多功能装饰防水一体化涂料研究进展

Recent advances in multi⁃functional integrated decorative and waterproof coatings

摘要

在我国经济快速发展和城市化进程加速的背景下，建筑工程质量标准持续提高。建筑防水涂料的耐久性对保障建筑安全与使用寿命至关重要，其性能不仅关系到工程的质量和用户体验，也对我国建筑业的高质量发展具有深远意义。装饰防水一体化涂料通过将防水与装饰功能集成于单一涂层，可有效解决传统多层防水体系施工工序复杂、层间易剥离等问题。系统地综述了装饰防水一体化涂料的研究进展，分析了硅橡胶基涂料、聚合物水泥基涂料和真石漆涂料的性能优劣，并且阐述了上述涂料的应用现状和未来发展趋势；在此基础上，总结了装饰防水一体化涂料在实际施工中的工艺流程与注意事项，为建筑防水领域实现低碳发展和绿色转型提供了可行方案。

Abstract

In light of the rapid economic growth and accelerated urbanization in China， the quality standards for construction engineering have been continuously raised. The durability of architectural waterproof coatings is essential for the longevity and safety of buildings. Their performance is critical not only for engineering quality and user experience but also profoundly impacts for the high-quality development of China’s construction industry. Integrated decorative waterproof coatings effectively address issues inherent in traditional multi-layer waterproof systems， such as complex construction procedures and the risk of interlayer detachment. This article systematically reviews recent advances and development trends for integrated decorative waterproof coatings， analyzes the strengths and limitations of silicone rubber-based coatings， polymer cement-based coatings and stone-like coatings， and highlights current application status and future development trends for these coating systems. In addition， the article summarizes the construction procedures and key technical considerations for integrated decorative waterproof coatings in practical applications， offering a viable pathway for the low-carbon development and green transformation of the building waterproofing sector.

关键词

防水装饰一体化 / 硅橡胶 / 聚合物水泥基防水涂料 / 外墙真石漆

Key words

integrated waterproofing and decoration / silicone rubber / polymer-cement waterproof coating / exterior wall sand-textured finish

引言

近年来，随着GB 55030—2022《建筑与市政工程防水通用规范》（简称《通用规范》）的正式实施，建筑工程对建筑材料防水性能的要求显著提高，外墙防水涂料的市场需求也随之大幅增加。《建筑工程防水市场行业报告（2023—2024年）》指出老旧小区改造和“三大工程”建设等领域预计将释放近1 000亿元的市场规模。这表明，具有高防水性能、耐候性优异的环保防水涂料的市场前景广阔。为满足《通用规范》所规定的屋面防水设计工作年限不低于20年等要求，行业普遍采用由多层材料构成的防水体系，其构造通常包括找平层、防水涂料层、装饰保护层等。然而，这种传统多层复合体系在工程实践中存在诸多不足，如施工工序繁多、层间界面复杂。这常导致层间结构剥离致使防水失效。此外，装饰层平均有5~8年的使用寿命，防水层有20年以上的使用寿命，两者使用年限不匹配，由此带来的反复维修增加了维修成本。在此背景下，开发兼具装饰与防水一体化涂料显得尤为重要。工程界亟需一种在单一体系下可同时满足装饰和防水功能的新型涂料以有效简化传统多层防水构造的复杂施工工艺，缩短施工周期并降低成本。在当前工程实践中，应用相对广泛的装饰防水一体化体系主要包括硅胶基、聚合物水泥基和真石漆基3类。这些体系在耐候性、耐水性及表面表现力等方面展现出明显优势。由硅橡胶制成的防水涂料有着很好的疏水性，同时可以通过其自身的特殊结构与颜料稳定地混合，为装饰提供了良好的条件^［1-3］；主要由水泥制成的聚合物水泥基防水涂料也是一种很好的防水装饰一体化的涂料，它在保证了防水性能的同时，还具有良好的抗泛碱、抗盐析及附着性能^［4-5］；作为高档建筑外立面装饰涂料的真石漆在装饰防水一体化上独具优势，采用硅丙乳液对其改性，可以大幅提升该涂料的防水性能。此外，利用工业固废对其进行改性，还能实现降低碳排放的目的^［6-7］。

