通用建筑底漆有两个主要功能。第一种是增强面漆美化基材的能力。这是通过隐藏地形变化和光学变化来实现的。第二个主要功能是增加耐用性，延长面漆的使用寿命。这主要是通过提高附着力来实现的，这可以导致更好的抗裂和抗起泡。通过底漆形成屏障层以改善腐蚀、指甲锈蚀和闪光锈蚀，还可以增强耐久性。

尽管底漆需要成为某种通用产品，但底漆市场实际上是严重细分的。关键性能需求包括隐藏地形变化，密封多孔基材，防止旧颜色通过面漆显示，阻挡气味，在基材/面漆之间提供良好的连接涂层层，延长外观耐久性，并减少污渍迁移到面漆中。气味抑制引物通常旨在阻止来自香烟烟雾、宠物和食物的持续气味。底漆用于各种基材，如光泽醇酸、钢、铝和木材，因此它们必须在所有表面上表现出优异的附着力。底漆的外观耐久性也得到了提升，因此它们表现出优异的抗裂性、耐腐蚀性和附着力是至关重要的。水性底漆难以去除的常见问题污渍包括木材单宁酸、记号笔、食物污渍、水渍和香烟中的尼古丁。仅从这个列表中，就可以明显地看出为什么每个主要制造商都至少有10条底漆产品线，每条都针对特定的需求。除了这些性能需求，市场还进一步细分为各种标签要求，包括快速干燥，多用途，除渍，除霉和无味，仅举几例。

近年来，除了持续从溶剂型转向低挥发性有机化合物(VOC)水基技术外，底漆没有太多新的发展。2022世界杯八强水位分析在加州空气资源委员会的一份报告中，R. Fernando发现“溶剂型涂料在阻挡污渍方面的表现明显优于水性涂料”。¹然而，溶剂型底漆通常具有高VOC含量，高气味，并且很难和混乱的清理。这些原因促使水性底漆的发展，但理想情况下仍然保持溶剂型底漆的污渍阻挡性能。从溶剂到水的变化带来了一种不同的隐藏污渍的机制——而不是阻挡污渍，水性底漆是锁渍的。本文将集中讨论污渍阻挡和锁定机制，下一代底漆的污渍阻挡能力，并讨论使用底漆与面漆的好处，并结合真实的暴露数据。

污渍阻塞和锁定机制

底漆阻挡污渍的机理取决于它们是水性的还是溶剂型的。溶剂型底漆涂在污渍上时，在没有面漆的情况下，可以在视觉上阻挡污渍，我们称之为阻挡污渍。水性底漆将污渍锁在薄膜上，只有在涂上面漆后，你才能看到理想的污渍隐藏效果。图1显示了常见的食物和墨水着色剂，以及单宁色剂。

油基底漆是溶于溶剂的醇酸树脂溶液。它们可以很好地隐藏极端亲水的污渍。湿漆和干膜都是非常疏水的，所以常见的水溶性污渍不溶于湿底漆膜，从而阻碍了污渍向底漆的扩散。因此，溶剂型底漆在基材/底漆表面进行了一层污渍阻挡，并且无法看到污渍。缺点是气味大，VOC含量高(一般在300克/升以上)，清理起来很麻烦。此外，需要易燃溶剂来清理溶剂型底漆。监管机构、企业和房主都希望尽可能避免使用它们。

水性底漆确实比溶剂型产品有一些优势，包括低VOC、低气味和更容易清理，这对承包商和自己动手的油漆工都更有吸引力。水性底漆也表现出更好的外部耐久性，因为油基底漆随着时间的推移不断交联，导致涂层更脆，开裂故障增加。水性底漆的主要缺点是一些污渍可能难以阻挡或隐藏。这是因为水性污渍在涂抹底漆后立即溶解在湿膜中，因此需要锁定在干底漆中。底漆不会隐藏污渍，可能需要额外的涂层来从视觉上阻挡污渍。此外，当涂上另一层油漆时，污渍可以重新溶解并来到第二层油漆的表面。有一些方法可以避免这种情况，比如添加功能性颜料。这将在本节后面更详细地讨论。

此外，水性底漆由乳液颗粒制成，必须结合形成一层膜，如图2所示(未按比例绘制)。在A阶段，颜料和粘结剂颗粒分散在水中。随着薄膜变干，水开始蒸发(B)，颗粒更紧密地挤在一起。在C阶段，粘合剂颗粒融合成一个连续的薄膜，其中颜料颗粒被“困住”。这种聚结过程允许通过薄膜的通道多于油性醇酸底漆，其中疏水载体最大限度地减少了亲水污渍的迁移。底漆的颜料体积浓度(PVC)越高，颜料就越能干扰成膜过程，为污渍留下迁移通道。因此，在较高的PVC底漆中，堵塞和锁定污渍变得更加困难。这反过来又会导致水性底漆的阻渍效果较差。

