0 引言
建筑外墙乳胶漆在施工早期遇到下雨天气，极易出现起泡或脱皮现象，进而影响涂膜的附着力，导致涂膜光泽、颜色不均匀，涂膜的耐久性变差，因此，改善乳胶漆抗水性及其涂模抗起泡性，进而提高涂膜耐候性，是外墙乳胶漆配方设计主要考虑的技术指标之一。乳胶漆涂膜中的聚合物高分子大多具有遇水膨胀的性质，而其中的颜料多为吸水性极强的多孔隙无机物。成模后当遇到雨水浸泡时，水分不可避免地会透过涂膜进入并聚集在涂膜和基材之间，大大降低涂膜和基材之间的附着力。当水蒸气透出涂膜时，若涂膜透气性差，则产生的压力会将涂膜从基材向外顶起，使涂膜起泡。因此，影响涂膜起泡的因素除了乳胶漆抗水性外，还包括其涂膜的透气性及其与基材之间的附着力等。改善涂膜的抗起泡性可以通过提高乳胶漆的抗水性，减少涂膜的水分透过和在界面间的聚集来实现。乳胶漆抗水性的强弱取决于配方中的乳液、颜填料、以及各类助剂的种类和用量。本文对乳胶漆各配方组分性能对涂膜抗水性和抗起泡性的影响规律进行了研究。本研究采用的实验方法在尽可能与实际情况保持一致的前提下，为了提高实验的可重复性，对实验条件进行了适当的简化，尝试建立一种简便可行的测试方法，对涂膜抗水性和抗起泡性的变化规律进行研究，进而为设计抗水性和抗起泡性良好的外墙乳胶漆配方提供依据。
1.实验部分
1.1 试验用原料
选用国内市场常见的纯丙乳液、苯丙乳液、钛白粉、分散剂、消泡剂、聚氨酯缔合型增稠剂、成膜助剂、润湿剂等。
1.2 乳胶漆实验配方及制备方法
1.21实验配方
乳胶漆的颜料体积浓度（PVC）是影响涂膜透气性、吸水性的重要因素，选择较低PVC 的配方（见表1）进行实验，此时，涂膜的透气性降低，如果涂膜的抗水性较差，更容易起泡，因而能够大限度地反映涂膜耐水性对抗起泡性的影响，实验结果的可重现性较好。
1.2.2制备方法
按照配方顺序依次加入水、助剂、颜料，高速分散至细度合格，加入乳液、成膜助剂、聚氨酯缔合型增稠剂等，用PH 调节剂调节PH值至8.5。
点滴法，用去离子水，1~3h后，评价漆膜起泡程度。
实验中发现，乳胶漆涂覆在不同的基材上制备的涂膜，对其抗起泡性影响较大，在金属板上，由于涂膜的附着力较强，抗水性对抗起泡性能影响的实验结果重现性较差。本实验采用上述方法可以较好地确保涂膜吸水后（抗水性差）对涂膜起泡性产生大影响。
(2)评价方法：参考ASTM D458522011，根据起泡的尺寸和频率来评价起泡的严重程度。
发泡尺寸：根据气泡大小从10 到0 的数字标度，将评价标准划分为4 个等级，其中数字10 表示没有发泡，8代表裸眼可看到小尺寸的气泡，6、4、2 分别代表尺寸进一步增大的气泡。
发泡频率：在气泡大小固定的各个阶段，将发泡频率划分为4 个等级，表示如下：稠密为D，中等稠密为MD，中等为M，几乎没有为F。
2 结果与讨论
2.1 乳液的影响
外墙乳胶漆一般采用耐候性能好的丙烯酸乳液，乳液单体的种类和用量在一定意义上决定了乳液及乳胶漆膜的物理、化学及机械性能。研究聚合物组成对聚合物的吸水率和水蒸气渗透性的影响可以发现，一般非极性单体组成的聚合物的吸水率和水蒸气渗透率小于由极性单体组成的聚合物。在选择乳化剂的种类和用量时，外墙用乳液通常采用阴离子表面活性剂，用量较低，意在提高漆膜的附着力，降低漆膜的水敏感性，但同时导致乳液的钙离子稳定性和抗冻融稳定性下降，对颜料的润湿展色性能较差，同时与疏水性较强的分散剂、增稠剂相互吸附作用强烈，涂料的贮存稳定性降低，易出现凝胶现象。
为提高乳液的抗水性和耐沾污性，乳液生产商采用一系列先进的乳液合成技术开发新的品种，如无皂聚合、核壳聚合等。无皂聚合乳液由于极少加入或不加表面活性剂，显著降低了乳液的水敏感性，从而可提高涂膜的抗水性。表2 为试验用乳液的性能测试结果。不同乳液按表1配方制备的乳胶漆性能见表3。
从表2、表3 可以看出，乳液的抗水性是影响涂膜抗水性的重要因素，乳化剂用量、乳胶膜的吸水率都会对涂膜的抗起泡性产生影响。无皂聚合乳液（乳液A）表现出较强的抗水性能，乳胶漆也表现出良好的抗起泡性和附着力。其它4种乳液的乳化剂用量可以从钙离子稳定性的测试结果推测，钙离子稳定性较低的乳液中表面活性剂用量较低，漆膜的水敏感性较低，抗起泡性较好。当然，乳液单体种类也会影响乳液涂膜吸水性的强弱。
为了进一步证实表面活性剂（润湿剂）对涂膜抗水性的影响，在上述无皂聚合乳胶漆中添加一定量的表面活性剂（Hydropalat 436 和Hydropalat 875），测试涂膜抗起泡性的变化情况，实验结果见表4。
