樊繼豐

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊(duì)，江蘇徐州221000）

隨著國家對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）控制標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，傳統(tǒng)溶劑型涂料在環(huán)保優(yōu)勢(shì)上稍遜于水性涂料，水性涂料在環(huán)保性、安全性、便捷性上的優(yōu)勢(shì)逐漸在市場(chǎng)上有了發(fā)展空間。但水性涂料綜合性能較差、施工要求較高等劣勢(shì)需要對(duì)它做好全面的性能檢測(cè)，才能更好的結(jié)合水性涂料的綜合性能為人們所使用。

1 水性涂料的應(yīng)用

水性涂料不僅在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛使用，在非工業(yè)領(lǐng)域如建筑、交通等方面也發(fā)揮著重要的作用。

1.1 用于化學(xué)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(jié)合其相應(yīng)的化學(xué)因素和物理因素，采用相對(duì)應(yīng)方法將其進(jìn)行化學(xué)成膜后，可以減少施工周期，并保證成膜后的化學(xué)、物理等要素的關(guān)聯(lián)性及穩(wěn)定性，使其操作方便，提高施工效率[1]。

各種改性物質(zhì)對(duì)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(jī)硅-丙烯酸酯乳液C；同時(shí)含有10%E-51和5%有機(jī)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(jìn)行耐腐蝕性能測(cè)試比較，結(jié)果如表1所示。

表1 涂層耐腐蝕性

從表1中可以看出：環(huán)氧樹脂在涂層耐腐蝕性方面的改進(jìn)最為顯著。這是因?yàn)榄h(huán)氧基團(tuán)在燒成過程中可以與聚合物鏈中的羥基、羧基等反應(yīng)性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，使分子鏈交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高聚合物材料的內(nèi)聚強(qiáng)度和致密性以及涂膜的強(qiáng)度、硬度、耐水性、耐腐蝕性。同時(shí)，水性處理液中所含納米SiO2表面的羥基也與環(huán)氧樹脂相同。一種交聯(lián)反應(yīng)，對(duì)于提高涂層的附著力和生產(chǎn)耐用的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合涂層非常有用。

有機(jī)硅化合物參與聚合后，在成膜過程中有機(jī)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(jìn)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(zhì)量的水性涂層。

1.2 用于車輛

我國是汽車使用大國，傳統(tǒng)汽車油漆成本高，在車輛粉刷過程中涂料有害物質(zhì)容易揮發(fā)，造成環(huán)境污染和人體健康傷害。而水性涂料由于沸點(diǎn)低、成膜速度快，能夠通過凝結(jié)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(duì)環(huán)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(chǔ)存穩(wěn)定性較低，儲(chǔ)存環(huán)境溫度要求較高。

表2是某客車公司的底漆選用標(biāo)準(zhǔn)，還要增加復(fù)合涂層耐高低溫溫變性能要求。

表2 底漆選用標(biāo)準(zhǔn)

2 水性涂料的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

水性涂料在生產(chǎn)、使用過程中沒有廢水、廢氣、廢渣等產(chǎn)生，極大降低了環(huán)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(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過程中具有較大的安全裕度，不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)人員造成傷害，操作十分方便，只需要用自來水對(duì)其進(jìn)行稀釋即可使用，且便于清洗[2，3]。

2.2 缺點(diǎn)

①由于用水做溶劑，金屬基體容易受到腐蝕，且水的冰點(diǎn)比大多數(shù)有機(jī)溶劑高，所以其凍融穩(wěn)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(shí)間花費(fèi)較多，特別是在高濕度、低溫環(huán)境下；④水與成膜樹脂相容性不好，水性涂料的貯存穩(wěn)定性較差；⑤水性涂料因水的含量大，在施工作業(yè)中容易遭受微生物破壞。

3 對(duì)水性涂料性能檢測(cè)的措施

3.1 多樣化多途徑檢測(cè)

1）根據(jù)水性涂料的自身特性、特點(diǎn)開展物理、化學(xué)方面的檢測(cè)，采用科學(xué)合理的檢測(cè)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(shí)的檢測(cè)結(jié)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(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)水性涂料在不同領(lǐng)域的使用情況，為保證檢測(cè)達(dá)到科學(xué)性和合理性的標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)前我國水性涂料研發(fā)處于起步階段、檢測(cè)設(shè)備還未完善、系統(tǒng)化的實(shí)際情況背景下，要認(rèn)真根據(jù)實(shí)際需要，由專業(yè)技術(shù)人員選擇適合的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方式[5，6]。

