水性建筑涂料的基本讲义

水性建筑涂料的基本讲义一. 概论随着我国国民经济快速发展，大大加速我们国家城镇化的进程,建筑体系中装饰性涂料的应用日益广泛，全国各地房地产的蓬勃发展，公共建筑、商业贸易中心的大规模兴建，都为建筑功能或装饰性涂料的使用和发展提供了良好的市场环境。

由最初的淀粉和聚乙烯醇类涂料，逐渐演变到现在的各种乳胶漆，同时有关部门也在随着涂料品种和功能的变化，制定了相应的国家和地方标准，更加规范了各种装饰和功能性涂料的具体指标，1998年建设部提出把发展高性能外墙涂料作为重点建筑材料来推动，全国化学建材协调组又将建筑涂料列为化学建材重点发展材料，并组织专家起草和制定2000一2010年建筑涂料发展规划。

这些宏观环境都为建筑涂料的发展提供了良好的机遇。

但是我国的产品无论在品种还是在质量方面和国外的比都存在着巨大的差距。

究其原因，除了我国国产原材料的质量和品种无法适应建筑涂料市场发展的要求外，我们的制备工艺许多依然是传统的作坊式的，涂料研制过程中的技术来源主要是靠经验，缺乏实用的理论指导。

所有这一切都是由于对涂料科学技术缺乏系统的应用基础研究和应用基础理论指导造成的。

应用基础理论研究的薄弱，使我们在实际的生产实践过程中，无法深入理解生产中出现的问题并提出解决问题的各种办法。

然而，因为各地的生活消费水平不一样，所以各个地方涂料厂的技术人员在涂料的配方制定上也有很大的不同，种种原因使我国涂料工业技术水平处在高速发展但综合水平提高很慢等不协调的状态。

当前建筑涂料水性化的趋势是各国涂料界共同面临的一个问题，如何加强基础研究，在这一领域跟上世界的先进水平，开发出适应我国国情并且可以同国外产品竞争的涂料产品是我们的首要任务。

在此过程中，探索出涂料水性化的规律，总结出相关的理论，这对于最终提高我国涂料工业的科学技术水平有着十分重要的意义。

本讲义的目的是系统地介绍了水性建筑涂料的原料基础知识以及水性建筑涂料配方的组成，供广大的涂料生产商或技术人员作为参考，另外水平有限，有错误的地方恳请指正。

二. 水性建筑涂料的分类1.纯丙乳胶漆以甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯和各种乳化剂等主要原料合成的乳液为基料，再配以各种助剂，粉料经高速搅拌或砂磨等分散工艺而制成。

2.苯丙乳胶漆（有机硅改性苯丙乳胶漆）以苯乙烯，丙烯酸丁酯（乙酯或辛酯）和各种乳化剂以及有机硅单体等主要原料合成的乳液为基料，再配以各种助剂，粉料经高速搅拌或砂磨等分散工艺而制成。

在这种体系中，因为苯乙烯的强疏水性以及有机硅的对涂膜的交联和对底材的附着作用，所以可以做成附着力和耐水性很好的涂膜，但丁酯的保色性要好于其他两种酯类，但价格较高。

