淺談水性涂料“雨痕”、“結(jié)露”的成因及解決方案

商海玥，商 培，董立志，魏 君

（河北省水性涂料工程技術(shù)研究中心，河北保定 072550；河北省水性涂料重點實驗室，河北保定 072550；河北晨陽工貿(mào)集團有限公司，河北保定 072550）

0 引言

水性外墻平涂涂料施涂在建筑外墻表面主要起裝飾和保護作用。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，科技創(chuàng)新日新月異，水性外墻平涂涂料的需求、產(chǎn)量、銷量均呈逐年攀升的趨勢。但是在現(xiàn)實應(yīng)用中總會遇到一些不盡人意的地方，如“雨痕”、“結(jié)露”就是其中兩個比較突出的問題。各涂料廠家解決該問題的方法也是五花八門，效果當然也參差不齊、差強人意。下面將就這兩個問題進行簡要的原因分析及解決方案的討論。

1 雨痕

1.1 雨痕及雨痕的成因

“雨痕”是水性外墻平涂涂料變色發(fā)花的一種特殊表現(xiàn)形式，具體表現(xiàn)為漆膜被雨水或結(jié)露潤濕、流過后而留下的豎條狀痕跡，從而造成不均勻的表面外觀。與墻面呈90°角觀察，其顏色均勻，或幾乎很難發(fā)現(xiàn)不均勻，但是從側(cè)面觀察，則可以非常明顯地發(fā)現(xiàn)有光亮的條紋圖案。這種光亮的條紋類似于蝸牛在墻面爬行留下的印痕（因此雨痕也被稱為“蝸牛痕”），用濕毛巾擦拭會有滑膩感并可能有類似肥皂沫的物質(zhì)產(chǎn)生?！坝旰邸币话惆l(fā)生在涂料施工早期，如施工表干之后漆膜實干之前。多發(fā)生在遇小雨或環(huán)境濕度大因結(jié)露形成水珠流淌后。一般情況下，發(fā)生雨痕后如果下大雨或用大量水沖洗涂膜，雨痕現(xiàn)象會明顯改善甚至完全消失；或隨著時間的推移雨痕會慢慢變淺直至完全消失。其產(chǎn)生的機理是高濕度環(huán)境下的墻面因結(jié)露凝水或小雨時，乳膠漆漆膜中的表面活性劑，如乳化劑、潤濕分散劑等親水性或水溶性有機物被表面停滯的水溶出，遷移到漆膜表面，當水分完全揮發(fā)后富集析出在漆膜上，留下有光印痕，因為光澤不同導(dǎo)致的涂膜外觀缺陷。

通過分析發(fā)現(xiàn)，“雨痕”成因的3要素如下：

（1） 表面活性劑或水溶性有機物的存在。

（2） 表面活性劑或水溶性有機物的遷移。

（3） 表面活性劑或水溶性有機物重新在漆膜表面不均勻分布。

1.2 雨痕的解決方案

根據(jù)雨痕形成的原因，探索消除或緩解雨痕的方案。

方案1：涂料中不使用表面活性劑。

水性涂料以水為分散介質(zhì)，水是連續(xù)相。而水的表面張力較高，為72.8 mN/m。研究發(fā)現(xiàn)，在水性涂料中水相的表面張力必須降至30 mN/m左右時，才能使顏填料較容易地潤濕。這也就決定了在乳膠漆中必須要加入潤濕分散劑等表面活性劑［1］。在乳液生產(chǎn)過程中必須使用的乳化劑也屬于表面活性劑；另外，涂料在生產(chǎn)和貯存時容易產(chǎn)生起泡、顏料粒子絮凝、返粗、沉淀、增稠、結(jié)皮等不良現(xiàn)象，為了解決這些問題而用到的防沉劑、防結(jié)皮劑、消泡劑等大多也屬于表面活性劑。表面活性劑在水性涂料中使用如此廣泛、頻繁，以致水性涂料很難擺脫表面活性劑，所以這個方案是不可行的。

方案2：阻斷表面活性劑或水溶性有機物的遷移。

研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)乳液聚合成膜后由于其自身不交聯(lián)使得其中的各種親水性物質(zhì)可在涂膜中自由移動，在常規(guī)配方中，親水組分被溶解并被帶到涂層表面，而形成“雨痕”。如果使用一種具有自交聯(lián)功能的乳液，成膜后形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而具有較高的交聯(lián)密度，進而阻擋涂膜中的親水性物質(zhì)的自由移動或使其自由移動受限。這不失為一種解決“雨痕”的好方法。