薄膜厚度計(jì)通常包括探頭、外殼和輸出設(shè)備。但是，不同廠家的漆膜測(cè)厚儀的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸差異很大。同一廠家不同型號(hào)的測(cè)厚儀也不同，如圖1所示。

圖1 測(cè)厚儀的形式

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)漆膜測(cè)厚儀，應(yīng)選擇重量較輕的便攜式測(cè)厚儀。大多數(shù)便攜式薄膜測(cè)厚儀都具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或打印功能，也可以通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制、統(tǒng)計(jì)和分析。因此，現(xiàn)場(chǎng)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(duì)金屬腐蝕性方面的檢測(cè)。由于水性涂料含有大量水分，是否會(huì)對(duì)金屬基體造成腐蝕影響，需要通過檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。通過將水性涂料涂抹到檢測(cè)金屬樣本表面，如果發(fā)現(xiàn)其對(duì)金屬具有較強(qiáng)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(fù)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(yù)處理后的鐵板上涂上不同層的硅烷溶液，以評(píng)估硅烷膜的耐腐蝕性和涂層的耐水性，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同硅烷膜層數(shù)耐腐蝕對(duì)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(jīng)硅烷處理的裸鐵金屬很快出現(xiàn)腐蝕，而硅烷預(yù)處理金屬左側(cè)2層硅烷膜，耐腐蝕性明顯提高，這是未經(jīng)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(diǎn)蝕試驗(yàn)中，耐腐蝕性能的對(duì)比最為明顯。兩層硅烷膜是金屬經(jīng)過雙硅烷預(yù)處理的結(jié)果，硅烷膜的耐蝕性隨著硅烷膜的厚度增加而增加，但層數(shù)對(duì)耐蝕性影響不大。

3.2 根據(jù)現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)

當(dāng)前水性涂料不斷發(fā)展，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也不斷制定完善，其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要涉及室內(nèi)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 23999-2009《室內(nèi)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(guī)應(yīng)用性能，我們主要做干燥時(shí)間、耐磨性、附著力、耐凍融性、硬度、耐干熱性等方面的檢測(cè)工作，其引用的標(biāo)準(zhǔn)也分別根據(jù)檢測(cè)內(nèi)容來選擇對(duì)應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)間引用的是《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》（GB/T 1728-1979）；以《室內(nèi)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(shí)間檢測(cè)方法引用的是《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》（GB/T 1728-1979）。

4 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)未涉及到的水性涂料性能檢測(cè)項(xiàng)目

4.1 對(duì)水性涂料干燥時(shí)間、流掛性、耐腐蝕性的檢測(cè)

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

4.2 對(duì)水性涂料的貯存穩(wěn)定性的檢測(cè)

水性涂料必須在一定的溫度和濕度條件下放置數(shù)天，其儲(chǔ)存穩(wěn)定性可以通過觀察是否有分層、結(jié)塊等不良現(xiàn)象來判斷。對(duì)于北方冬季低溫環(huán)境，使用水性涂料容易因其低溫穩(wěn)定性因素而影響施工進(jìn)度，因此有必要在冬季使用水性涂料產(chǎn)品時(shí)參照《乳膠漆耐凍融性的測(cè)定》（GB/T 9268-2008）進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果有針對(duì)的進(jìn)行水性涂料產(chǎn)品配方的調(diào)整，如加入防凍劑等措施，使其使用更加符合施工實(shí)際。

4.3 對(duì)水性涂料、含水量、耐霉菌性的檢測(cè)

由于水性涂料大量的水成分容易遭受霉菌等有害物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生霉變，而水性涂料目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于含水量的檢測(cè)又很少涉及，因此在檢測(cè)水性涂料含水量方面可以參照《化學(xué)試劑水分測(cè)定通用方法卡爾·費(fèi)休法》（GB/T 606-2003），該方法在測(cè)定含水量上較成熟、準(zhǔn)確，但也因?yàn)樗酝苛袭a(chǎn)品混合不均勻取樣差異，容易導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定。因此測(cè)試者還可以結(jié)合《涂料水分測(cè)定法》（GB/T1746-1979（1989））來進(jìn)行檢測(cè)，可起到經(jīng)濟(jì)、便捷的測(cè)定效果。

綜上所述，水性涂料雖然在環(huán)保安全性上比傳統(tǒng)涂料具有明顯優(yōu)勢(shì)，但其也存在硬度差、不耐水、豐滿度差、易結(jié)皮、影響施工等缺陷，因此需要在檢測(cè)方式上對(duì)其進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的檢測(cè)，有針對(duì)的調(diào)整其物理性能上的缺陷，從而使其更好的使用于各個(gè)領(lǐng)域，讓其有更好的發(fā)展應(yīng)用空間。