从表4 可以看出，表面活性剂的加入会提高漆膜的水敏感性，其中阴离子表面活性剂Hydropalat 875 的水敏感性比非离子表面活性剂Hydropalat 436 的要低。
乳胶漆中颜填料用水性分散剂分为2 类：一类是聚丙烯酸盐类，可通过稀溶液中的自由基聚合方法合成，中和成氨盐、钠盐或钾盐，国内外多家供应商生产这类产品。其主要优点是分散效率高，润湿快、用量少、颜料浆黏度下降快，主要靠双电层稳定颜料，涂料黏度稳定性好，可以制备高含量的无机颜填料分散浆，同时提供乳胶漆良好的贮存稳定性和流动性，受其它因素影响小。其中钠盐分散剂的光泽较低；氨盐由于氨成分的挥发，光泽度高于钠盐，漆膜的抗水性也比钠盐提高。这类分散剂的大缺点是由于分子中大量的羧基，具有较强的水敏感性，残留在乳胶漆中，降低了内墙乳胶漆的耐擦洗性能和外墙乳胶漆涂膜的抗水性。另一类是丙烯酸1马来酸酐共聚物类疏水型分散剂，这类分散剂中和成盐类时，为了降低VOC可能会是钠盐，为了进一步提高光泽也可能中和为氨盐。适量的分散剂残留在乳胶漆中不会对涂膜的水敏感性产生明显影响，还可以提供涂膜良好的抗水性能，同时提高光泽度和着色力。其缺点是乳胶漆的流变性能和贮存稳定性变差，随着分散剂疏水性增强或分子量增大，甚至出现胶化现象。有专利报道，采用三元共聚，如（甲基）丙烯酸-（甲基、乙基）苯乙烯-（甲基）丙烯酸丁酯，可以同时提高乳胶漆的耐水和贮存稳定。
分散剂用量的确定可以采用测定颜填料分散黏度曲线的方法进行。图1 为不同分散剂分散金红石钛白粉（R-706）的黏度曲线。图中（H-5040）是聚丙烯酸钠盐分散剂，（H-100）是丙烯酸-马来酸酐共聚物疏水型分散剂。
从图1 可以看出，聚丙烯酸钠盐分散剂对金红石钛白粉润湿快，降黏好，但是当分散剂用量大于分散浆低黏度分散剂用量时，分散浆的黏度开始随着用量增加显著增大；而疏水型分散剂的分散黏度曲线比较平坦。分散剂佳用量见表5。
根据分散剂佳用量确定乳胶漆配方中分散剂的实际添加量。分散剂H-100 及H-5040 用量对用乳液: 制备的乳胶漆的性能的影响见表6。
从表6 可以看出：（1）疏水型分散剂H-100 用量大于佳用量时，并没有提高涂膜的光泽、改善乳胶漆的稳定性和涂膜早期抗起泡性，相反，分散剂用量过大，光泽度明显下降，涂模抗起泡性也略有下降。（2）聚丙烯酸盐类分散剂H-5040，用量过大严重影响乳胶漆以及涂膜的各项性能，例如，在颜填料分散阶段，分散剂用量过大会使分散浆黏度升高，触变性增大，涂膜水敏感性增加，抗水性、湿附着力下降。当分散剂H-5040 用量减至0.14%时，涂膜的水敏感性明显降低。（3）对于分散剂H-5040 用量为0.14%的实验配方，由于分散剂用量甚低，可看作乳胶漆的性能接近不加分散剂的乳胶漆性能。比较表6中的实验数据可以看出，由于使用了疏水型分散剂H-100，提高了乳胶漆的抗水性，起到可改善涂膜早期抗起泡性的作用；而H-5040 作用相反，提高了涂膜的水敏感性。
2.3 颜料种类的影响
采用2种不同牌号的进口钛白粉进行颜料种类对乳胶漆抗水性影响的对比实验。2种钛白粉的表面物理性能为：R-706 的表面采用AL2O3/SiO2/ 有机物处理，吸油量为13g/100g；RCL-575 的表面采用AL2O3/SiO2/ 有机物处理，吸油量为17g/100g。图2 为2种不同钛白粉分散浆的黏度曲线。
由图2 可以看出，由于钛白粉R-706 的表面有机物包覆处理量较大，吸油量低，在水中的润湿好、分散快，需分散剂的量少，亲水性比R-575 要大。以乳液A 为基料，分别采用这2 种钛白粉按表1 配方制备乳胶漆样品，其性能对比见表7。从表7 中可以看出，2 种钛白粉配制的乳胶漆其涂膜的耐水性差别不大。
3结语
外墙乳胶漆施工早期突遇雨水时，极易出现涂膜起泡、附着力下降的情况，严重时涂膜会脱落。因此在外墙乳胶漆配方设计时，就要优选原材料，提高乳胶漆的抗水性，降低涂膜起泡的倾向，可从以下方面考虑：由于单体种类、配比，所用乳化剂的种类及用量的差异，聚合物乳液的抗水性差异较大，采用抗水性好的乳液，如无皂乳液可以显著提高乳胶漆涂膜的抗水性及抗起泡性。选择疏水型颜料分散剂，通过分散剂的疏水作用，加强涂膜的早期抗水性，提高涂膜的湿附着力；分散剂佳用量应针对不同配方通过实验确定，分散剂用量不当会影响乳胶漆的各项性能。为了大限度地反映乳胶漆涂膜抗水性对涂膜抗起泡性的影响，可采用本研究中的实验方法在实验室进行抗水型乳胶漆配方优化设计。
