• 主题：建筑涂料

作者：Greg Monaghan 和 Alex Pinnix，特种聚合物公司

大多数水性建筑污渍封闭底漆通常只有中等的污渍封闭性能，它们旨在将污渍锁定在底漆中而不是阻挡污渍。与溶剂型底漆相比，这导致了主要的性能差异。由于当渗色基材涂有水性底漆时，干膜中的污渍是可见的，油漆工无法确定污渍是否会迁移到面漆中。新型阳离子水性底漆提供了非常出色的污渍封闭性，并且类似于溶剂型底漆，因为许多污渍被底漆涂层阻挡而不是锁定在底漆涂层中。然而，对于这些阳离子底漆，制造程序和原材料与传统阴离子建筑涂料中通常使用的那些不同。

介绍

油漆时，某些类型的污渍会从基材上渗出并使面漆变色。木材中的单宁、染料和儿童可洗记号笔的着色剂、水或烟渍损坏和结点染色特别容易产生污渍，通常需要使用特殊的污渍封闭底漆。^1,2

尽管市场上有多种水性污渍封闭底漆，但这些底漆最适合封闭浅色单宁染色和浅色家居污渍。对于更难阻挡的污渍，如严重渗色木材（红木、雪松或印茄木）上的深色单宁污渍、水渍或尼古丁污渍，通常需要使用溶剂型底漆或酒精类虫胶底漆。¹然而，溶剂型或醇基底漆具有与溶剂型涂料相关的典型问题——在施工过程中气味强烈、易燃且缺乏水清洁。此外，木材中的单宁会使醇酸底漆中使用的催干剂失去活性，从而使干燥速度慢得多。基于虫胶的底漆不需要催干剂，并且在高单宁木材上的干燥速度不会变慢，但它们通常只推荐用于室外应用中的点涂底漆，因为它们容易开裂。¹

在水性底漆中难以实现出色的耐污性的部分原因是许多常见的污渍是阴离子或酚类污渍。它们可以溶解在碱性水中，在大多数传统的水基底漆中形成载体，并且污渍可以从基材浸出到底漆中。出于这个原因，许多水性底漆使用活性颜料或盐溶液，如氧化锌、锌或碳酸锆铵、^3,4磷酸钙钡或偏硼酸钡，它们会形成阳离子离子与阴离子污渍络合。复合污渍理论上不太可能从底漆迁移到面漆中。

尽管理论上有效，但这种配制水性底漆的方法比溶剂型底漆性能差的原因有很多。如果阳离子反应性颜料与阴离子底漆聚合物反应，则使用反应性颜料会导致不稳定性或染色封闭效率的损失。此外，水性聚合物的成膜性通常不如溶剂型底漆，导致污渍通过底漆到达面漆。与水性底漆相比，溶剂型底漆在阻垢方面也更有效，因为载体溶剂不会溶解亲水性阴离子污渍，而单层溶剂型底漆通常会阻挡基材中的污渍，而不是将它们锁定在底漆中。

已经尝试了许多方法来改善水性底漆的污渍封闭性能。使用研磨离子交换树脂、^{5 种}纳米级阳离子粘土、^{6 种}钛酸酯偶联剂、^{7 种}具有强酸官能团的单体、^{8 种}或氨基硅烷⁹来帮助络合单宁，已获得专利。据报道，阳离子水性底漆¹⁰还具有非常好的抗单宁粘连性。

阳离子水性污渍阻滞剂具有一些显着的优势，因为阴离子污渍可以与聚合物本身上的阳离子官能团发生反应，并且因为阳离子底漆的低 pH 值水不会溶解单宁污渍以及阴离子底漆中的碱性水. 在某些情况下，由于底漆中污渍的溶解度降低，污渍不会渗入底漆中，一些阳离子水性污渍阻滞剂可以提供几乎与溶剂型底漆一样好的污渍阻隔性能。水性丙烯酸阳离子聚合物已面世数年，然而，据报道，在低 pH 值下配制的水性阳离子环氧酯聚合物^11,12与几种溶剂型底漆一样具有非常好的防污效果。¹³ 这种阳离子环氧酯不需要催干剂，因此它在高单宁基材上具有良好的干燥性，这会使传统醇酸底漆中的催干剂失活。

尽管具有良好的防污性能，但一些环氧酯会通​​过在碱性砌体¹⁴上皂化或与镀锌钢中的锌接触而失去附着力。此外，据报道，基于阳离子环氧酯的涂料会在暴露于热循环的木材上开裂和冷裂。¹⁵使用阳离子丙烯酸聚合物与阳离子环氧酯的混合物有望显着降低皂化和冷检验。制备了一系列涂料以评估阳离子丙烯酸与阳离子环氧酯的共混物的典型底漆性能。

