在追求更加环保、高效的现代生活节奏中，涂料行业也在悄然发生着变革。水性涂料，作为这场变革的重要一环，正以其独特的优势和广泛的应用领域，吸引着越来越多的关注。快和涂涂一起，深入了解一下水性涂料的多种类型及其在不同场景下的应用吧。
水性涂料的类型
水性涂料，亦称水基涂料或水分散涂料，其核心特征在于使用水作为分散介质，树脂则以颗粒状分散其中，水构成连续相。由于树脂若完全溶于水，体系黏度会剧增乃至凝胶化，故仅部分互溶或不溶于水的树脂能用于水性涂料，形成多相体系。树脂的亲水性与其在水中的分散性成正比，粒径越小，分散性越佳。当树脂颗粒在水中的粒径小于100纳米时，涂料呈透明状，外观近似溶剂性涂料，常被误称为水溶性涂料。为避免混淆，业界更倾向称其为水稀释型涂料。尽管此时树脂仍以分散相存在，但因其微小粒径，外观易使人误解为已溶解。
在水中的表现
水性涂料依据树脂在水中的表现可分为三类：水溶性、水溶胶（胶束分散）及乳胶（乳液、胶乳）涂料。乳胶涂料又可细化为聚合乳胶与乳化乳胶，前者源于乳液聚合的高分子乳液，后者则是溶液聚合高分子在乳化剂作用下形成的树脂乳液。
树脂类型
按照树脂类型划分，水性涂料包括水性醇酸、环氧、丙烯酸、聚氨酯等种类。
水溶性涂料进一步分为阴离子型、阳离子型及非离子型。
涂装方式
根据涂装方式，水溶性涂料可分为电泳（阴极、阳极）、自泳、浸涂、辊涂、喷涂等。
包装角度
从包装角度看，有单组分（单包装）与双组分（双包装）水性涂料之分，尽管“组分”一词在此处并不准确，但行业习惯沿用此称呼。
用途
按用途来看，水性涂料分为建筑和工业两类，工业涂料又可细分为家具、金属、汽车、塑料等专用涂料。
各类水性涂料
水溶性涂料
水溶性涂料中的高分子树脂颗粒，其粒径处于胶体分散度范围内，即小于0.01微米，这使得涂料具备了胶体溶液的可滤性和电动现象等特性。涂料中的颜料和填料颗粒相较于树脂颗粒更大，水溶性涂料实际上是一个融合了胶体溶液和悬浮液特征的多相体系。
水溶性树脂的制备
一般通过溶液聚合得到高固体分的溶液树脂，并在树脂结构中引入如羟基、羧基、氨基、乙氧基等亲水性官能团。其中，羧基可通过氨或低分子有机胺中和成盐，氨基则用低分子酸中和成盐。这些成盐或含其他亲水官能团的树脂，能在水中分散并形成透明溶液，即为我们所称的水溶性树脂。不过，需明确的是，树脂在水中并非真正溶解，而是以粒子的形式分散。为构建稳定的水性树脂体系，常需加入亲水性溶剂，即助溶剂。树脂中的盐基团多位于粒子外部，而低极性部分则聚集于内部。助溶剂则分布于水相与粒子间，既能溶胀和溶解成盐的树脂粒子，也能被水溶胀，从而增强体系的稳定性。
当树脂成盐后用水稀释时，其黏度变化呈现出一种特殊趋势：初始阶段，黏度迅速下降；随后，变化趋于平缓；接着，黏度再度上升；最终，又快速下降。在满足施工黏度的前提下，水溶性涂料的固体含量往往低于溶剂型涂料。若树脂在有机溶剂中表现为牛顿型流体，且被水稀释至黏度处于平缓变化区或高峰时，涂料的剪切稀化现象会尤为明显；而当继续稀释至施工黏度时，该现象不再显著。
水溶性涂料的施工黏度与树脂的相对分子质量并无直接关联，可使用与常规热固性溶剂型涂料相同相对分子质量的树脂。但水溶性涂料的施工固体含量一般在20%至30%之间，若要达到相同的干膜厚度，则需增加湿膜厚度，这可能会影响涂膜的流平性，并增加气泡产生的风险。研究表明，选用玻璃化温度较低的树脂或在配方中添加挥发性较慢的溶剂，如1-丙氧基-2-丙醇或二甘醇单丁醚，可有效减少气泡的产生。
乳胶涂料
乳胶涂料是一种粒径在0.1至20微米之间的水分散体，其特点在于聚合物乳液本身不溶于水，而是借助表面活性剂以胶体形式分散在水中，这使得体系黏度较低，固含量较高。聚合物既可以是高分子量，也可以是低分子量；既可以是热塑性，也可以是热固性或可交联性。
