水性涂料性能檢測措施的研究

樊繼豐

（江蘇省地質礦產勘查局第五地質大隊，江蘇徐州221000）

隨著國家對揮發性有機化合物（VOC）控制標準的發布，傳統溶劑型涂料在環保優勢上稍遜于水性涂料，水性涂料在環保性、安全性、便捷性上的優勢逐漸在市場上有了發展空間。但水性涂料綜合性能較差、施工要求較高等劣勢需要對它做好全面的性能檢測，才能更好的結合水性涂料的綜合性能為人們所使用。

1 水性涂料的應用

水性涂料不僅在工業領域被廣泛使用，在非工業領域如建筑、交通等方面也發揮著重要的作用。

1.1 用于化學成膜

水性涂料可以通過水來分辨出其成分，干燥速度較快，結合其相應的化學因素和物理因素，采用相對應方法將其進行化學成膜后，可以減少施工周期，并保證成膜后的化學、物理等要素的關聯性及穩定性，使其操作方便，提高施工效率[1]。

各種改性物質對提高水性涂料的耐腐蝕性能有不同的作用。純丙烯酸酯乳液A；10%丙烯酸酯乳液E-51B；在相同的工藝條件下制備了5%的有機硅-丙烯酸酯乳液C；同時含有10%E-51和5%有機硅的丙烯酸乳液D。以它為成膜材料，同一種水性處理液，等比例制備四種水性涂料，制成試件后，進行耐腐蝕性能測試比較，結果如表1所示。

表1 涂層耐腐蝕性

從表1中可以看出：環氧樹脂在涂層耐腐蝕性方面的改進最為顯著。這是因為環氧基團在燒成過程中可以與聚合物鏈中的羥基、羧基等反應性基團發生反應，使分子鏈交聯，形成網絡結構，提高聚合物材料的內聚強度和致密性以及涂膜的強度、硬度、耐水性、耐腐蝕性。同時，水性處理液中所含納米SiO2表面的羥基也與環氧樹脂相同。一種交聯反應，對于提高涂層的附著力和生產耐用的有機/無機復合涂層非常有用。

有機硅化合物參與聚合后，在成膜過程中有機硅組分主要分布在涂層表面，可以降低涂層表面的極性，增加疏水性，顯著降低表面粘度，進一步提高耐水性、涂層的耐腐蝕性能，提高防污性能，獲得高質量的水性涂層。

1.2 用于車輛

我國是汽車使用大國，傳統汽車油漆成本高，在車輛粉刷過程中涂料有害物質容易揮發，造成環境污染和人體健康傷害。而水性涂料由于沸點低、成膜速度快，能夠通過凝結保證車輛的外部美觀性，具有較好的防腐蝕效果，因此被廣泛使用在車輛外表噴漆中，不僅降低使用成本，還減少對環境的污染和人體傷害。

底漆富含抗腐蝕顏料和填料，密度較高，儲存穩定性較低，儲存環境溫度要求較高。

表2是某客車公司的底漆選用標準，還要增加復合涂層耐高低溫溫變性能要求。

表2 底漆選用標準

2 水性涂料的優缺點

2.1 優點

水性涂料在生產、使用過程中沒有廢水、廢氣、廢渣等產生，極大降低了環境污染和人體傷害。具有自身的防火、防爆特性，在常溫常壓條件下生產、運輸、儲存和使用過程中具有較大的安全裕度，不會對設計人員造成傷害，操作十分方便，只需要用自來水對其進行稀釋即可使用，且便于清洗[2，3]。

2.2 缺點

①由于用水做溶劑，金屬基體容易受到腐蝕，且水的冰點比大多數有機溶劑高，所以其凍融穩定性差；②水性涂料因水的表面張力較大使基材潤濕困難；③成膜干燥時間花費較多，特別是在高濕度、低溫環境下；④水與成膜樹脂相容性不好，水性涂料的貯存穩定性較差；⑤水性涂料因水的含量大，在施工作業中容易遭受微生物破壞。

3 對水性涂料性能檢測的措施

3.1 多樣化多途徑檢測

1）根據水性涂料的自身特性、特點開展物理、化學方面的檢測，采用科學合理的檢測方法，通過分析水性涂料成分、功能、污染性等方面的信息，以獲得有效真實的檢測結果，從而更好的了解和掌握水性涂料特性，以確定水性涂料使用方向[4]。

2）選擇相對應的檢測設備。根據水性涂料在不同領域的使用情況，為保證檢測達到科學性和合理性的標準，在當前我國水性涂料研發處于起步階段、檢測設備還未完善、系統化的實際情況背景下，要認真根據實際需要，由專業技術人員選擇適合的檢測設備和檢測方式[5，6]。

薄膜厚度計通常包括探頭、外殼和輸出設備。但是，不同廠家的漆膜測厚儀的形狀、結構和尺寸差異很大。同一廠家不同型號的測厚儀也不同，如圖1所示。

圖1 測厚儀的形式

對于現場漆膜測厚儀，應選擇重量較輕的便攜式測厚儀。大多數便攜式薄膜測厚儀都具有數據存儲或打印功能，也可以通過數據線與計算機連接，進行數據復制、統計和分析。因此，現場使用的工具尺寸越小越好，且便于攜帶[7]。

