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第四章 乳胶漆的构成及各成分的作用
多数水性涂料都是"乳胶"漆。乳胶漆中的粘结剂是一种以微粒的形式分散在水中的固态、塑胶状物质。这种分散体是一种乳白色的液体，在涂料工业中被称为乳胶，这会让人回想起橡胶树的天然乳胶。乳胶也被称为乳液，在有些国家，如英国，乳胶漆即指乳化漆。注意：除了外观之外，涂料中所用的乳胶与一些橡胶手套中所用的天然乳胶毫无关系。
根据生产涂料所用成分的种类和品质，不同类型和等级的涂料提供不同的应用性能和防护特性。反过来，涂料的特性又决定涂层的总体质量。受涂料成分影响的众多涂料性能是：
通常,所有涂料都含有四种能影响这些特性的基本成分.这些成分是：
颜 料–提供色彩和遮盖力;有些相对成本较低的颜料被用于增大体积。
粘结剂–将颜料"束缚"在一起,并提供漆膜的完整性和附着力。
液 体–（或"载体"）提供所需的浓度,使颜料和粘结剂可以附着在被涂装的表面上。
添加剂–用量较低,可提供特殊涂料特性的成分,如防霉性,消泡性和良好的流动性和流平性。
涂料生产商制成颜料分散体，将它们加入涂料中，并添加乳胶粘结剂。这样，涂料便由分散的颜料和粘结剂，连同一些添加剂和液体，主要是水构成（参见下面的部分）。
当涂料经过涂刷，而且其中的水分蒸发以后，就形成乳胶漆的漆膜。在这一过程中，颜料和粘结剂的粒子紧密地聚合到一起。作为液体蒸发的最后残留部分，毛细作用以极大的力量将粘结剂粒子聚结到一起，使它们融为一体，并与颜料粘结成连续的漆膜。这个过程叫做聚结，参见下面的图解，这个成膜过程使水对乳胶漆进行稀释和净化，同时在涂装后很快就能形成防水、防风化的漆膜。
乳胶漆的漆膜会保留一些微小的孔，使涂层能够"呼吸"；即，让潮气透过漆膜渗出。因此，乳胶漆的漆膜比油性涂料或醇酸漆能更有效地透出来自建筑物内部的潮气，因为油性涂料或醇酸漆形成的漆膜更"紧密"，如果涂层下面有潮气，漆膜容易出现起泡的现象。例如，将油性涂料或醇酸漆涂刷在潮湿的木器或水泥石材表面。
另一方面，在以下情况下乳胶漆会因为雨水、露水或其它来自涂层以外的水源而起泡：
• 涂料的附着力有限
• 涂料被涂刷在粉化或其它不洁净的表面上，致使漆膜的附着力受到影响
• 没有足够的时间彻底干燥
在上述任何一种情况下，若涂料中着色颜料的含量较高，则更容易出现起泡的现象。
乳胶漆的成膜过程也有一定的局限性。因为粘结剂粒子是热塑性的物质（在较高的温度下容易变软，反之则容易变硬），在温度过低的情况下涂装时，它们会因为太硬而不能形成连续、耐久的漆膜。正因如此，涂料制造商们才会规定使用乳胶漆产品的最低温度（一般为10oC）。而如果涂层干燥得过快，成膜性和耐久性也会受到影响，因为非常快的干燥速度在漆膜完全形成之前会减弱粒子的移动性。导致外墙涂料干燥过快的情况是气温过高、有风、湿度低、在阳光直射的情况下涂装，以及涂装在非常多孔的表面上。
4.1 成膜物质
合成聚合物乳液是建筑材料中最重要的成膜物质，其占有量为整个建筑涂料的70%以上。合成聚合物乳液是采用可以游离基聚合的乙烯基单体为主要原料经过乳液聚合制造而成的。
4.1.1乳液的分类及简介
建筑涂料用乳液大多为非交联型的热塑性乳液。通常按其单体成分分类。
主要的品种有：
(1)醋酸乙烯均聚物乳液(醋均乳液白乳胶)；
(2)醋酸乙烯-顺丁烯二酸酯共聚物乳液；
(3)醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液(EVA乳液)；
(4)醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物乳液；
(5)醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液(醋丙乳液、乙丙乳液)；
(6)醋酸乙烯-氯乙烯-丙烯酸共聚物乳液(氯醋丙乳液)；
(7)纯丙烯酸酯共聚乳液(纯丙乳液)；
(8)苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液(苯丙乳液)；
(9)氯乙烯-偏氯乙烯共聚物乳液(氯偏乳液)；
(10)丁二烯-苯乙烯共聚物乳液(丁苯乳液)。
乳液是主要成膜物质，其性质对制漆和涂膜性质影响甚大，乳液粒径，疏水性，相容性(或稳定性)对乳胶漆的制备影响很大，乳液的粒径，玻璃化温度，耐水，耐碱性，耐紫外降解等性能对涂膜的性能影响很大。
乳胶漆用乳液的要求如下表：（本表源于GB/T20623-2006）
4.1.2乳液的几个问题
4.1.2.1乳液的化学稳定性及机械稳定性
化学稳定性是指乳液对添加的化学药品的稳定性。对分散液具有很大破坏力的化学药品大都是水溶性的，可分为电解质和非电解质两类，前者一般是无机盐类，后者一般是极性有机化合物。在实用上多数是指添加电解质的稳定性问题，因此从狭义上来说是指电解质稳定性。
机械稳定性是指乳液在经受机械操作时的稳定性。因为在制备涂料过程中，要经泵送、搅拌及涂装时的喷涂等操作，因此乳液及其涂料要经受得住机械操作。
4.1.2.2乳液的冻融稳定性
由于乳液体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂等基本组分组成，其中有一半组成是水，乳液及由其配制的涂料在很多情况下要被暴露于冻结的条件下，当聚合物乳液遇到低温条件时会发生冻结。冻结和融化会影响乳液的稳定性，轻则造成乳液表观粘度上升，重则造成乳液的凝聚。冻融稳定性即是指乳液经受冻结和融化交替变化时的稳定性。
4.1.2.3乳液的颜料混合稳定性及贮存稳定性
乳液的颜料混合稳定性是指对于添加颜料的稳定性。颜料的选择及混合方法均影响乳液的稳定性。
贮存稳定性是指贮存期间乳液发生变质的难易程度。包括因受重力影响粒子沉降或上浮形成浓缩层以及浓缩层是否凝集的稳定性、聚合物粒子对水解和脱盐酸反应等化学变化的稳定性.