乙酯的保色性最差。

3.醋丙乳胶漆.以醋酸乙烯酯，丙烯酸丁酯和乳化剂等主要原料合成的乳液为基料，再配以各种助剂，粉料经高速搅拌或砂磨等分散工艺而制成。

这种乳液一般情况下粒径较醋，缔合效果差，但涂膜手感较好，一般做中高档内墙涂料使用。

4.醋叔乳胶漆.以醋酸乙烯酯，叔碳酸乙烯酯和乳化剂等主要原料合成的乳液为基料，再配以各种助剂，粉料经高速搅拌或砂磨等分散工艺而制成。

这种乳液涂膜手感较好，耐碱性也好，一般做高档内墙或者外墙涂料使用。

5.V AE类乳胶漆.以醋酸乙烯酯，乙烯单体和乳化剂等主要原料合成的乳液为基料，再配以各种助剂，粉料经高速搅拌或砂磨等分散工艺而制成。

这种乳液因乙烯的内增塑作用,涂膜较软耐碱性也好，一般不需要再另加成膜助剂,主要做中高档内墙使用.6.聚乙烯醇灰钙粉涂料.主要有聚乙烯醇3-4%的水溶液或者固含为3-4%107胶溶液,配合灰钙粉,重钙或滑石等粉料,各种助剂高速搅拌或砂磨而成.这种涂料因为灰钙粉的活性作用,因而有很好的耐水性,但因灰钙粉的高碱性特征,在处理粉体的分散性和涂料的储存性过程中有一定的难度.另外涂膜很容易黄变.7.现在基本已淘汰的品种:已淘汰的品种有聚醋酸乙烯乳胶漆,淀粉涂料,聚乙烯醇水玻璃涂料等等.但因为很多地方经济发展不平衡,在一些农村和偏远地区仍有部分在采用.三．水性涂料的基本配方原料性能介绍（一）基料（乳液或其他成膜物质）主要提供涂膜的耐水性和耐候性以及保色性等等性能，是涂料生产过程中最主要的原料成分之一，它们在干燥过程中会形成一个透明的涂膜，而起到把各种粉体或一些颜料粘结固定在基材上的作用。

这种原料的好坏就直接关系到涂料的附着力,耐水性以及耐候性,保色性等最基本性能，在具体的涂膜试验数据中它不但可以反应出涂层的耐洗刷性，抗黄变性，附着力，以及耐沾污等试验性能指标，而且可以看出它对各种粉体的包裹性，也就是涂膜的致密度，更重要地是保证了涂料对基材的附着力，没有优良的附着力，也就根本谈不上涂料对墙体的装饰和保护功能；所以好的基料就是涂料原料中最关键的组分之一，如果基料差就可能造成涂料基层的粉化、脱落、退色、渗漏,使用年限短等一系列的质量问题。

从而造成一些不必要的损失。

1. 乳液的成膜机理：在一般情况下，各个乳液粒子在乳液中可以看做被乳化剂护套包围，此外，还有一定量剩余的表面活性剂游离在水相体系中（无皂聚合体系除外），乳化剂的护套作用使每个乳胶颗粒相对稳定地分散在水相体系，护套的来源主要是单个乳化剂相互形成的各个胶束体形成的，因为表面活性剂溶液在其浓度超过其临界体积浓度（CMC）后，会自发地形成许多不同的有序组合体。

胶束的基本结构分为两部分：内层和外层。

在胶束内部，疏水的碳氢链彼此缔合吸附，聚集在一起形成疏水的非极性内核，这样高分子的聚合物就相互缠绕在这样的一个内核中，形成非极性微区。

在其内核与水溶液之间是水化的表面活性剂外层，在这个外层表面活性剂亲水的极性基向着水相，周围吸附着一层水分子，这层水分子又称结构水，并且有一定的取向分布，也称为渗透水，这样高分子聚合物在乳化剂（或表面活性剂）的作用下，形成一个稳定的分散体结构体系。

但实际在微观条件下，这个体系更加复杂一些，在乳胶粒表面还吸附着一层相互排斥的带电荷的离子形成双电层结构。

当我们把这种乳液，粉料和助剂做成一个均匀的涂膜以后，因为水分子和其他物质的较快挥发而迫使涂膜体积产生一个较强的干燥收缩压力，这个压力压迫着乳胶外形产生一系列的结构变形，当体积的收缩到70%左右时，乳胶颗粒开始受挤压变形，变形是乳胶颗粒最终形成连续涂膜的一个比不缺少的步骤。

变形的聚合物颗粒可以填补因水分挥发而形成的空隙，当环境温度高于乳液最低成膜温度（MFT）的时候,就可以形成一个连续的涂膜，如果环境温度低于乳液最低成膜温度的时候，必须要借助成膜助剂的作用，才可以形成一个连续的涂膜，至于成膜助剂的应用及其原理，我们以后还要详细地介绍。

有资料显示，水分的挥发达70%左右，乳胶颗粒开始受挤压变形，涂膜因为毛细作用使里面的水分进一步输送到涂膜表面，水分的继续挥发迫使涂膜体积进一步收缩，周而复始，最终乳胶粒子和各种粉料形成一个连续而密实的涂膜结构。

另外，因为我们现在因原料成本和消费水平的限制，很多的涂膜因粉体的含量较高，乳胶粒子在搭接过程中没有形成一个连续的结构(即PVC>CPVC),也就是涂膜的颜料体积浓度大于涂膜的临界颜料体积浓度，形成类似海岛一样的涂膜结构。