據(jù)了解，已有公司研發(fā)出了類似的水性抗雨痕外墻涂料。該水性抗雨痕外墻涂料利用功能乳液的“EC-Lock”技術(shù)，疏水性平衡設(shè)計、減少雨痕的產(chǎn)生，在涂膜干燥成膜的同時，具有內(nèi)部自交聯(lián)的功能，減少水分滲透，提升涂膜的早期抗性；再輔以水性改性的功能分散劑提升涂膜的早期抗性，使涂膜具有優(yōu)異的疏水性，進一步減少雨痕的產(chǎn)生、減少霧影。通過二者的協(xié)同作用，涂膜在干燥過程中能夠“鎖住”低相對分子質(zhì)量的可溶性親水物質(zhì)，避免涂層中水溶性物質(zhì)溶出遷移至漆膜表面。最終實現(xiàn)終極近乎零雨痕的涂料解決方案。

方案3：將涂膜表面做的非常親水，使得表面活性劑或水溶性有機物析出后能夠在涂膜表面形成“水幕效應(yīng)”，均勻地分布在涂膜表面，不至引起明顯的“雨痕”。

從材料本身而言，涂膜親水是解決雨痕問題的較為可行的方案。親水涂膜使得雨水很容易潤濕涂膜，既可以避免由于雨水線形流下而帶來的雨痕問題，又可以對灰塵進行良好的潤濕而使灰塵被雨水沖洗掉，即自清潔功能。一般認為，涂膜的接觸角在60°以下就有一定的自清潔功能，但這對解決雨痕問題仍然不夠。當涂膜接觸角在30°～40°時，雨水從墻面流下時具有較為明顯的“水幕效應(yīng)”，即雨水成片流下，這樣方可明顯緩解甚至完全解決雨痕問題［2］。

研究發(fā)現(xiàn)，通過提升涂膜親水性使涂膜形成“水幕效應(yīng)”解決水性外墻平涂涂料的雨痕問題是可行的。為了提升涂膜的親水性，行業(yè)內(nèi)較為常用的方法有以下4種：

（1） 引入納米級銳鈦型二氧化鈦。

（2） 引入有機二氧化硅溶膠。

（3） 在主體樹脂的側(cè)鏈上接枝或嵌段親水性鏈段。

（4） 引入非反應(yīng)型親水化助劑。

當然，過多地加入親水性物質(zhì)不可避免地會導(dǎo)致許多其他的問題，如涂膜耐性變差、耐水性變差，涂膜更容易失光、變色、粉化；引起涂料PVC的變化、對樹脂要求更高、需要添加更多的乳液、成本更高等。所以在應(yīng)用時一定要綜合考慮、權(quán)衡利弊。

2 結(jié)露

2.1 結(jié)露及結(jié)露的成因

在正常情況下，物體處于一定溫度和濕度的空氣中，會吸收或放出相應(yīng)的水分，以保持其與外界空氣的動態(tài)平衡，物體的這一濕度常稱為自然濕度，或平衡濕度。當暖濕空氣與一個溫度等于或低于該空氣露點溫度的物體表面接觸時，就會產(chǎn)生結(jié)露。

研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)露的產(chǎn)生有3個要素：

（1） 水汽的存在。

（2） 溫差的存在。

（3） 涂膜表面的潤濕特性。

在實際中，不可能完全去除空氣中的水蒸氣或者是通過加熱來提高基層溫度以消除溫差，那么只能通過改變涂膜表面的潤濕特性這一途徑來消除結(jié)露了。研究發(fā)現(xiàn)，改變涂膜表面潤濕特性有2個方案。

2.2 結(jié)露的解決方案

方案1：采用厚漿型防結(jié)露涂料。厚漿型防結(jié)露涂料的防結(jié)露機理如下：

（1） 具有一定的吸濕厚度。

（2） 涂料是多孔的，其內(nèi)部具有連通的空隙，能夠容納表面吸附的凝結(jié)水。當空氣中的水蒸氣因為溫差而在涂膜表面凝結(jié)時，凝結(jié)的水分就被吸附在涂膜中，從而防止了表面露珠的出現(xiàn)而達到防結(jié)露的目的。

原材料組成：

（1） 成膜物質(zhì)：必須具有良好的耐水性，如硅溶膠、丙烯酸樹脂乳液、交聯(lián)乳液等或其混拼物。

最后，建議自由行的游客把地圖、酒店預(yù)訂信息、門票預(yù)訂信息、護照等重要證件要保存好，避免丟失，或者準備幾份復(fù)印件攜帶。因為如果這些證件丟失的話，是非常棘手的。

（2） 填料：主要使用輕質(zhì)填料，如膨脹珍珠巖、蛭石、沸石、硅藻土、海泡石、粉狀硅膠鹽類纖維等。隨著填料用量的增加，涂料的PVC隨之升高。隨著PVC升高，涂層的透氣性、吸水量增加，防結(jié)露性也隨之提高。當填料用量超過一定的比例時（遠超CPVC），由于多孔填料表面包覆的樹脂太少，樹脂很難在填料中均勻分布，因此填料顆粒間的粘結(jié)力降低，易導(dǎo)致涂層起泡、填料在水中析出、涂層耐候性變差等問題。