4.1.2.4建筑涂料用乳液技术要求
建筑涂料用各类乳液尚无国家标准，目前所使用的乳液均是以各生产厂自订的企业标准为准。在某些性能指标上有些差异，用户可根据配制涂料的要求来选择乳液。因而对乳液的技术要求应有所了解。
对于常用的苯丙乳液、纯丙乳液等，除了外观、黏度、固体含量等一般常规性能检验外，还应对乳液的稀释稳定性、钙离子稳定性、机械稳定性、冻融稳定性等进行测试.
4.1.2.5乳液常规性能检验
一般建筑涂料生产厂对购进乳液应进行以下常规性能检验。
(1)外观 一般目测。观察乳液的色相及有无颗粒及杂质。
(2)黏度 由于聚合物乳液大多属于非牛顿型流体，故用于测定乳液黏度的仪器应能在较宽的剪切速率范围内测定剪切应力随剪切速率而变化的关系。通常使用旋转黏度计来测定乳液的黏度，一般不使用涂－4杯。
(3)固体分测定 将大约2 g聚合物乳液试样放入直径为4cm的铝盘(或玻璃盘)中，盖上铝盖(或玻璃盖)称重，然后将其置于设有通风装置的烘箱中，在115 ℃下干燥20 min称重，即可计算出固体含量。
上述方法对于像丙烯酸酯类容易起皮的聚合物来说，应采取较高干燥温度(如120℃)。对于增塑聚合物乳液来说，由于增塑剂具有挥发性，应采用较低的温度(如105 ℃)和较长的干燥时间(如2h)。
(4)pH值 用精密试纸或适当型号的pH值测定仪进行测定。
4.1.2.6测定乳液稀释稳定性
在10 ml带有刻度的试管中，用漏管加入2 ml乳液，然后用滴管加入8ml无离子水，充分摇匀后放置在试管架上，分别于24 h、48h后观察有无分层、分水、沉淀发生，不发生上述现象即为通过。也可参照上述比例，在适当的容器中称重，搅拌均匀后置于试管内观察。
4.1.2.7测定乳液的机械稳定性
在1000ml搪瓷杯中加入200g用120目筛网过滤后的乳液，将搪瓷杯放置在搅拌机上，用夹子固定，开动搅拌，调转速达4000r/min，搅拌0.5h后观察乳液是否破坏或絮凝，如无明显的絮凝物，再用120目筛网过滤，如没有或仅有极少量絮凝即认为通过。
4.1.2.8测定乳液的钙离子稳定性
首先配制5%氯化钙水溶液：用1%天平称取50 g无水氯化钙，加入950 ml水摇匀，备用。
在10 ml带有刻度的试管中，用滴管加入5 ml乳液，然后加入1ml5%氯化钙溶液。应注意缓慢加入，充分摇匀后放置试管架上，分别于1 h、24 h、48h后观察，如发生分层，沉淀、絮凝等现象，即认为不合格。
由于在试管中先加入乳液，再加入氯化钙溶液，在两液接触面会有局部过高现象，因此可参照上述比例进行称重，搅拌均匀后置于试管内。
有些乳液生产厂将钙离子稳定性中氯化钙的浓度定为0.5%。由于建筑涂料用乳液无国家标准，只能以各厂企业标准为执行标准。
4.1.2.9测定乳液的冻融稳定性
由于乳液组成中一半为水，因此乳液最怕受冻。乳液受冻后，使介质水变成冰，产生强大的冰压，使保护层与双电层破坏而造成破乳。乳液冻融稳定性的一般标准是能经受5次冻融循环。典型的冻融条件是在恒温－15℃的低温冰箱中连续冷冻16 h，常温解冻8h，如此循环5次，如不破乳即为通过.