3）做好水性涂料對金屬腐蝕性方面的檢測。由于水性涂料含有大量水分，是否會對金屬基體造成腐蝕影響，需要通過檢測進行驗證。通過將水性涂料涂抹到檢測金屬樣本表面，如果發現其對金屬具有較強的腐蝕性，則該水性涂料不適合使用于金屬性基體上[8，9]。

水解硅烷在鋼鐵基材表面成膜再與水性涂料復合成膜，有助于提高金屬表面的防腐作用。為了更好地了解硅烷水解膜的耐腐蝕性能，在預處理后的鐵板上涂上不同層的硅烷溶液，以評估硅烷膜的耐腐蝕性和涂層的耐水性，結果如圖2所示。

圖2 不同硅烷膜層數耐腐蝕對比圖

圖2 中，從左至右依次為：2層硅烷膜、1層硅烷膜、硅烷膜與裸鐵界面和裸鐵。

未經硅烷處理的裸鐵金屬很快出現腐蝕，而硅烷預處理金屬左側2層硅烷膜，耐腐蝕性明顯提高，這是未經處理的金屬的幾十甚至幾百倍，特別是在硅烷膜與純鐵界面的點蝕試驗中，耐腐蝕性能的對比最為明顯。兩層硅烷膜是金屬經過雙硅烷預處理的結果，硅烷膜的耐蝕性隨著硅烷膜的厚度增加而增加，但層數對耐蝕性影響不大。

3.2 根據現有檢測標準進行檢測

當前水性涂料不斷發展，其相關標準也不斷制定完善，其中產品標準主要涉及室內裝飾裝修用水性木器涂料、汽車用水性涂料、建筑用水性氟涂料、路橋用水性瀝青基防水涂料等，其檢測標準有GB/T 23999-2009《室內裝飾裝修用水性木器涂料》、GB/T18178-2000《水性涂料涂裝體系選擇通則》等。通過各種水性涂料的常規應用性能，我們主要做干燥時間、耐磨性、附著力、耐凍融性、硬度、耐干熱性等方面的檢測工作，其引用的標準也分別根據檢測內容來選擇對應的檢測標準，如以《汽車用水性涂料》（HG/T 4570-2013）為例，水性汽車涂料的干燥時間引用的是《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》（GB/T 1728-1979）；以《室內裝飾裝修用水性木器涂料》（GB/T 23999-2009）為例，水性木器涂料的干燥時間檢測方法引用的是《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》（GB/T 1728-1979）。

4 現有標準未涉及到的水性涂料性能檢測項目

4.1 對水性涂料干燥時間、流掛性、耐腐蝕性的檢測

由于水性涂料內含有大量水分，其干燥時間和對金屬基體的腐蝕效果需要進行檢測，按照《色漆和清漆抗流掛性評定》（GB/T9264-2012），水性涂料干燥時間檢測應在溫度低于23℃、濕度高于50%的條件下進行。耐腐蝕性檢測應包括耐鹽霧性、耐水性、耐堿性、耐鹽水性等檢測。具體參照標準有《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）、《漆膜耐水性測定法》（GB/T 1733-1993）等[10]。

4.2 對水性涂料的貯存穩定性的檢測

水性涂料必須在一定的溫度和濕度條件下放置數天，其儲存穩定性可以通過觀察是否有分層、結塊等不良現象來判斷。對于北方冬季低溫環境，使用水性涂料容易因其低溫穩定性因素而影響施工進度，因此有必要在冬季使用水性涂料產品時參照《乳膠漆耐凍融性的測定》（GB/T 9268-2008）進行檢測，并根據檢測結果有針對的進行水性涂料產品配方的調整，如加入防凍劑等措施，使其使用更加符合施工實際。

4.3 對水性涂料、含水量、耐霉菌性的檢測

由于水性涂料大量的水成分容易遭受霉菌等有害物質的侵蝕而產生霉變，而水性涂料目前相關標準中對于含水量的檢測又很少涉及，因此在檢測水性涂料含水量方面可以參照《化學試劑水分測定通用方法卡爾·費休法》（GB/T 606-2003），該方法在測定含水量上較成熟、準確，但也因為水性涂料產品混合不均勻取樣差異，容易導致測試結果不穩定。因此測試者還可以結合《涂料水分測定法》（GB/T1746-1979（1989））來進行檢測，可起到經濟、便捷的測定效果。

綜上所述，水性涂料雖然在環保安全性上比傳統涂料具有明顯優勢，但其也存在硬度差、不耐水、豐滿度差、易結皮、影響施工等缺陷，因此需要在檢測方式上對其進行有效、準確的檢測，有針對的調整其物理性能上的缺陷，從而使其更好的使用于各個領域，讓其有更好的發展應用空間。