本文概述了硅橡胶基装饰防水一体化涂料、聚合物水泥基装饰防水一体化涂料和真石漆基装饰防水一体化涂料的研究进展，深入剖析了各类型涂料的配方设计原理、防水与装饰协同作用机制、关键性能指标及优缺点对比；详细阐述了丙烯酸共聚、纳米颗粒掺杂、抑碱疏水改性、工业固废资源化等核心技术路线的应用效果；系统总结了上述3种涂料在实际工程中的标准化施工流程、基层处理要求、环境控制条件与质量管控要点；客观分析了当前行业面临的成本偏高、界面稳定性不足、固废显色受限等技术瓶颈。同时，从分子结构设计、低碳原料开发、智能化施工方式等维度展望未来发展方向，为多功能装饰防水一体化涂料的技术创新、工程推广与建筑防水领域低碳绿色转型提供全面、系统、可实施的理论支撑与实践参考。

1 多功能装饰防水一体化涂料体系

1.1 硅橡胶基装饰防水一体化涂料

3种涂料的配方组成、防水与装饰原理及性能优缺点汇总于表1。硅橡胶基装饰防水一体化涂料主要由硅橡胶乳液、改性剂和各种有色填料组成。该涂料主体成分是端羟基聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体，其主链成分为硅氧交替网状结构，表面是大量的甲基基团^［8］。Gu等^［9］对硅橡胶基装饰防水一体化涂料的微观表面进行了观察，发现水可在其表面上保持球状形态，这表明材料表面的极性很低，拥有卓越的疏水特性。Lei等^［10］研究发现硅橡胶基装饰防水一体化涂料中的硅氧键键能高（460 kJ/mol）、抗紫外线性能强，具有良好的耐候性。由于预聚体的端基含有羟基等活性基因，易于与颜色染料如与丙烯酸等发生加成反应，从而锚定染料颗粒，避免了传统非极性溶剂的迁移导致的掉色、泛色等问题，使硅橡胶基涂料实现了防水和装饰功能一体化。

唐先成^［11］以硅橡胶乳液为基础聚合物， 考察了硅橡胶乳液类型及用量、补强填料种类、颜料种类、消泡剂及增稠剂配比等因素对硅橡胶基装饰防水一体化涂料性能的影响。研究发现，乳液的添加量与涂料的水接触角存在正相关关系。低羟基含量的颜料对涂料的力学性能影响较小，原因在于乳液的存在降低了颜料的聚集。

涂料的耐候性是另一个值得关注的问题。提高涂料耐候性的传统方法一般是添加一些功能性助剂，如疏水试剂、抗氧化剂、可吸收紫外线的试剂等。但随着使用年限的增加，这些试剂会逐渐降解，导致涂层开裂等问题陆续出现。赵敏^［12］通过将丙烯酸与硅橡胶共聚得到硅丙橡胶乳液，不但降低了生产成本，其所制备的涂层还具有较高的渗透性。王丹帝等^［13］采用聚氨酯改性硅橡胶乳液，增加了橡胶乳液的柔韧性，并通过分子链中引入2，3⁃二羟基丙烷⁃1⁃磺酸胺（DHPS），有效地控制了硅橡胶树脂的含量和预聚体的分子量，使涂料具有良好的稳定性和耐候性。Arianpour等^［14］将SiO₂、TiO₂等纳米颗粒添加到成膜树脂表面使得涂料表面的水接触角大于160°，形成了类似荷叶表面结构。仇伟等^［15］基于硫化硅橡胶技术，通过添加纳米二氧化硅粒，在室温下制备出具有类似荷叶的超疏水微米-纳米双重结构。黄硕等^［16］采用物理共混法添加纳米颗粒，实验结果表明制得的材料的表面疏水性能与纳米粒子的添加量在一定程度上存在正相关关系。此外，Pan等^［17］研究表明二氧化硅等纳米粒子的添加可提升涂料的防覆冰性能和抗腐蚀性，从而增强涂料的耐候性，有利于长久保持装饰的效果。

尽管硅橡胶涂料具有良好的疏水性和装饰性，但当前生产硅橡胶基装饰防水一体化涂料的综合成本仍显著高于传统涂料体系。硅橡胶预聚体PDMS的价格在35~45元/kg之间，是丙烯酸涂料价格的3倍以上；再加之纳米颗粒添加剂和各种助剂的成本，使得前期投入的成本更高。尽管其能降低后期维护的支出，但对我国现存的大量防水功能失效的旧房改造项目的吸引度有限。目前，为应对硅橡胶基涂料原材料成本问题，Zhang^［18］采用丙烯酸树脂与硅橡胶乳液进行复配减少硅橡胶用量。这种策略在保持涂料高疏水性和力学性能的前提下，有效实现了成本控制。

