水性隔热保温涂料的附着力影响因素研究

来源：市场资讯

（来源：买化塑）

宋凯，张耿涛，刘虎冰，袁雪松

（洛阳双瑞防腐工程技术有限公司，河南洛阳 471112）

摘要

水性隔热保温涂料含有大量连续空腔结构，涂层结构疏松，与基材表面结合较差。附着力直接影响涂层性能，本研究系统分析乳液体系、填料体系、附着力促进剂以及涂装厚度对隔热保温涂料涂层附着力的影响，通过拉开法观察涂层破裂行为，评价涂层附着力，对附着力影响因素进行探讨。

关键词

隔热保温涂料; 附着力; 拉开法; 涂层破坏

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引 言

我国隔热保温材料市场在高速发展，2025年市场规模达1450~1 800 亿人民币。传统隔热保温技术如发泡材料、珍珠岩、岩棉等，应用广泛，但均存在一定问题。如结构力差，耐冲击力弱；异型结构处保温结构不完善，易产生“热桥”；无防水效果，吸水率高，不耐湿热；固体废弃物不能回收、污染环境等，不符合高质量发展要求。水性隔热保温涂料隔热性能优异、施工方便、安全环保、综合维护成本低，是隔热保温材料的未来发展方向。目前国内部分涂料企业相继推出水性隔热保温涂料产品，竞争态势初现。但隔热保温涂料的隔热保温性能与机械性能相矛盾，隔热保温效果均由隔热填料（气凝胶、空心玻璃微珠、陶瓷微珠等）提供，造成涂层结构疏松，普遍存在粘结强度较低的问题。本研究以空心玻璃微珠微珠为隔热填料，水性丙烯酸乳液为成膜基体，系统研究乳液体系、填料体系、附着力促进剂以及涂装厚度对隔热保温涂料涂层附着力的影响。通过拉拔法观察涂层破裂行为，评价涂层附着力变化情况，揭示其内在关联规律，为水性隔热保温涂料研发、应用提供参考方向。

01

试验部分

1.1 主要原料和设备

水性丙烯酸乳液 A：陶氏；水性丙烯酸乳液 B：万华；空心玻璃微珠：3M；400 目云母粉填料、800 目长石粉填料、1250 目高岭土填料、2000 目沉淀硫酸钡填料、附着力促进剂 A、B、C、D、E、F：市售产品；助剂：毕克；去离子水：自制。BGD 750/1 高速分散机、BGD-560 漆膜柔韧性测试仪：标格达精密仪器（广州）有限公司；Positest AT-M 拉拔法附着力测试仪：上海玖纵精密仪器有限公司；NH-F微电脑型恒温加热台：苏州九恩泊科技有限公司；CKT 4000 多通道温度记录仪：常州创凯电子科技有限公司；ME2002E电子天平：梅特勒托利多科技有限公司。

1.2 水性隔热保温涂料制备工艺

将表1计量的去离子水、助溶剂、分散剂、中和剂、消泡剂及润湿剂在低速搅拌状态下依次加入分散釜中，以 300～500 r/min 分散搅拌 10 min；搅拌状态下依次加入水性丙烯酸乳液A、水性丙烯酸乳液B、空心玻璃微珠、填料、流平剂、触变剂和附着力促进剂，以700~900 r/min分散搅拌 10~20 min，制得水性隔热保温涂料。

1.3 试板制备

根据 HG/T 5182—2017 要求，制备试板。将水性隔热保温涂料刷涂在经过处理的马口铁板和喷砂钢板表面，1道控制干膜厚度为1mm。表干后，在室温环境下养护1周。

1.4 性能测试

干燥时间试验按 GB/T 1728—2020 执行；柔韧性试验按 GB/T 1731—2020 执行；耐热性试验按 GB/T 1735—2009 执行；半球发射率试验按 JG/T 235—2014 执行；拉开法附着力试验按 GB/T 5210—2006 执行；隔热温差测试试验按照 HG/T 5182—2017 执行；导热系数试验按 HG/T 5182—2017 执行。

02

结果与讨论

2.1乳液体系对涂层附着力的影响

丙烯酸乳液中的极性官能团与金属基材表面极性官能团形成化学键与氢键，是涂层附着力的核心来源。选用高弹丙烯酸乳液与高硬度丙烯酸乳液进行物理共混改性，考察高硬度丙烯酸乳液与高弹丙烯酸乳液比例对涂层附着力的影响。

