外墙用水性金属漆的理论和实践
徐龙贵，袁培福，朱学军，陈 剑（铃鹿复合建材（上海）有限公司，201700）
0 引 言
水性金属漆由于其具有较低的VOC 含量， 有利于环境保护， 同时涂膜具有一定的透气性，尤其是一些场合，如基于泡沫聚苯板的外保温系统，由于溶剂会将聚苯板或聚苯颗粒溶解掉，再加上外保温要求外饰面必须具有一定的透气性，而溶剂型涂料本身的透气性较差，因此对于国内目前较流行的仿铝板涂料和金属效果涂料，都将面临严峻的挑战。户外用现场施工金属漆比较困难，再上水性涂料不像溶剂性金属漆一样，可以通过调整溶剂体系的组成，来调整涂料的施工性和金属闪光效果，因此，水性金属漆的流挂、铝粉沉降、铝粉的排列问题比溶剂型金属漆更为复杂。
从配方设计角度来讲，水性金属漆和溶剂性金属漆比较接近，对于配方的设计，可以参考溶剂型体系[1-2]。
1 水性金属漆配方设计
水性金属漆的配方和溶剂型金属漆的设计很类似，很多助剂都是将溶剂型涂料用助剂进行羧基氨盐亲水化改性而得到。由于是水性体系，因此在原料选择和组成方面，都应充分考虑漆膜的耐水性等问题。
1.1 树脂的选择
当效应颜料为铝粉时，树脂的酸值很重要[1]，如果酸值偏高，将会与铝粉反应，使得铝粉变黑，失去金属质感。当采用其他效应颜料时，如珠光颜料，由于其属于无机材料，树脂上的羧基不会对此类效用颜料产生影响。对于涂膜的耐水性问题，应选择耐水较好的乳液；同时还应具有优异的耐候性，为了提高涂膜的耐水性和耐水白化性，可以考虑使用如双丙酮丙烯酰胺型单组分自交联型，或外加交联剂（如酰肼类[4]）来提高涂膜的耐水性。Noveon 公司CarbonsetPC － 21 是一种自交联乳液，与金属颜料的相容性非常好，甚至对未经钝化处理的铝粉都不产生影响。此外还有Carbonset CR － 763，以及Rhom& Haas 公司的WL － 91。但前面3 种乳液由于T g 较高， 适合水性金属塑胶漆和金属用漆；但Rhom &Haas 公司的Maincoate HG －54 D,Eastman 公司的Daotan VTW 6462和BASF 公司的Acronal － 526 被推荐适用于外墙水性铝粉漆。同样也可采用含羟基的丙烯酸乳液与随后采用经过亲水化改性的异氰酸酯固化剂进行交联。一些水可稀释型醇酸树脂是水性铝粉较为理想的树脂。水性丙烯酸－聚氨酯复合乳液也可以使用，如Alberdingk APU 1012 。有公司推出了一些有助于铝粉定向的水性树脂[5]，如Akzo Nobel 公司推出的水性Satalux® X 11477 ，它属于核壳型丙烯酸乳液，其中核为疏水性部分，壳具有羧基官能团的碱溶涨性，被胺中和后，使得这一树脂具有独特的假塑性，有助于涂膜干燥过程中铝粉的排列，以及具有流平和流变性能。相似的产品还有Satalux®6801 － AQ － 24。由于在现场施工，乳液的T g 不要太高，过高T g 需要较高用量的成膜助剂，这样会使得施工后的涂膜长期处于发粘的状态，容易粘灰，影响装饰效果。树脂含量一般为总配方的15％～ 35％ 。
1.2 效应颜料
作为外用颜料，必须具有良好的耐候性、耐水性和耐酸碱性能。用于外墙的效应颜料， 主要包括铝粉、铜粉和珠光颜料以及一些干涉色颜料，用量一般占总配方的5％～ 10％。
1.2.1 水性铝粉浆
由于铝粉遇水会反应放气，因此必须对铝粉进行保护处理。对于铝粉在水相中的稳定性，可用铝粉在水性涂料中的放气性来评估，将200 ml 的水性铝粉涂料（铝粉含量为8 g）置于40 ℃水中168 h，然后采用专门装置用于收集放气量（氢气），要求放气量不得超过10 ml，方可应用于水性体系。早期采用普通铝粉和某些溶剂或表面活性剂[6]，主要目的是减少放气，但这只适合现场配制， 立即使用。但不久被一种更有效的技术——磷酸盐技术所取代，但是磷酸盐或亚磷酸盐（也即磷酸或亚磷酸的有机酯类）仍然有较高的放气性或附着力问题。再后来发展到磷硅酸盐技术，这是一种目前仍占主流的技术，制备的铝粉可用于水性工业涂料和水性汽车漆。可以有效地拟制放气反应，同时对涂膜性能的影响很少，甚至无影响，并且在水中的分散性也优异。的缺陷是，高浓度的缓蚀剂略微降低了较细铝粉的金属质感，但在大多数情况下，几乎无影响。
近的技术是一种基于有机膦酸改性技术，具有优异的综合性能，这是因为有机部分直接和膦相连接，这一技术有效地避免了铝粉团聚并减少放气的可能性，同时保持水性体系的性能。此外，采用磷酸中和技术还具有低VOC 甚至无溶剂特性。另外一种技术就是所谓的“包膜”技术，将铝粉和外界环境隔离开，从初的不溶性三价铬的包覆，随后发展至热固性丙烯酸树脂包覆，这两种包覆技术的铝粉具有优异的防止铝粉“放气”性能。但对树脂和体系的pH 值等要求较苛刻[6]。新一代技术是二氧化硅有机包覆技术，即采用二氧化硅包覆后，再用有机层处理，由于不含重金属，采用这一技术很环保[7]，同时具有更好的稳定性，与树脂的相容性很好，甚至对树脂几乎无任何要求，如ToYO WJE 7140 。有些助剂也能够降低铝粉的放气可能性，如润湿剂strodex MOK90和Disperser720 w，这是由于前面两者都具有一定的缓蚀剂的作用[3]。常作为防沉剂的Aerosil R972，可能是由于电子相互作用，也能够提高防腐蚀性能，降低铝粉放气的可能性。据介绍，采用半氧化技术的香槟色铝粉，由于表层氧化铝优异的稳定性，使得该类颜料具有优异的防止“放气”稳定性和树脂相容性。一些铝粉公司已经将铝粉制备成色浆，容易倾倒和使用。
目前上知名的铝粉浆公司都有水性产品， 水性涂料的发展要求生产商提供能耐水的铝粉颜料。如Silberline的Aquapaste水性抗氧化系列( 有13 个牌号)、Hydropaste水分散型系列和Aquavex 系列，Eckart-Werke的Stapa Hydrolac系列、Stapa Hydroxal 系列( 不含矿物油)和Stapa Hydrolux系列(粒子经表面处理)，奥地利Benda Lutz 的Blitz-Hydrostab 系列，日本东洋铝株式会社也生产6 个浮型和非浮型水性铝粉颜料。据预测，将会有用高分子聚合物包膜的水性铝粉颜料问世。