1.2 聚合物水泥基装饰防水一体化涂料

聚合物水泥基防水装饰一体化涂料是一种新型水泥基防水涂料，在耐候性与耐久性方面表现优异。其设计以防水功能为主，同时兼顾装饰性，具有防水装饰一体化综合性能。Li等^［19］研制出一种聚合物水泥基防水装饰一体化涂料，以水泥、细骨料为主要组份，聚合物、颜料和添加剂等为改性材料。在水泥基防水涂料体系中，可根据材料形态与使用方式分为两大类别：一是双组分体系，由液态组分与粉料组分组成，适用于大面积旧建筑改造工程；二是单组分体系，通常为预混合干粉砂浆，具有现场加水即可使用、保质期长的特点^［20-21］。

通常聚合物水泥基防水装饰一体化涂料的抗泛碱性能够避免涂料在使用过程中出现泛花现象。刘青青等^［22］对比了不同的抑碱材料的添加对涂料抗碱性的影响，研究结果表明单纯添加抑碱剂虽然对提升涂料的抗碱性有较好的效果，但无法有效地解决泛碱导致的花白问题；为此，他们提出了采用抑碱剂复合有机硅疏水剂并辅以低碱水泥的策略。其中，疏水剂可限制水分在涂料内部的运动。涂层表面的疏水基团可以有效地减少外部水分的侵蚀，起到了抑制泛碱的作用。

对于装饰性涂料，涂膜的耐沾污性也很重要，外墙涂料的耐沾污性主要由涂料表面的黏度和硬度决定，这主要与涂料的玻璃化转变温度（T_g）密切相关。由较高T_g的纯丙乳液制成的聚合物水泥基防水装饰一体化涂料，其耐沾污性能优异^［23］；其次，装饰涂料的颜色可调节性主要通过在砂浆中添加颜料来实现，常见的有钛白粉、氧化铁系列颜料、炭黑以及铬绿等^［24］。颜料对涂料的综合性能的影响不大。向涂料中添加一定量的结晶粉末可以有效地提高涂料的自愈合能力，使涂料拥有较好的自适应基层变形的能力，进而提高涂料的防水性能^［25-26］。

此外，不同种类的乳液对聚合物水泥基防水装饰一体化涂料的性能影响很大。外墙涂料最常用的聚合物乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯（vinyl acetate⁃ethylene，VAE）乳液和丁苯乳液等。龚兴宇等^［27］对比了多种乳液的耐水性，发现VAE乳液和丁苯乳液所制成的涂膜具有较大的水接触角和较低的吸水率。另有研究^［28］指出纯乳液的吸水率和涂膜吸水率有显著的差异。不同种类的乳液通过改变涂膜的含水量来调整水泥的水化程度，并最终影响涂膜的力学性能。其中，丁苯胶乳对水泥水化进程影响最小，从而对涂料的力学性能有正向的帮助^［29-31］。韩帅^［32］进一步研究发现，乳液的T_g同样是影响成膜及水泥水化的重要因素，高T_g的乳液水泥水化程度更高，其无机相和有机相之间结合更紧密。在涂料的合成过程中，功能性单体的用量一般比较少，但对于乳液性能的影响却非常显著。贺洪军^［33］采用改性单体4⁃叔丁基环己基丙烯酸酯改性苯丙乳液，以增强涂膜的耐水耐碱性，解决涂膜耐久性不佳的问题；同时利用羧酸单体改性，以解决成膜后有机相与无机相相分离的问题。胡小琴^［34］采用苯乙烯与丙烯酸酯类单体经乳液聚合制得苯丙乳液，实验结果发现随着苯丙乳液掺量的逐步增加，涂料的拉伸强度呈现递增趋势；断裂伸长率先迅速降低趋于平台，随后再次小幅下降；黏结强度则显著增强。聚合物分子链中的羧基可与水泥水化产物氢氧化钙发生原位反应，生成稳定的离子键/共价键界面。该化学键合作用显著地强化了乳液-水泥界面的结合力，协同提升了涂层的整体力学与黏结性能。一般地，基于纯丙乳液制备的水泥基涂料，其耐人工气候老化性（粉化与变色等级）优于苯丙乳液基涂料。刘金宝等^［35］采用VAE乳液合成涂料，发现添加少量的增塑剂可提高涂料的力学性能。同时，不同聚合物乳液的复配也能有效地提升涂料的防水性能^［36］，根据地域气候的防水耐候性需求可灵活调整乳液或填料的复配比例^［37］，以平衡经济效益与防水性能。