两种丙烯酸乳液具有良好的相容性，杂化乳液状态均一，有利于涂料的长期储存。由图1可看出，乳液未共混改性前，涂层内聚力及基材附着力均较差，共混改性后，内聚力有所提升，涂层破坏表现为与基材间的附着破坏。在涂层干燥过程中，随着水分挥发，两种聚合物乳液粒子之间发生交联作用，乳液聚合体形成较为稳定的网络结构，提高了涂层的致密性和附着力。但是高硬度丙烯酸乳液添加过多，乳液聚合物颗粒聚结成膜时，易形成微观裂纹，破坏涂层与基材的粘结。

试验结果显示，涂层附着力随加入填料目数增大呈现先增大后减小的趋势。高岭土粒径适宜，加入后填补了空心玻璃微珠之间的空隙，提高了涂层的致密性。改变高岭土添加量，当m(高岭土)∶m(空心玻璃微珠)=4∶5 时，涂层附着力达到最优。过量添加，高岭土与空心玻璃微珠团聚，阻碍了涂料与基材的润湿接触，附着力显著衰减。高岭土颗粒为表面光滑的片状结构，吸油量较低，可填充于空心玻璃微珠球体间隙，减少颗粒间摩擦阻力，降低体系黏度。且空心玻璃微珠表面化学惰性强，而高岭土表面含活性羟基，可与基材表面极性基团形成氢键或范德华力，增强涂层与基材间的附着力。

2.2 附着力促进剂对涂层附着力的影响

附着力促进剂是影响涂层与基材结合的关键助剂。优选市面上常见的6种附着力促进剂，系统研究不同附着力促进剂与隔热保温涂料的体系相容性。

试验结果显示，附着力促进剂效果不一。附着力促进剂 A、B 显著提高了涂层附着力，其余附着力促进剂效果较差。涂层干燥过程中，附着力促进剂 A 的无机反应性官能团遇水水解，生成高活性硅醇基团，向涂层-基材界面迁移，与基材表面的羟基发生缩合反应，形成稳定的共价键，实现涂层与基材的化学键合。同时，有机反应性官能团与丙烯酸乳液中的羧基或羟基发生开环反应，生成醚键或酯键，将硅烷嵌入聚合物网络，增强了涂层内聚力。而附着力促进剂 B 的低聚物无机反应性官能团使得涂层干燥前期无明显应力产生，而干燥后期聚合物链段交联过程中，相对分子质量快速增长而不断产生内应力，但涂层实干状态下分子链活动受限，内应力难以释放并逐步积累，导致干燥后涂层的内应力较大，造成涂层局部开裂。此外，水性隔热保温涂层需要厚涂，垂直于基材方向的内应力较大，导致涂层附着力有所降低。

2.3 涂装厚度对涂层附着力的影响

刷涂隔热保温涂料，经过24h干燥后采用200目砂纸打磨涂层表面，复涂一道中间漆，循环操作至规定厚度。采用拉开法系统研究涂装条件对涂层附着力的影响。

试验结果显示，涂层厚度为1mm 时，附着力最大，涂层破坏形式表现为涂层与基材间的附着破坏。随着隔热保温中间漆涂层厚度的增加，附着力呈下降趋势。此时，涂层表面破坏形式为涂层的层间破坏。涂层与基材表面的附着力大于涂层层间附着力，导致涂层在拉拔过程中相互剥离，进而出现附着力下降的现象。而经过砂纸打磨，保温涂层之间充分接触，形成良好的机械嵌合作用，减缓了附着力的下降趋势。但是，涂料的隔热效果与涂装厚度有关。涂层越厚，空腔绝热结构越多，隔热效果越好。当涂装厚度增加至 10 mm 时，隔热效果会出现边际递减。综合考虑，施工厚度选取膜厚 5 mm 为宜。

2.4 水性隔热保温涂层性能测试

选用优化后的配方制备水性隔热保温涂料，测试涂层性能，如表 8 所示。水性隔热保温涂料导热系数 0.042 W/(m·K)，隔热温差 20 ℃，且附着力>1.5 MPa，兼具隔热保温性能与力学性能，性能优异。

03

结语

隔热保温涂料连续空腔较多，结构疏松，涂层附着力受多种因素影响。

（1）丙烯酸乳液经过共混改性，乳液聚合体能够形成较为稳定的网络结构，有助于提高漆膜致密性。

（2）微米级填料的加入，能够充实界面空隙，形成致密隔热层，提升隔热性能和附着力。

（3）不同附着力促进剂的效果不一，附着力促进剂 A 效果显著，且与丙烯酸乳液体系相容性较好；

（4）隔热保温涂料需综合考虑附着力与隔热保温效果，随着隔热保温涂层厚度的增加，附着力不断下降，但是隔热效果有所增强。

来源：《涂层与防护》2026年第7期