如前所述，有功能性颜料和其他添加剂可以提高水性底漆的阻渍能力。文献中已经提出了2022世界杯八强水位分析几种技术，但最常用的是使用氧化锌(ZnO)。锌阳离子与阴离子污渍反应，因此能够最大限度地减少污渍浸到面漆中。图3显示了这种机制的一般情况。其他建议的技术包括使用水分散醇2022世界杯八强水位分析酸树脂和单宁螯合剂，²使用聚乙烯吡咯烷酮^3.阳离子树脂。⁴

虽然氧化锌最常用于改善水性底漆的阻渍性，但在配制涂料时，它并不是最友好的材料。由于其阳离子性质，它有能力与油漆中许多其他阴离子分散的材料发生反应，这可能导致凝胶，粘度不稳定或其他问题。它需要使用额外的分散剂和/或表面活性剂来稳定，但这些通常会对防水性能产生负面影响，而防水性能是底漆的关键性能。此外，氧化锌也不是很环保。陶氏化学公司(Dow Chemical Company)已经能够合成新一代水性底漆粘合剂，可以在不使用ZnO的情况下改善污渍阻塞。除了优异的单宁酸和标记色块，新一代底漆粘合剂对各种基材具有良好的附着力，优异的可砂性和超低voc能力。

下一代底漆防污性能

在实验室评估底漆性能时，两项主要的污渍阻塞测试是单宁酸和标记物。对于单宁染色，使用雪松或红木板，最好是一个一致的染色在整个面板。一系列底漆以450平方英尺/加仑的速度涂抹，晾干2小时，然后涂上优质的平面面漆⁵应用于整个板。由于板与板之间的差异，每个系列都必须包括通过控制(油基)底漆和故障控制(平面漆)底漆。然后立即将涂好漆的一面朝上放置在高湿度的雾箱中过夜。取出面板，然后在不同的干燥间隔后使用光谱仪定量测量。图4显示了不含氧化锌的下一代陶氏底漆与各种商业涂料和陶氏涂料的对比，所有涂料都不含氧化锌。这一实验结果清楚地表明，在不使用氧化锌的情况下，采用水性技术也能获得良好的单宁染色阻挡效果。单宁阻挡污渍甚至可以与商业油基通控底漆相媲美，这为阻挡污渍的性能设定了标准。

在测试标记物染色阻塞时，会使用各种疏水和亲水标记物。将记号笔涂在莱内塔图上的干燥一周的优质平漆(与单宁阻挡用的46 PVC/37 VS相同)上，然后在抽屉里干燥几天，以避免任何光线。在图表上的标记线上并排使用两种底漆。干燥4小时后，在底漆上涂上较窄的优质平漆。最后，涂上更窄宽度的平漆第二层。通过图表涂层最厚的部分观察到多少标记，并通过图像捕获软件对每个标记的定义区域内的标准偏差进行量化，从而直观地评估图表。如图5所示，新一代技术再次证明了在染色阻断方面的显著改进。

外部底漆性能

如前所述，底漆的作用是增强面漆对基材的美化能力，并通过增加耐久性来延长面漆的使用寿命。以下部分将演示底漆在真实环境下的表现，这将提供最有说服力的外部涂料性能数据。尽管陶氏化学在全球有许多室外测试场地，但由于季节的变化和每年冬天大量的冻结/解冻循环，位于宾夕法尼亚州Spring House的场地提供了一个非常具有挑战性的环境。虽然新英格兰和中西部地区在冬季可能会保持较长时间的寒冷，但春季房屋的暴露站的温度在整个冬季的几个月里多次低于冰点，这对漆膜来说是一个挑战。有许多基材可在曝光站，包括许多不同类型的木材，砖石，混凝土，复合甲板和金属基材。涂料暴露在不同方向，包括南垂直(SV)、北垂直(NV)和南45˚(S45)，每个方向都会加速涂料的破坏。例如，在NV暴露的油漆由于水分潴留会加速发霉和霉菌生长。

由于其固有的尺寸不稳定性，松木是最具挑战性的抗裂基材之一。图6显示了在白松上使用底漆和面漆24个月后的显著效益。图6中的涂料被分为三对。每对的第一层涂层由两层面漆组成;每对中的第二层涂层由底漆和只有一层面漆组成。面漆包括基于三元共聚物的经济型商用平面漆(油漆1)，基于聚乙烯醇(PVA)树脂的质量更好的商用平面漆(油漆3)，以及由全丙烯酸树脂配制的中等质量实验室配方涂料(油漆7)。底漆是耐用的全丙烯酸配方(油漆5)。油漆编号可以在每段油漆的顶部看到。1|1表示两层油漆1,1|5表示一层油漆5(底漆)和一层油漆1。在没有底漆的情况下使用时，没有一种商业涂料表现良好，三种涂料都表现出明显的开裂和剥落。尽管只在中等质量的配方中使用，具有全丙烯酸粘合剂的涂料在不使用底漆的情况下表现出比其他商业涂料更好的性能。然而，很明显，底漆的使用提高了所有面漆的抗裂性。 After 24 months exposure, the second paint in each pairing, where a primer was used, is showing very little cracking and flaking.