Yao等^［38］研究发现目前聚合物水泥基防水装饰一体化涂料的不透水等级可实现0.3 MPa、超过20年的耐候性和颜色可调性。未来工作的关键在于降本减碳。为此，可将工业废渣如粉煤灰等作为高活性细填料，部分替代传统的水泥/石英砂体系。这种方法不仅能够提升涂料性能，还能实现固体废弃物的高价值资源化利用。值得注意的是，涂料会因废料的杂色组分降低涂层的透明度，需通过白水泥复配或表面包覆等技术来补偿。后续研究应聚焦于高掺量废料-低碱体系-可调色协同设计。

1.3 真石漆基装饰防水一体化涂料

真石漆基装饰防水一体化涂料被用作高档建筑外立面的装饰涂料^［39］。近年来，随着《通用规范》对25年设计防水年限的刚性约束，以及硅丙-氟硅共聚乳液与纳米颗粒掺杂技术的突破，该涂料正从单一装饰向装饰防水一体化方向快速发展。Chen等^［40］指出，真石漆基装饰防水一体化涂料的技术路线主要是通过引入憎水型硅丙乳液对作为连续相的纯丙乳液进行改性，从而将传统真石漆的不透水性提升至0.3 MPa，同时维持较高的石材仿真度与良好的耐候性，为既有的建筑外立面防水装饰施工提供了新的可行性方案。

一般地，聚合物乳液是决定真石漆装饰材料防水性能的关键。何阳^［41］对比分析了多种聚合物乳液对涂料初期防水性能的影响，发现硅丙乳液最优，纯丙乳液其次，苯丙乳液的防水效果最差。针对外墙真石漆涂料砂浆黏结强度差的问题，采用纳米二氧化钛和轻质空心聚合物微球对涂料砂浆进行改性，提高黏结强度的同时减少了微裂缝的形成^［42］。此外，还有一些以丙烯酸为乳液合成真石漆的相关研究。李正德等^［43］研究发现添加少量的含硅单体以形成硅氧键可以有效地提高涂料的耐水性。毛雄伟等^［44］研究发现有机硅的加入方式会对涂料的耐水性产生显著影响。加入交联剂如N⁃羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸烯丙酯、双甲基丙烯酸缩水甘油酯等，使线性乳液的交联程度提高，得到的三维网状结构能更好地提高乳液的耐水性^［45-46］。赵刚磊等^［47］研究发现丙烯酸乳液合成中常用的单体主要是苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，两者物质的量之比为1∶2时能得到漆膜耐水性、耐候性均较好的乳液。

2 施工工艺分析

装饰防水一体化涂料的施工效果对基层的含水率、裂缝宽度及旧饰面类型等因素高度敏感。其中，硅橡胶基装饰防水一体化涂料的施工工艺流程由墙面基层处理、刮耐水腻子、渗透底涂、硅橡胶中涂以及施工面涂等工序组成^［48-50］。底涂要求对基层砂浆具有优异的渗透效果；中涂以硅橡胶乳液为主要成膜物质，添加填料和助剂来提供良好的防水性能和色彩变化；面涂以硅橡胶乳液为主要成膜物质，并加入添加剂，赋予涂层表面自疏水、抗紫外等性能。