在制备这些阳离子底漆时，必须选择底漆成分，使其不与阳离子聚合物相互作用并防止阳离子官能团与污渍相互作用。使用的体质颜料不应具有固有的高 pH 值，如霞石正长岩、硅灰石或碳酸钙。二氧化硅和粘土体质颜料在水溶液¹⁶中更接近中性 pH 值，并且在这些阳离子底漆中效果很好。二氧化硅或二氧化硅/氧化铝处理的二氧化钛等级也能很好地工作，而氧化铝处理的二氧化钛等级具有高 pH 等电点¹⁷并且还可以束缚粘合剂上的阳离子位点。出于同样的原因，所使用的分散剂应该是非离子的或阳离子的，这样它们就不会与聚合物上的阳离子位点发生反应。非离子 HEUR 缔合增稠剂在这些阳离子涂料中效果很好，与 HEC 增稠剂相比，可提供亲水域更少的良好涂膜。如有必要，可以使用挥发性酸（如乙酸或甲酸）将 pH 值调节到 5.0-6.0 范围内。

另一个潜在问题是，如果将底漆涂在石膏板钉头上，这些阳离子底漆会引起闪锈，或者如果衬里有缺陷，它们可能会导致金属罐内部腐蚀。许多传统的闪锈添加剂，如胺、亚硝酸钠或苯甲酸铵，不提供保护，或者在这些阳离子底漆常见的 pH 值 4-6 范围内不稳定。然而，已发现基于链烷醇胺硼酸盐和磷酸盐¹⁸的无亚硝酸盐液体闪锈添加剂在这些低 pH 阳离子底漆中有效且稳定。

测试方法

通过应用黑色 Sharpie 永久性记号笔线条测试记号笔和墨渍阻塞；黑色、蓝色和红色 Papermate Profile 圆珠笔；红色Papermate Flair; 红色和蓝色 Crayola 可水洗记号笔；和绿色 Bic Briteliner 3n1 荧光笔到未密封的 Leneta 卡上。油墨和记号笔干燥过夜，然后使用 0.003 Bird 刀片划过线条绘制底漆。底漆干燥两小时，然后在底漆涂层上涂上一层商用聚醋酸乙烯酯 (PVA) 平墙涂料。老化 24 小时后，以视觉 1-10 的等级评估各个线的渗色，10 代表没有渗色。

通过将底漆以 350 英尺² /加仑的速度施加到 1 英寸 x 6 英寸红木装饰面板的 6 英寸部分来进行单宁染色封闭。将底漆干燥 4 小时，然后用商用内部 PVA 平光漆对这些部分进行顶部涂层。然后立即将面板放入 80% 相对湿度和 70°F 的室中 16 小时，然后取出并使其干燥。通过测量 Delta b*（黄色/蓝色）与在白色 Leneta 卡片上绘制的相同油漆相比，评估切片的单宁渗色。使用无底漆的两层 PVA 面漆的失效控制来确认所选板的单宁渗出的严重程度。

通过在光泽醇酸树脂（Valspar 4000 Alkyd Enamel #451858）或金属测试板（ACT 热浸镀锌板 #G70 70U）的 4 周老化漆膜上以 3 mil 湿膜厚度涂覆涂料，来实现对老化光泽醇酸树脂和金属的湿粘合、Q-Panel A36 未经处理的铝和 Q-Panel R36 哑光表面冷轧钢）。在光泽醇酸树脂老化一周或金属面板老化两天后，通过将面板浸泡一小时来测试每个面板上的部分的湿粘合性，然后在刀切割，并使用 Intertape CIC7080610 #51596 品牌胶带在交叉影线部分通过胶带拉动去除 %。

打磨性通过使用 3 mil Bird 刀片在黑色乙烯基擦洗图上绘制底漆来评估。将漆膜干燥过夜，然后使用 200 号砂纸来回打磨油漆 20 次。通过观察砂纸上的粉尘残留来评定底漆的可打磨性。油漆的等级为 1-10，10 表示油漆很容易打磨并且有细小的灰尘（没有橡皮擦般的残留物）。

通过在黄松木地板上涂上两层底漆，然后使面板经受热和水浸泡循环来测试抗谷物开裂性。将涂漆的面板浸泡四小时，立即放入冰箱中 16 小时，然后放入 120°F 的烤箱中四小时（这是一个循环）。面板运行五个循环。开裂从 1 到 10 的目视评级，10 表示没有开裂。

