西顿前沿 | 漆膜耐水性机理、影响因素和改进方法！

漆膜的耐水性好坏和物面保护有着十分重要的关系，本文将从漆膜耐水性定义及耐水表现、泡水的微观过程及机理、影响因素、改进方法和实际应用等方面来探讨。

一、漆膜耐水性定义及耐水表现

1、漆膜的耐水性。涂层在长时间接触水分或雨水时，能保持原有的物理性能和化学性能，不出现龟裂、脱落、剥离、起泡、劣变等现象。

2、漆膜耐水性意义。漆膜的主体树脂主要是高分子材料，在水的存在下，常常会发生色变、软化、附着失效、起泡甚至涂膜破裂；涂膜的耐水性是涂膜使用性能中一项重要指标。

3、耐水表现。①色变。树脂或颜色在水的作用下生成发色基团。②软化。涂膜的溶胀与塑化作用，导致强度和硬度降低。③附着失效。水分子取代了涂膜与底材之间的界面作用（包括部分氢键或者易水解的化学键），导致附着力大大降低。④起泡。由于涂膜软化和附着失效，涂膜中的水挥发将涂膜顶起。

二、泡水的微观过程及机理

当涂层开始接触到水时，水分可以沿着涂层的微观裂缝、毛孔、缺陷或涂层和基材之间的界面进入漆膜内部。

导致漆膜中的溶剂和其他可挥发成分发生水解和水解反应，产生一系列降解产物，如酸、醇、酯等，这也是导致涂层性能出现下降的主要原因之一。

导致涂层膨胀、收缩、溶涨、产生应力，最终引起涂层的龟裂、脱落、剥离和破坏。

水分的存在也可能诱导涂层化学物质的挥发或膨胀，导致涂层中的交联网络破坏、溶解、弱化或断裂。这些和涂料制造的相关因素有关，例如配方、固化体系、分子重量以及交联度等。

水分渗透进入涂层中，这个过程可能非常复杂，因为它涉及多种化学和物理过程，并且受到制造涂料、涂装表面和使用环境等多个因素的影响。

1、涂膜受水的影响主要包含两个方面：

①涂膜吸水性强，易回潮（或者干燥慢，不容易完全干燥）的情况；（普遍性）

②涂膜易与水发生能劣化涂膜性能的各种物理和化学作用的情况；（如含有易水解的酯键或醚键）

2、涂膜吸水机理

①化学亲和。涂膜中亲水基团通过阳离子配位或氢键作用使得水分子吸附在极性基团表面，从而使得物质表现为一定的吸水性。（涂料成膜后一般以化学吸附为主）

②渗透作用。如果涂膜中存在电解质，会产生渗透压，使得涂膜外部的水有向内部渗透的倾向。当然在涂膜内聚能较大时，具有部分抵消这种渗透压力的倾向。

③毛细作用。常见于多孔物质的吸水现象，是一种物理吸附，当然物质本身对水要有一定的亲水性，如硅藻土，如涂膜干燥时没有完全封闭的脱气通道。

三、漆膜耐水性影响因素

1、亲水基团。①离子类——无机盐类、有机电解质（如：离子性的表面活性剂）。②非离子极性亲水基团——主要有羧基、羟基、酰胺基团、腈基等。③无机氧化物：如某些催化剂。③物理吸附的多孔毛细结构：如成膜过程中没有完全封闭的脱气通道，多孔性填料如硅藻土。④其他：聚醚改性非离子活性剂，由于获得可类比离子型活性剂的极性，聚醚链锻往往很长，成膜后都残留在涂膜内，使得其耐水性还不如阴离子胺盐类的表面活性剂。⑤亲水基团亲水性的相对大小 (定性) 比较：酸根>酸>酰胺≈羟基≈腈基≈醚基。

2、树脂成膜性。Tg、相对分子量、分子链的运动自由度成膜一耐水性。

3、乳化剂的用量和乳化方式。成盐法、自乳化法、外乳化法。

4、交联及配方中其他成分。①暴露环境：水温、光照和水质等暴露环境因素的不同，都会对涂层的耐水性能产生影响。②基材种类：不同的基材对涂层的附着性和耐水性能有影响。③涂膜硬度: 涂层硬度越高，一般来说耐水性就越好。④涂层的微观结构：涂层内部的结构以及与基材的粘附状态会影响涂层的耐水性能。⑤涂层厚度：涂层越厚，一般来说耐水性就越好。⑥涂料配方：涂料配方中不同的成分和配比会影响涂层的耐水性能。⑦加速老化条件：使用不同的加速老化条件来模拟不同的实际使用条件，也会影响涂层的耐水性能。

