值高的樹脂分散體、適當的催化劑、保證涂膜固化后具有較高的交聯密度；有研究表明：適當增加固化劑的量能增強涂膜的耐水性（NCO/-OH比例為1.5-2.0耐水性最好），當然過多的固化劑會過剩，反而使得耐水性降低。

    高的交聯密度首先得要保證交聯程度的反應完全，不然過高的羥基意味著沒有來得及反應的羥基也會增多；另外過高的交聯密度會劣化沖擊，彎曲等性能。所以樹脂最好的交聯狀態是適當的交聯密度，盡可能完全的反應程度。

    5、降低涂膜的表面張力

    利用F取代烷基或硅氧烷類流平劑降低涂膜表面張力，使得涂膜具有一定的疏水性。

    6、前期耐水性與長期耐水性的概念

    水性涂料干燥慢，實干之后的很長時間里，依然會有一定量的水殘留在涂抹中，這些水分子在完全干燥之前存在劣化涂膜性能的傾向，需要涂膜在次階段有能力抵抗殘留水的破壞作用，在此定義為“前期耐水性”，顯然前期耐水性與施工工藝也緊密有關。

    涂膜在完全干燥后（涂膜中水含量極低）的長期使用過程中，由于“親水結構”的存在，存在吸水回潮的傾向，所以還要保證涂膜的“長期耐水性”。

    定義只是為了方便描述問題。如何提高涂膜耐水性，分開來說：第一要提高涂膜的前期耐水性，顯然短的干燥時間是保證前期耐水性的重要條件；對于長期耐水性則需要降低涂膜對水的親和能力或提高涂膜對水的隔離能力。

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責任編輯：殷鵬飛

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