结果

图 1和图2以及表 2中显示了单独的底漆涂层或与涂在底漆上的 PVA 面漆一起的可洗标记和油墨污渍封闭。

可水洗记号笔和油墨没有明显渗入实验丙烯酸/环氧底漆涂层（34% PVC，50% 丙烯酸/50% 环氧酯）中，并且在底漆加面漆系统中具有出色的抗渗出性。由于记号笔没有渗入底漆，底漆可以更有效地阻止记号笔和油墨渗入面漆。可洗标记实验底漆的性能优于市售水性污渍封闭底漆，与市售紫胶醇基底漆相当。

图 3和4以及表 3 中给出了不同比例的丙烯酸酯与环氧酯与商业水性污渍封闭底漆相比的标记和油墨污渍封闭。

尽管面涂的阳离子底漆都非常适合防污，但在一层防污方面的性能存在差异。在丙烯酸​​和环氧酯比例为 70% 和 30% 的情况下，可洗标记有轻微渗出到底漆中，而丙烯酸与环氧酯比例为 50/50 和 30/70 的涂料没有渗出。这可能表明至少 30% 的环氧酯是最佳的一层染色块所必需的。虽然环氧酯的使用对于一层涂层标记污渍封闭是必要的，但从这项研究中不清楚阳离子环氧酯如何改善该特性，因为它在可能影响标记污渍封闭的几个方面与阳离子丙烯酸酯有显着不同. 例如，骨架疏水性和分子量；稳定表面活性剂的含量；或级别，类型，

表 4 中给出了在 30%、34% 和 38% PVC（均为 50% 丙烯酸和 50% 环氧酯）下的标记和墨水污渍阻塞。

在 50% 丙烯酸和 50% 环氧酯的情况下，对于高达 38% 的颜料体积浓度，记号笔和墨渍阻隔性非常好。在相对较高的 PVC 下具有良好的污渍封闭性能的底漆配方可能比在较低 PVC（和等体积固体）下的类似底漆成本更低，因此在商业上更容易接受。

图 5和表 5给出了在不同丙烯酸酯与环氧酯（34% PVC）比例下，红木地板上的底漆涂层的单宁染色阻滞（报告为 Delta b 与白色 Leneta 卡上相同涂料的涂漆相比）. 红木面板涂有内部 PVA 平面墙漆。

实验引物的单宁抗渗性非常好，Delta b 值小于 1.0，表明与对照压延相比，红木板的黄度变化很小。在所有混合比例下，污渍封闭性都略好于商用虫胶溶剂型底漆，远好于商用水性污渍封闭性底漆。然而，与 50% 丙烯酸和 50% 环氧酯的比例相比，70% 丙烯酸和 30% 环氧酯的比例略高的 Delta b 可能表明在 70/30 比例下单宁污渍封闭性略有下降。这可能表明可用于底漆中以提供最佳单宁染色封闭的阳离子丙烯酸的最大含量约为 70%。

图 6和表 6给出了不同 PVC（全部为 50% 丙烯酸酯和 50% 环氧酯比例）在红木上的单宁阻塞。

在 50% 丙烯酸和 50% 环氧酯的混合比例下，单宁封闭性非常好，高达 38% PVC（Delta b 值低于 1.0）。在聚合物比例研究中，所有实验底漆的单宁封闭都优于商业水性污渍封闭底漆，略好于商业虫胶底漆。性能的提高可能是由于阳离子底漆的 pH 值较低以及聚合物上的阳离子官能团有助于结合酚类单宁。

不同底漆的打磨性如图 7和表 7 所示。

所有底漆在整夜干燥后都具有良好的打磨性，并且具有良好的除尘效果。然而，实验性阳离子底漆和商用水性污渍封闭底漆的砂纸有些堵塞。承包商通常更喜欢具有良好早期打磨性的底漆，因为他们可以在面漆前过夜干燥后打磨已打底漆的墙壁，因此可能需要改进此属性。然而，早期打磨性必须与良好的薄膜柔韧性相平衡。通常很难配制出既具有早期可打磨性又具有足够柔韧性以抵抗温度和湿度变化时木材开裂的底漆。

在黄松上使用热和湿循环测试了两层实验底漆的柔韧性。表 8中给出了五个热和水浸泡循环的结果。将实验底漆与商业底漆和由 100% 环氧酯制成的底漆进行比较。

黄松早期和晚期木纹的不同热膨胀率和水分膨胀率会沿着纹理线对漆膜施加压力，并表明底漆的柔韧性和抗裂性。实验底漆在本次试验中具有良好的抗裂性，优于市售的水性色块底漆。环氧酯与丙烯酸的共混物也优于仅用环氧酯制成的底漆，表明阳离子丙烯酸有助于提高环氧酯的柔韧性。用于验证实验底漆抗裂性的暴露测试正在进行中。