水泥基装饰一体化涂料的施工流程为基层处理、细部处理，最后进行多次涂刷，其中需要注意涂层的搭接质量。在实际施工过程中，受材料状态及人为操作等多方面因素的影响，易出现各类施工问题，需针对性采取处理措施与预防手段。当因材料拌合不均匀、搅拌时间过短，或基层处理不干净、残留浮砂、灰尘、孔隙而导致涂层出现气孔、气泡时，处理办法为重新倒入聚合物水泥基涂料，并用刮板刮平、密实，以防止涂膜破坏而进一步引发渗漏^［51-53］；若出现剥离、翘边现象，通常是由于基层不干净、不平整，或接头处凹凸不平、密封不严，导致防水层与基层脱离所致。基层施工需确保整洁、干燥，做好细部处理和附加层处理。同时，环境因素对施工质量的影响亦不容忽视。当施工环境温度低于5 ℃或高于35 ℃，或空气湿度超过85%时，易导致涂料成膜缓慢、固化不良，甚至出现涂膜发白、粉化等现象。以上各类因素需在施工全流程中系统管控，以保障涂料施工质量。

真石漆装饰防水一体化涂料施工工艺主要包括刮耐水腻子、涂刷抗碱底漆、分格缝处理及喷涂真石漆涂料^［54-57］。其中，分格缝处理是关键技术环节，其作用在于模拟砖石结构的勾缝效果，增强整体视觉美感。施工时需注意避免上述操作对已成型漆面造成损坏^［58］。在实际施工时要注意以下2个施工要点：（1）基层经水泥砂浆处理后，须控制其含水率低于10%、且pH低于10才能继续进行后续施工^［59］；（2）同一立面应采用同一批次产品进行施工，以防止出现色差；同时需检查基层是否存在空鼓、平整度是否达标等问题。

3 结论

本文通过对装饰防水一体化涂料研究现状的系统梳理，发现整合装饰与防水功能于一体，可有效地解决传统多层体系施工复杂、层间剥离风险高、维护成本高、维修碳排放量大等问题。当前主流装饰防水一体化体系主要包括硅橡胶基体系、聚合物水泥基体系及真石漆基体系3种。其中，硅橡胶基涂料利于多功能集成，其疏水性与耐候性优良，调色较为容易，但成本较高；聚合物水泥基具有优异的抗渗防水性能，但存在泛碱等问题影响美观；真石漆基涂料作为一种高档装饰涂料，存在成本高、防水性能一般的问题。尽管在材料改进与资源循环方面已有所突破，但上述材料在界面稳定性与工业固废的显色等方面仍存在技术瓶颈，有待进一步攻克。

在施工方面，目前这3种防水涂料均可采用人工刮涂和机器喷涂，但在具体施工要求上存在一定的差别。硅橡胶基装饰防水一体化涂料的黏度随温度变化明显，温度越高黏度越低，因此在施工中需严格控制温度。目前市面上多采用机器喷涂，但在后期的拉毛等造型工序仍需人工操作。聚合物水泥基装饰防水一体化涂料在施工中多采用涂刷、滚涂或高压喷涂等方式。由于该涂料常用于屋面、地下室、地铁隧道等场景中，需满足更长的防水年限标准、更厚的涂层厚度及更多的施工工序，这在一定程度上增加了施工复杂性。真石漆基装饰防水一体化涂料的施工对基层平整度要求较高（误差要求在3 mm以内），且机器喷涂时喷枪气压需稳定在0.6 MPa~0.8 MPa范围内，因此对施工人员的技术水平以及机械的精度要求较高。

4 展望

未来研究应聚焦防水装饰一体化涂料的研发、技术创新以及施工工艺优化。例如在硅橡胶基装饰防水一体化涂料合成阶段，可以利用分子模拟技术研究端羟基聚二甲基硅氧烷主链与硅氧键的旋转能垒，探究甲基的排布密度与表面能、接触角的定量关系，进而指导合成工艺，为疏水性能优化提供理论依据；对于真石漆防水涂料，可以考虑利用工业废渣部分替代水泥、石英砂等传统填料，以减少涂料生产过程中的原料消耗和碳排放量。深化工业固废高值化利用与聚合物单体低碳合成，提升涂料的整体性能，实现绿色清洁生产。

在施工上，针对真石漆施工对基层平整度以及喷枪气压的严格要求，可以将喷涂机械与智能化控制系统相结合，利用控制系统精确调控机械施工参数，以保证防水涂料的施工工艺需求，并降低对施工人员的技术要求。唯有将防水涂料的理论研究、产品研发与施工工艺优化同步推进，才能协同推动建筑防水领域的绿色转型与碳中和目标的实现。

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基金资助

国家自然科学基金(22206101)

校企联合项目(H20250138/H20240339)