图7和8显示了随时间变化的真实暴露数据。如前所述，由于尺寸不稳定，松树是一种非常难抗裂缝和剥落的基材。更有挑战性的是风化的松树，在油漆之前，它已经暴露在自然元素(水、紫外线、温度波动)下三个月。根据数十年的曝光数据，一旦裂纹或剥落等级低于80，故障在视觉上就变得非常明显。在图7中，不带底漆的涂料在短短20个月内就达到了这一阈值，而带底漆的涂料在5年或更长时间内仍然表现良好。同样，不带底漆的油漆在35个月时剥落等级下降到80以下，而其他两种加底漆的油漆在60多个月时仍然表现良好。图9显示了图7和图8中相同的面漆在风化黄松上的照片，经过58个月的暴露后，使用和不使用底漆。从这些图中可以非常清楚地看出，使用底漆可以保护面漆并延长油漆的使用寿命。

在2010年代早期，一种新的底漆技术进入市场，并成为自己动手的人的流行选择-油漆和底漆合一生产线。油漆制造商声称，这些油漆消除了底漆的需要，从而减少了房主需要花在油漆上的时间。关于这类涂料的其他主张还包括一些流行短语，如单层遮盖、自吸、优质遮盖和单层覆盖，这些都是针对那些试图节省时间和金钱的房主。陶氏在Spring House曝光站有许多曝光系列，包括顶级商业涂料和底漆合一涂料，以及用面漆涂出的实验室制造的底漆。与图7和图8中的涂料性能类似，与商业涂料和底漆合一产品相比，底漆与面漆的使用表现出更好的抗裂缝和抗剥落性能。图10显示了这些涂料在风化3个月的黄松上的表现。涂料6-9是两层商业涂料和底漆合一产品，而涂料10是实验室制造的底漆(涂料21)之上的面漆。如前所述，一旦评分低于80，故障在视觉上就非常明显。底漆和面漆体系在5年后仍然高于抗剥落的阈值，而商业涂料仅在2-3年内就降至80以下。

另一种在春季房屋曝光站常用的基材是钉头板，每块板上都钉了20根钉子。这些基板用于评估附带的金属防锈性能。钉头曝光系列如图11所示。每个部分都使用了不同的底漆，并涂上了相同的商业面漆，当它们最初暴露在阳光下时，没有观察到任何涂层的闪锈。右边红色框突出显示的垂直部分涂了两层面漆，没有底漆。经过四年多的暴露，很明显，第二列使用的底漆有助于防锈。此外，很明显，并不是所有的底漆都是一样的，正如一些底漆所指出的那样，几乎没有生锈和优异的抗污垢性能，而其他底漆的性能并不比两层面漆好。

本文的第一部分讨论了油基底漆与水性底漆的性能优势。虽然油基底漆已被证明能更好地阻挡污渍，但与水性技术相比，它们确实存在其他薄弱环节。图12显示了在宾夕法尼亚州Spring House暴露仅3个月后，油基底漆与水性底漆的耐腐蚀性较差。用于曝光研究的面板是由冷轧钢材制成的，每个面板上都涂有两层不同的底漆。左边的两个面板显示了暴露前和仅3个月后的溶剂型底漆，而右边的水性底漆在暴露3个月后没有显示腐蚀。

结论

底漆在油漆工业中很重要，因为它们有助于面漆的美化和保护能力。底漆的主要工作之一是清除污渍，包括顽固的污渍，如单宁酸、水渍、烟渍和宠物污渍。油基底漆已经主导了污渍阻挡底漆市场，因为它们固有地阻挡了基材/底漆界面上的污渍。然而，它们通常具有高VOC含量，强烈的气味，清理混乱，在其他领域表现不佳，如耐腐蚀性。

底漆市场已经转向水性技术，具有与溶剂型系统相同的污渍阻挡能力。然而，在水性系统中，隐藏污渍的机制是不同的，因为污渍溶解在底漆膜中，因此必须“锁定”到位。然后需要涂一两层面漆来遮盖污渍。在水性底漆配方中使用氧化锌可以帮助阻挡污渍，但使用氧化锌进行配方并非没有代价，而且它不是一种环保的原材料。陶氏公司开发了新一代水性底漆粘合剂，无需使用氧化锌即可配制成具有优异阻渍性能的底漆。

正如本文中所展示的真实世界暴露所证明的那样，即使是最具挑战性的基材，使用引物也是非常有益的。在某些情况下，当使用底漆时，面漆的寿命可以延长三年以上。不幸的是，房主并不总是愿意花时间在他们的油漆工作中添加额外的步骤，但最终的好处超过了油漆前所需的额外时间。

参考文献

¹www.arb.ca.gov /涂料/ arch / spsu_final_report_may_2012.pdf

²US 8691907, Gebhard;水性底漆。

^3.US 20100047598 by Sullivan;涂层组成和阻挡单宁迁移和涂层基底。

⁴EP 407085, Van Rheenen;阳离子乳液组合物作为溶剂型醇酸底漆的替代品。

⁵46颜料体积浓度(PVC)/37体积固体(VS)， ~50克/升VOC。

这篇论文在新奥尔良举行的2018年水上研讨会上发表。