中点实验底漆（34 PVC、50% 丙烯酸、50% 环氧酯）和市售水性防污底漆对光泽醇酸树脂和金属基材的湿附着力（在水浸泡一小时后）在表9中给出。

实验阳离子底漆对老化的光泽醇酸基材具有非常好的湿附着力。在金属上，除了未处理的铝外，实验中点配方具有良好的附着力。商用水性防污底漆在光泽醇酸树脂和镀锌钢上的附着力很差。

结论

阳离子丙烯酸与阳离子环氧酯的混合物具有非常好的单宁和可水洗标记污渍封闭，优于商业水性污渍封闭底漆。改进的防污渍可能是三个因素的结果：底漆的酸性、聚合物上的阳离子反应位点以及一层防污渍，这可能会导致更好的阻隔性能。实验底漆在木材上的热和湿循环下也具有良好的抗裂性，但早期打磨性只有一般。实验底漆的附着力也非常好（未经处理的铝除外）。整体性能优于水性商业污渍封闭底漆，等于或优于商业酒精基虫胶底漆。

参考

1. Burke, E. 等人，“了解萃取出血”，  CoatingsTech，3，48-53（2010 年）。

2. Gruver, J. 和 Doll, P.，“水性底漆为卓越的面漆性能提供基础”，  Paint & Coat。工业，10（2018 年）。

3.斯特林，R.和莫里斯，PI“在服务从木降低西部红雪松提取物的消耗，”农业部林务局，美国能源部 两个雪松的故事：国际研讨会西方Redcedar和黄雪松，87- 89 (2010)。

4. Thomassen, I.，“防污和防霉涂料组合物”，US5460644A (1995)。

5. Van Rheenen, P.，“含有离子交换树脂的涂料组合物”，US6815466B2 (2003)。

6. Klijn, T.、Twene, D. 和 Mestach, D.，“防污水性涂料组合物”，WO2005071023A1 (2005)。

7. Walker, J. 和 Scott, C.，“抑制单宁染色的涂料组合物”，US6245141B1 (2001)。

8. Wildeson, J.、Kelly, J.、Cosyns, A. 和 Wiese, H.，“污渍阻塞组合物”，US20100124614A1（2015 年）。

9. Rokowski, J.、Donnelly, K. 和 Kuhn, R.，“单宁染色封闭涂层基材”，US5527619A (1996)。

10. Van Rheenen, P. 和 Chou, C.，“阳离子乳胶涂料”，US5312863A (1994)。

11. Feola, R. 和 Gobec, M.，“用于底漆应用的新型水性阳离子粘合剂”， Paint & Coat。Ind., 9 , 86–90 (2005)。

12. Paar, W.、Feola, R.、Gmoser, J. 和 Friedl, M.，“基于环氧树脂的水性粘合剂”，US6653370B2 (2003)。

13. 马萨诸塞州哈特，“低挥发性有机化合物 (VOC) 含量的防污底漆涂层评估”，加州理工州立大学，digitalcommons.calpoly.edu/theses/482/（2011 年）。

14. Graystone, JA，“建筑涂料”， 油漆和表面涂料—理论与实践，第 2 版，401 (1999)。

15. Steiner, A. 等人，“环氧丙烯酸混合树脂”，欧洲专利申请 EP3381958A1（2018 年）。

16. Czora, Z.，“为膜涂层选择填料——它们如何影响涂层的性能特征”，LinkedIn，www.linkedin.com/pulse/selecting-fillers-membrane-coatings-how-do-affect- czora-che-atsc (2017)。

17. Hajas, J. 和 Du, JW，“二氧化钛在非水性和水性涂料中的稳定性”，  Paint & Coat。Ind. , 6, 40 (2004)。

18. ICL Specialty Products Incorporated，Halox Flash-X 330 无亚硝酸盐液体闪锈添加剂（2018 年）。

19. Specialty Polymers, Inc.，  RayCat 5428 技术公告 （2018 年）。

20. 湛新， 技术数据表，Duroxyn EF2406 40WA  (2014)。

*于 4 月 8 日至 10 日在俄亥俄州克利夫兰举行的 2019 年涂料技术会议上发表。

涂料科技 | 卷。16、5号| 2019 年 4 月