以上因素的相互作用会共同影响涂层的耐水性能。因此，对涂层的耐水性能进行研究和评估，需要综合考虑这些因素并进行系统研究。

四、漆膜耐水性改进方法

1、耐水性好的树脂和固化剂。

耐水性好的树脂分散液有以下指标。

较高的羟值；尽量低的酸值；

较高的玻璃化温度（少含柔性链的醇）；

较高的分子量、较窄的分子量分布；

尽量少的极性单体；

带脲环胺类等能增强湿附着力的单体；

合适的成盐助剂。

2、尽量降低颜填量或选择疏水性好的粉料。

有明显亲水溶胀的硅酸盐填料要慎用，如蒙脱土、高岭土；

对于滑石粉、沉淀硫酸钡类的填料，选择进行疏水处理的较好；

对于有机色浆一定要注意其化学结构，带电性以及使用的表面活性剂；

涂膜疏水性还可以通过添加纳米材料获得，特别是纳米硅氧化合物。

3、减少配方中“亲水结构”（亲水基团）的含量。

4、增加涂膜交联密度和固化反应完全程度。

5、降低涂膜的表面张力。

利用F取代烷基或硅氧烷类流平剂降低涂膜表面张力，使得涂膜具有一定的疏水性。

PS：前三项是固本，后两项为防守

6、前期耐水与长久耐水。第一要提高涂膜的前期耐水性，显然短的干燥时间是保证前期耐水性的重要条件；对于长期耐水性则需要降低涂膜对水的亲和能力或提高涂膜对水的隔离能力。

五、漆膜耐水性实际应用

以水性聚氨酯膜为例

1、多元醇的选择。一般而言，由于聚醚多元醇的疏水性要明显好于聚酯多元醇；但相比聚酯型聚氨酯而言，聚醚型聚氨酯的强度及粘附力要差些，而四氢呋喃二醇等聚醚型聚氨酯机械强度及耐水性均较好。

2、交联剂。一般而言，交联度越大，体系的防水性能越好。

3、亲水扩链剂。通常，亲水扩链剂的含量越高，预聚物在水中的分散效果越好，得到的乳液越透明，产品越稳定，但耐水性越差。

4、乳液粒径。从水性聚氨酯成膜机理的角度来看，粒径越小成膜性越好，更能防止水分子的渗透，但另一方面，粒径越小通常意味着体系中的亲水成分越多，使得胶膜的耐水性下降，往往后者的影响程度要大于前者。

5、异氰酸根指数（R值）。随着R值的增大，结构中苯环、氨基甲酸酯键、脲键等疏水基团比重增大，因而胶膜的耐水性提高。随着R值的增大，预聚物中残留的-NCO含量增大，乳化时与水或二元胺反应生成的脲键增多，而脲键中有两个N原子，氨基甲酸酯中含有一个N原子。因此，脲键形成的三维氢键作用力比氨基甲酸酯大，故胶膜耐水性反而变差。

6、中和剂。以阴离子型水性聚氨酯为例，选择挥发性的中和剂，如氨水、三乙胺等、其在成膜过程中会随着水分的挥发而挥发，相比氢氧化钠等非挥发性的中和剂，后者造成胶膜体系中残留较多的-COO-，其胶膜的耐水性也明显表现出前者好于后者。

六、应用中碰到的问题

1、漆膜偏软时，耐水煮反而变好？

原因：水煮过程中，漆膜偏软，可随着基材一块发生形变，漆膜形成微小形变的几率偏小

2、水煮或泡水过后，附着力失效，放置一段时间后，有些附着力可以恢复，有些不能？

可恢复：漆膜没有损坏，随着水分挥发，重新与基材形成化学键，产生附着力；

不可恢复：漆膜已损坏；水分破坏了漆膜与基材之间的化学键。