乳胶涂料在建筑领域应用广泛。与溶剂型涂料相比，乳胶涂料的涂膜更易渗透水蒸气，但对粉化表面的附着力较弱。其干燥速度快，通常可在0.5至2小时内重涂，显著缩短施工周期。使用高分子量的乳胶，涂膜展现出良好的耐候性、力学性能、耐碱性和耐水性。当底漆和面漆均采用乳胶涂料，且涂层总厚度达到100至150微米时，耐久性可超过五年，优于溶剂型涂料。
乳胶涂料的成膜过程受聚合物玻璃化温度影响，仅当成膜温度高于玻璃化温度时，涂料才能形成涂膜。为提升聚合物玻璃化温度，防止涂膜发黏，常采用成膜助剂降低乳胶涂料的成膜温度，成膜后助剂会逐渐挥发。
乳胶涂料中表面活性剂等低分子量助剂含量较高，对涂膜光泽、耐候性和耐化学药品性产生不利影响。水挥发后，颜料和乳胶粒子随机分布，难以形成无颜料或低颜料的上表面层。微乳液虽能略微提升光泽，但仍难以达到理想效果。表面活性剂遇水析出，溶于水后造成污染，施工时易引发起泡和流平问题。开发低表面活性剂含量或含高分子表面活性剂的乳液可缓解这些问题，但也会带来新挑战。与乳胶相混的水溶性树脂拼混可提高乳胶涂料光泽。
乳胶涂料剪切稀化现象显著，施工时需调节高剪切速率下的黏度至适宜范围，但可能导致低剪切速率（流平）时黏度过高，影响涂膜外观。缔合型增稠剂可改善此现象。乳胶涂料的湿态遮盖率高于干态，涂刷量的控制颇具难度，需凭经验判断。
水性涂料的组成
水性涂料主要由水性树脂、颜填料、助剂、中和剂及水构成，其组成与溶剂型涂料大致相似，但前者所需助剂更多，配方设计也更为复杂。
水性涂料以水作为分散剂或溶剂，带来了诸多优势：首先，它节约了资源，消除了施工时的火灾风险，并减轻了对环境的污染；其次，它允许在湿表面和潮湿环境中直接施工；再者，电泳涂装技术能赋予涂膜良好的均匀性、平整度和防护性能；最后，涂装工具可轻易用水清洗，大幅减少了清洗溶剂的使用。
水性涂料也存在一些不足：水的蒸发潜热高，导致需要提高烘烤温度或延长干燥时间；对于敏感材料如木材、纸张等，涂装难度较大，易产生缺陷；含酯键的树脂易水解，影响贮存和使用性能；涂膜中残留的亲水基团会降低其耐水和防腐蚀性能；涂装过程受气候影响较大，湿度高时会严重影响涂膜干燥及其性能；水的表面张力高，导致对基材的附着力较弱，且易引发起泡、针孔等缺陷；对颜填料的润湿和分散性不佳，易产生浮色和分层等现象；水性涂料还易被微生物侵蚀，导致发霉。
为尽可能减少这些缺陷，需精心设计水性涂料的配方，制定合适的制备工艺和条件，并慎重选择助剂。水溶性树脂因其分子量小、亲水官能团多，形成的涂膜性能往往不佳。在成膜过程中需发生成分或结构的变化，即交联固化，以消除或大幅降低亲水性官能团的极性。交联固化分为自交联和外交联两类。
自交联体系中的水性树脂含有两种可反应的官能团，通过加热或在微量催化剂存在下，树脂本身的活性官能团之间发生反应，形成高度交联的网状结构。而外交联体系则为双组分体系，施工前需在水性树脂中添加或混合第二组分（固化剂或交联剂），该组分在加热条件下与树脂中的活性基团进行交联反应，形成不溶、不熔的网状结构。
固化剂的选择至关重要，常用的有含双官能团或以上的有机物、聚合物、金属络合物等。对于以羧基盐或胺盐形式存在的水溶性树脂，可使用氮/锆络合物作为交联剂。对于含双键的水性树脂，可采用电泳涂装方式，在电沉积过程中部分带双键的分子吸收水电解的氧，催化双键氧化交联。而对于含羟基、环氧基团的水溶性涂料，则常用双官能团或以上的水溶性或亲水性树脂为交联剂，如水溶性三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺甲醛树脂等，加入强酸的铵盐可促进其交联速度。
水性涂料的应用
水性建筑涂料