4.1.2.10测定乳液的最低成膜温度
乳液的最低成膜温度要在最低成膜温度测定仪上进行测定。测定原理是在能形成低温至高温的温度梯度的金属板上涂敷试样，在温度条件合适时，随水分蒸发聚合物乳液粒子充分融结形成连续透明薄膜，否则有龟裂或白垩化产生，其分界处的温度即为试样的最低成膜温度。最低成膜温度测定仪主要由温度梯度板、温度测量装置及涂膜器组成。
温度梯度板可由不锈钢等金属矩形板制成。其表面含有几个深度0.2 mm或0.3 mm、宽20mm的条形槽。矩形板一端是热源，另一端是冷源，能形成均匀的温度梯度。
温度测量装置是一组玻璃温度计或一组热电偶，精度可达0.1℃，测量温度范围为0～50℃。
测试方法 根据试验试样最低成膜温度的范围，利用涂膜器将试样涂布在梯度板上，通过干燥空气加快成膜速度，当连续透明薄膜和白垩化部分明显形成时，测量分界处温度即为最低成膜温度。其结果取整数，测量精度可达±1℃。
4.1.3乳液的选择
由于各类乳液所含单体的亲水性和疏水性不同，所用乳化剂的品种和数量也不同，使得聚合乳液的性能有所差异。如玻璃化温度(Tg)，耐水抗碱性，保光保色性，耐久性以及粒子极性等都不一样;乳液配方，工艺的差异使得乳胶粒子表面的疏水情况，乳胶粒子的粒径大小及粒径分布不一样。
商品乳液在粒度与粒度分布上有着广泛的差异，乳液粒径小，粒子容易运动，易进入颜填料粒子的间隙，趋向于同颜料粒子紧密接触，因此，较细粒度乳液有较高的临界颜料体积浓度(CPVC)，能使涂膜产生较高的光泽，提高涂膜的附着黏结能力。此外小粒度乳液有较好的渗透性，适合于多孔的底材涂饰。
小粒度乳液有较大的表面积，表现在：乳液有较高的黏度，与聚胺脂类增稠剂有较强的吸附，通常能更加有效地提高乳液或乳胶漆的低剪，中剪黏度;商品乳液在表面疏水性上也存在差异，因为它们的组成不同，制备过程中所用表面活性剂和稳定剂不同，如果乳液合成所用乳化剂量大，则在选用聚胺脂类增稠剂增稠时，低剪黏度的提高受到一定的限制;使用表面活性剂做乳液保护剂者与选用HEC做乳液保护剂者，两者乳液黏度将不一样，后者一般高于前者;乳液聚合物组成上的差异也会造成性能上的差异，醋酸乙烯均聚物比醋酸乙烯与丙烯酸酯的共聚物更为亲水，而纯丙或苯丙一般最为疏水，但在乳液制备中常有丙烯酸或甲基丙烯酸参与共聚，则增强了乳液粒子的表面亲水性，将部分抵消了粒子内部的疏水本质。因此乳胶漆在制备与应用中，许多性能对乳液种类与用量是很敏感的，应根据乳胶漆性能选择乳液，根据所用乳液性特征选择适宜助剂。例如：高PVC乳胶漆，乳液量少，填料量多，需要更多，黏结力更强的乳液粒子，因而选用粒径细小，玻璃化温度较低的乳液人作为黏结料;外墙乳胶漆涂膜之中，还要抗高温回粘性，抗沾污等，乳液要求有较高的玻璃化温度，耐紫外光降解等性能。
乳液的选择会影响到增稠剂的选择，漆膜的浮色发花等。强疏水性的假塑性增稠剂对粒径细小的乳液粒子吸附作用较强;选择不同性质的乳液，对涂料的浮色发花，涂料的储存稳定影响很大。透彻了解乳液性能，分析病因，最终采用适当的手段，解决由乳液特性带来的漆病。例如乳胶粒子表面的性质导致色浆粒子絮凝——色浆-黏结料絮凝，可选用适当的表面活性剂改性色浆或乳液粒子的表面性质，从而调整粒子的运动特性，最终改善由色浆-黏结料絮凝引起的浮色发花(助剂有COGNIS公司Hydropalat100，Hydropalat188A，DisponilO5，HyonicPE-100，Hydropalat306等)。
乳液的相容性：即为它的化学稳定性，配置乳胶漆时，颜料，分散剂，消泡剂，成膜助剂，防霉剂等，如这些材料与乳液不能相容或相容不佳时，它们一旦与乳液相混，严重的会引起破乳，轻则会影响成膜后的各项性质。乳液稳定性差(如大多数纯丙乳液)，配置的涂料储存黏度不稳定，可选用表面活性剂如COGNIS公司的Hydropalat306解决，提高涂料储存稳定性。
4.1.4建筑涂料用乳液的发展方向
建筑涂料用乳液应向超耐久及多功能性方向发展。如积极研究开发含氟乳液、丙烯酸有机硅乳液、醋酸乙烯-叔碳酸酯共聚乳液、室温交联乳液、有机-无机互穿网络乳液等，以满足人们对建筑涂料不断提出的更新、更高的要求。