如果使用的乳液性能较好，虽然这种结构也会形成很好的粘结性能，但实际涂膜的空隙度加大了许多。

2. 乳液的粒径分布与大小对涂膜性能的影响乳液在合成过程中，因为乳化剂的临界胶束浓度（CMC）不同，所形成的护套有不同的大小，所以合成的乳液具有不同的粒径分布。

一般情况下，乳液的粒径为0.1-0.5µm之间，同时乳液粒子的表面积随其半径的平方而变化，而其体积是随其半径的立方而变化，所以如果单个乳液粒子的直径减半，其表面积将扩大4倍，而其体积将减小8倍，当然这是一个很理想的状态。

实际在操作过程中，虽然没有这么标准，但也说明了一个很直观的问题，就是乳液的粒径越小，其表面积越大。

在乳液聚合过程中，因为各种因素的影响，如滴加速度，反应温度以及体系中含有微量的杂质等，乳液粒径的分布不可能是很均匀的，所以总有一些乳化剂是游离于体系中（无皂聚合的除外）。

但相比较而言，乳液粒径越细表面积越大，体系中游离的乳化剂含量应该越少。

而乳液在聚合中乳化剂是必须的，所以在乳液形成连续涂膜的时候，乳化剂最初在中间起到搭桥作用，而后和粒子里面的高分子聚合物形成一个非均相的连续涂膜，但当体系含有少量或大量的游离的乳化剂的时候，这个涂膜结构就会变得很复杂。

因为乳化剂的形成胶束的必然性，所以这部分乳化剂在涂膜干燥之前形成一些胶束，涂膜干燥后，形成的这部分胶束就留在了涂膜结构中，这是我们最不愿意看到的。

所以，如果体系中游离的乳化剂少，形成的胶束也就少一些，反之，就会形成大量的一些不必要的胶束结构。

而形成的这些胶束一方面会严重影响到涂膜的吸水率，另一方面也会影响到涂膜的光泽和透明度。

所以，当乳液粒径越细分布越均匀，游离的乳化剂含量越少，所形成的涂膜光泽会越好，而耐水性相比较而言也会越好。

当乳液的涂膜干燥后再遇到水分时，因为游离的乳化剂胶束的存在，会形成一部分洗涤剂的作用，而破坏整体的涂膜结构。

如果在乳胶粒径很粗或游离乳化剂胶束浓度含量特别多的情况下，其胶束的亲水端会迅速吸水而使涂膜变白膨胀，而细粒径的乳液或游离乳化剂含量少的涂膜结构，因吸水而变白的速度就很慢。

当这部分变白膨胀的涂膜再干燥后，涂膜结构就不会回到以前的那种状态了，因为涂膜吸水变白膨胀的原因，所以会加大涂膜的空隙度。

涂膜干燥后因空气折射率的变化，从而使这些涂膜产生颜色变化，发花或颜色变浅。

3．乳液粒径分布与成膜温度的关系：我们使用乳液做为黏结剂时，乳液共聚物的成膜过程是非常重要的。

乳液共聚系统的粒径分布与胶乳形成连续薄膜的最低温度MFT之间有很大的联系。

MFT是乳液生产过程和使用过程中的一个很重要的指标。

在乳液成膜过程，当聚合物颗粒充分合并时，便会形成一个连续的涂膜。

国外有资料和试验数据说明了小颗粒的功能有使大颗粒合并的作用。

在多分散体系中,粒度为某值的粒子数最多的部分对MFT的贡献大.在实际的应用中,可以利用粒度影响MFT这一性能,来设计乳液的粒度,达到成膜的要求.例如,有一高Tg的乳液,成膜性能差,这时可加入一定量的小粒子乳液到体系中,降低成膜温度。

有资料显示：粒子的直径与毛细管压的大小成反比，而毛细管压是乳液粒子聚结成膜的推动力，因此粒径越小，在成膜过程中形成的毛细管压力越大成膜性越好，它的最低成膜温度（MFT）也就越低。

这一结论也为一些试验数据所证实。

但我们现在所讨论的问题只能限制在同种单体所形成的聚合物。

但也有试验结论与此不同，乳液粒子的直径大小发生变化，但乳液的最低成膜温度数值却只是在试验的误差范围内波动。

这种不同试验得到不同结果的现象，既说明了乳液体系本身的复杂性，也说明了影响乳液最低成膜温度是各种因素综合影响的结果。