水性建筑涂料涵盖多个主要品种，其中乳胶涂料因其广泛的应用而备受瞩目。乳胶涂料包含聚醋酸乙烯乳胶涂料、苯丙乳胶涂料、乙丙乳胶涂料、纯丙乳胶涂料、氯偏乳胶涂料以及硅丙乳胶涂料等多种类型。水溶性建筑涂料则主要包括水性聚氨酯涂料和水溶性丙烯酸涂料。
无机涂料方面，目前应用较多的是碱金属硅酸盐系的硅酸钾、硅酸钠和硅溶胶系无机涂料，以及传统的以水泥或石灰为黏结剂的无机建筑涂料。有机无机复合涂料则通过品种复合和涂层复合两种方式实现。品种复合分为物理复合和化学复合，前者是将水性有机树脂与水溶性硅酸盐等混合，后者则是在无机材料表面接枝水性树脂制成悬浮液。涂层复合则是在有机涂层上再涂覆一层无机涂料，形成特殊装饰效果。
根据涂膜表面状况，水性建筑涂料可分为平面涂料、非平面涂料和多彩涂料等。而按使用部位划分，则可分为外墙涂料、内墙涂料、顶棚涂料、地面涂料和屋面涂料等。此外，根据功能不同，还可分为防水涂料、防火涂料、防霉涂料、防静电涂料和隔热涂料等。
内墙涂料
聚醋酸乙烯类乳胶涂料已成为主要品种，取代了耐水性差的聚乙烯醇建筑涂料。内墙涂料的发展趋势是功能化，如防霉、耐擦洗和防结露等，且越来越注重零VOC。
外墙乳胶涂料
德国和日本以苯丙乳液为主，而我国则主要使用丙烯酸乳液。外墙涂料的发展方向是超耐候和高耐沾污性，尽管已有耐候性长达20年的产品，但高昂的成本限制了其市场推广。
丙烯酸系弹性乳胶涂料在北美和西欧地区广泛使用，其涂膜延伸率高，抗裂性强，但不适用于我国南方地区，因为高温下涂膜易发黏，易被沾污。
乳胶涂料在木质墙板上的应用性能优于溶剂型涂料，因其涂膜对水蒸气具有良好的渗透性能，起泡现象较少，且抗裂纹性能更佳。然而，乳胶涂料的耐沾污性能相对较差，如何在保持透气性能的同时提高耐沾污性，仍是当前研究的重点。
水性工业涂料
工业涂料品种繁多，应用广泛，涵盖了汽车、船舶、集装箱、家具及火车等多个领域。鉴于其高性能要求，除电泳涂料和水性无机富锌底漆外，其他水性工业涂料的研发进展相对缓慢。
水性汽车涂料
包括底漆、中涂漆、面漆和罩光漆等。自20世纪60年代电泳涂料成功开发以来，它已成为汽车工业的标准涂装方式，目前小型汽车几乎全部采用电泳底漆。电泳涂料之所以能有效避免“闪锈”层并展现出色的抗锈蚀能力，关键在于其电沉积过程。以阴极电泳漆为例，涂料粒子在电场作用下沉积于车身金属板，形成连续均匀的涂层，经烘干交联后形成致密的涂膜。
阳极电泳涂料由水溶性阴离子树脂等组成，而阴极电泳涂料则由水溶性阳离子树脂等组成。其中，阳离子树脂漆膜呈碱性，对金属具有钝化作用，防腐性能优越。目前，约90%以上的汽车底漆采用阴极电泳涂料，其泳透力高、涂膜厚、边缘覆盖性好，耐盐雾性显著提升。阴极电泳涂料不仅应用于汽车底漆，还广泛用于金属家具、家电、建筑装修及小五金等行业。未来，阴极电泳涂料将向提高边角耐蚀性、降低交联温度、增强耐候性和高抗碎裂性等方向发展，以满足更高的装饰性需求。
汽车中涂漆，即二道浆，主要用于抗石击及修整不平部位，主要品种有双组分水溶性丙烯酸体系等。汽车面漆则通过含彩色颜料和片状铝颜料的中间涂层产生色泽与闪光效果，现有水性面漆主要包括水性丙烯酸氨基漆和水性聚氨酯漆，其中水性聚氨酯涂料是发展重点。水性色漆中铝粉的定位控制是技术关键，需采用特定流变控制剂或增稠剂以获得最佳取向和展开。目前已有水性金属色漆开发出来，其定向性能优于一般溶剂型底色漆。
汽车罩光漆是透明面漆，具有耐候作用，由水溶性甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂与水性丙烯酸树脂等按比例配制而成，目前仍处于试验阶段。
完整的水性汽车涂料涂膜厚度仅100微米，施工过程中需严格控制温度、湿度，调整流变性能，并消除气泡等缺陷。尽管水性汽车涂料已有所发展，但仍含有一定比例的有机溶剂，施工时会产生异味，对环境造成一定污染。