（3） 助劑：厚漿型防結(jié)露涂料為水性涂料，所以應(yīng)選用水性分散劑，對于丙烯酸樹脂乳液或復(fù)合類防結(jié)露涂料，除使用六偏磷酸鈉外，還應(yīng)使用陰離子型分散劑。此外，防結(jié)露涂料由于較長時間處于潮濕環(huán)境中，所以其對防霉性也有較高要求。

厚漿型防結(jié)露涂料主要適用于：工廠、商店、倉庫、辦公室、民用住宅、交通隧道、建筑物地下室等建筑物，以及通信設(shè)備、地井設(shè)備、航空器械、艦船內(nèi)艙、輸水、輸油管道等。

基層處理的注意事項：

（1） 為防止基層滲水，必須采用封閉底漆進行基層處理。

（3） 為防止石膏板、石棉板等接縫處開裂及吸水不均勻，應(yīng)對基層進行預(yù)處理。

防結(jié)露涂料涂膜吸水后，當外界環(huán)境條件改變時，如溫度升高，濕度降低，由于其透氣性比較好，水分能很快地揮發(fā)逸出，從而達到新的平衡。

很明顯，厚漿型防結(jié)露涂料的防結(jié)露性，如高透氣性、高吸水性，與其一般的物理和機械性能，如耐水性、耐洗刷性是相矛盾的，要平衡處理。另外，防結(jié)露涂料施工時，其涂膜厚度一般要比普通的乳膠漆厚些，以便能較多地吸水；涂膜較厚，還要注意防霉。

方案2：采用非厚漿型防結(jié)露涂料。

防結(jié)露原理：使涂層表面親水，降低涂層表面對水的接觸角，形成“水幕效應(yīng)”，使凝聚在涂層表面的水滴鋪展開來形成膜，減少光線的漫反射。通過研究發(fā)現(xiàn)，涂層表面與水的接觸角在30°～40°時，即有非常明顯的防結(jié)露作用。當接觸角進一步降至10°以下時，可以認為涂層表面不結(jié)露。

非厚漿型防結(jié)露涂料適用于涂飾玻璃或塑料制品，如眼鏡、光學(xué)顯微鏡、相機鏡頭、浴室鏡、汽車擋風(fēng)玻璃、農(nóng)用塑料大棚等。

施工注意事項：

（1） 涂裝前基材表面必須處理干凈，嚴格避免表面吸附有機溶劑、油、酸、堿、鹽和機械雜質(zhì)。

（2） 漆膜未干前，涂裝物應(yīng)避免沾水。

非厚漿型防結(jié)露涂料在考慮防結(jié)露、防霧性能的同時，還應(yīng)考慮涂膜的機械性能、透明性、耐擦傷性等，這些問題要綜合考慮，平衡處理。

3 結(jié)語

在實際應(yīng)用中，“雨痕”很大程度上伴隨著“結(jié)露”的發(fā)生，墻面往往先出現(xiàn)“結(jié)露”，待水珠干燥后出現(xiàn)“雨痕”；“結(jié)露”與“雨痕”往往都與涂料的PVC、親水、親油性有關(guān)；墻面發(fā)生“結(jié)露”或“雨痕”后都會影響涂膜的裝飾效果，以及耐沾污性；“雨痕”和“結(jié)露”都可以通過提升涂膜的親水性得到解決或緩解。“雨痕”問題還可以通過阻滯表面活性劑自由遷移來解決。“結(jié)露”問題可以通過增加涂膜自身吸水特性來解決。但無論采用何種方法，都會影響漆膜的其他性能，如耐水性、耐沾污性、耐候性、耐久性、透明性、機械性能等，因此在設(shè)計配方時要綜合考慮，平衡處理。

耐雨痕涂料、防結(jié)露涂料歸根結(jié)底均屬于特殊功能涂料。特殊功能涂料將是涂料未來的發(fā)展方向。由于高性能涂料用合成樹脂、新型功能涂料助劑和功能型顏填料以及納米材料等新技術(shù)的日趨實用化，為功能型涂料的發(fā)展奠定了堅實的材料基礎(chǔ)，提供了技術(shù)與物質(zhì)保證。生產(chǎn)、使用等方面的要求提高，從品種和數(shù)量上對功能型涂料的需求亦會增加，將從客觀上推動功能型涂料的發(fā)展。

功能型涂料將向著高檔化、功能化方向發(fā)展，并且要求其環(huán)境友好、價格低廉、能耗少、污染小、使用方便等。