水性金属防腐涂料
前面提及的水性电泳涂料，作为金属防腐的一种手段，依赖于电场作用进行涂装，但其应用场景受限，许多金属构件并不适合电泳涂装。
水性无机富锌涂料历经五十余年发展，已成为防腐涂料的重要一员。它广泛应用于海洋大气、高温环境以及桥梁等大型钢结构的长效防腐，成效显著，受到业界广泛认可。富锌底漆在底材表面锈蚀未完全清除或乳胶涂料难以渗透的不规则处，均能展现出色性能。锌颜料作为牺牲金属，保护钢材免受腐蚀，其用量需超过临界体积颜料浓度（CPVC）。
高锌含量颗粒间提供电接触，多孔性则允许水分渗入，与钢材形成导电回路。即便锌有所消耗，底漆仍可持续保护，这可能与孔隙中形成的Zn（OH）2和ZnCO3碱性物质对底材的钝化作用有关。水性无机富锌涂料的黏结剂多为硅酸盐系列，其中硅酸钾成膜物质制成的涂料，在耐候性、耐热性及物化性能方面表现优异，防腐效果可达三十年之久。
相较于建筑乳胶涂料，金属乳胶涂料在乳液、助剂和颜填料的选择上更为严苛。聚醋酸乙烯乳液易水解产生醋酸，加速金属腐蚀；聚氯乙烯—偏氯乙烯树脂易分解产生HCl，均不宜用于金属底漆。磺酸盐类表面活性剂和过硫酸盐引发剂的乳胶防腐蚀性不佳，水溶性助剂则可能影响涂膜的耐水性、耐溶剂性、光泽及干燥性能。然而，乳胶涂料对镀锌钢板附着力优良，可直接涂装，无需化学转化处理。目前，少量镀锌卷板采用乳胶防锈涂料预涂，用于大型建筑工程的屋面材料。
针对工程应用的实际需求，水性金属涂料应用有限，主要因其综合性能有待提升。表面活性剂的存在使得耐水问题难以根本解决。水性金属涂料技术的发展需深入研究金属表面过渡层及自分层技术、优化成膜聚合物结构、配方及合成工艺、探索水性涂料成膜过程及机理、研发超厚型涂装涂料配方及工艺，以及常温交联技术等。
水性木器涂料
木材因膨胀系数大而易发生形变，因此涂膜需具备良好的柔韧性以避免开裂和脱落。若涂膜透气性差，木材内部水分蒸发产生的压力可能导致起泡。水性丙烯酸类涂膜因其“呼吸性”特点，适合作为木器涂料。而水性聚氨酯涂料则凭借出色的耐磨性、光亮度及附着力等力学性能，在木器上得到广泛应用，并逐渐受到人们的喜爱。
国外在水性木器涂料的研究上起步较早，品种多样。例如，固体含量为40%的水性聚氨酯分散体，因其高耐磨性能，常被用于木质地板；还有含季铵基团的水溶性聚丙烯酸木器涂料、氨基树脂固化的水性丙烯酸双组分木器涂料以及聚氨酯改性丙烯酸水分散体单组分木器涂料等。
国内近年来也有多家研究单位致力于水性木器的开发。主要以水性聚氨酯为基本树脂，通过丙烯酸、有机硅、有机氟等改性来提升性能。但与溶剂型木器涂料相比，这些产品仍存在耐水、耐溶剂性差，涂膜硬度不足，耐热性能不达标等问题。双组分水性木器涂料则通过水溶性含羟基丙烯酸与改性易分散高固含量低黏度多异氰酸酯的交联固化反应，使涂膜性能基本达到溶剂型木器涂料的水平。
水性塑料涂料
塑料成型后表面易现瑕疵，故装饰性要求高的塑料产品需进行涂装。塑料种类多样，有的分子结晶性高、配向性强，有的则为非结晶的弹性材料。结晶性高的塑料表面涂膜附着力弱，涂装前需进行表面处理或使用专用底漆。塑料表面能通常较低，而水表面能高且不能溶解塑料，这导致水性涂料对塑料表面的润湿性不佳，附着困难，涂装前需对塑料表面进行更为有效的处理。
国外已有少数公司推出了水性塑料涂料，主要包括单组分水性丙烯酸改性醇酸涂料、双组分水性聚氨酯涂料及水性环氧涂料等。这些涂料通过重新设计水性树脂结构，并采用新型助剂，改善了与塑料的润湿性和附着力，施工及装饰性能也有所提升，部分产品性能已接近溶剂型塑料涂料。
写在最后
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