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水性涂料发展现状

摘要：讲述了涂料水性化，趋在必行，介绍了水性涂料，以及水性涂料的成膜机理，重点

介绍了水性涂料在钢结构建筑，塑料，高速公路方面的应用，最后指出了水性涂料的发展发展还具有较大的挑战及展望。

关键词：水性涂料，成膜机理，环保，防腐，节能

据统计全世界每年向大气释放碳氢化合物为2000万吨，其中有机溶剂为1000万吨，其中大部分是涂料业所为。涂料制造时排放到大气中的有机溶剂为涂料产量的20％。涂料装过程中挥发到大气中的有机溶剂为涂料量的50％—80％。这些排放到大气中的有机挥发对人体和环境造成了严重的污染和威胁。世界各国都制定了相应的法规对有机溶剂挥发量(VOC)进行限制，如美国的66法规、442法令以及其后的HAP限制，日本的环境保护基本法，德国的TA—luft法规、英国的ECDierctive法令等。我国也于2008年建立了“中国涂料低污染化发展安全国家体系标准”。VOC的限制排放大大促进了粉末涂料、高固体涂料和水性涂料等绿色涂料的发展。水性涂料又称为水基涂料、水分散涂料，是以水作主要溶剂或分散介质，树脂作为分散相，水作为连续相的环保涂料，具有VOC含量低，无异味、不燃烧且毒性低等优点。随着绿色涂料的发展，水性涂料日益成为未来涂料市场的主力军。 1.水性涂料的介绍 1.1水性涂料的概念

水性涂料是以水作为介质的涂料。水性涂料主要包括水溶性涂料、水分散性涂料(乳胶涂料)两类。水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物，以水溶性醇酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、电泳涂料及无机高分子水性树脂等为代表；水分散涂料主要是指以乳液为成膜物配制的涂料。乳液是指在乳化剂存在下，在机械搅拌的过程中，单体在一定温度条件下聚合而成的小粒子团分散在水中组成的分散乳液。主要有乳化乳胶涂料、聚合乳胶涂料、水溶胶涂料等。

1.2水性涂料的特点

水性涂料属于环保型涂料，相对于溶剂型涂料，具有以下特点：①水性涂料以水作溶剂，节省大量资源；水性涂料消除了施工时的火灾危险性；降低了对大气污染；水性涂料仅含有少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件。一般水性涂料有机溶剂占涂料总量的10％～15％之间，而现在的阴极电泳涂料已降至1．2％以下，对降低污染、节省资源效果显著。②水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；水性涂料对材质表面适应性好，涂层附着力强；水性涂料涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。③水性涂料电泳涂膜均匀、平整12t。电泳涂膜有最好的耐腐蚀性，厚膜阴极电泳涂层的耐盐雾性最高也可达l200h。

1.3水性涂料的成膜机理

涂料被涂覆在被涂物上．由液态变成无定形的固态薄膜的过程，称为涂料的成膜过程或涂料的固化。一般称为涂料的干燥。涂料主要靠溶剂蒸发、熔融、缩合、聚合等物理或化学作用而成膜，其成膜机理随涂料的组分和结构的不同而异。常用涂料的成膜方式主要有物理机理干燥和化学机理干燥等几种。水溶性涂料主要依靠化学反应发生成膜。这种成膜就是涂料中的成膜物质在施工后聚合，称为高聚物的涂膜的过程，可以说是一种特殊的高聚物合成方式，它完全遵循高分子合成反应机理。例如：醇酸涂料、环氧涂料、聚氨酯涂料、酚醛涂料等。但是涂料大多不是以一种单一的方式成膜，而是依靠多种方式最终成膜的。 2.水性涂料的应用领域

2.1水性防腐涂料在钢结构建筑中的应用

钢结构建筑具有强度高、塑性韧性好，重量轻，抗震性能好，制作简便、施工工期短，可

实现整体装配化，可重复利用、对环境污染小，适应性强，密闭性好等特点，因而在工业厂房建筑、多高层建筑、大跨度建筑、高耸建筑、桥梁建筑中被广泛应用。然而，如不重视钢结构建筑的使用环境，采取有针对性的防腐蚀措施，将会发生由于钢材严重锈蚀而引起的承重构件丧失承载能力现象，造成钢结构安全使用的隐患。所以，从钢结构使用方、设计方、 施工方要对钢结构长期防腐的重要性有足够的认识。涂料防腐蚀技术是目前在钢结构建筑中使用较为成熟的防腐蚀技术，可以通过有针对性的防腐蚀体系设计节约大量的使用维护费用，并显著提高钢结构的安全性和使用寿命。

影响钢结构建筑防腐涂层使用寿命的因素主要有涂装前钢结构构件表面处理情况、涂料防腐蚀性能的优异性等。其中，涂料防腐蚀性能是否优异起关键作用。涂层防腐蚀性能的发挥与各层涂料性能及防腐蚀涂料体系是否配套有关，防腐蚀涂料体系足指以多道涂层完成一个防护体系，共同发挥防腐蚀功能，它包括底漆、中间层漆和面漆，防腐蚀涂料配套体系的设计是指底漆的设计以及配套的中问漆、面漆的设计。底漆要对钢材有良好的附着力，要有较好的防腐蚀屏蔽作用，底漆中各种组分的选择、各组分配比的设计对底漆防腐蚀性能是否优良起关键作用。目前国内外对环氧树脂防腐涂料的防腐机理、环氧树脂的水性化技术研究已趋于成熟。固化机理和固化剂技术也比较成熟，但是，用于钢结构的水性环氧防腐涂料性能研究报道较少，根据颜料体积浓度、颜填料品种及用量对涂料性能的影响，开发不同绞用环境中适用的水性环氧防腐蚀涂料体系，改善钢结构工业建筑用的水性环氧防腐蚀涂料体系性能很有必要。

2.2水性涂料在塑料中的应用

水性涂料的品种随着科技进步和技术发展越来越快，主要品种有单组份水性丙烯酸改醇酸涂料，双组份水性聚氨酯涂料，室温可交联固化水性丙烯酸涂料，水性环氧酯涂料，氯化聚烯烃水性底漆等。由于塑料品种繁多，下面简单介绍PP用水性涂料实例。 聚丙烯水性底漆：比较起来，水的张力是79mN／cm，，一般有机溶剂的表面张力是 30～40mN／cm，水是所有溶剂中表面张力最大的一种。而聚烯烃是塑料中表面张力最低的。所以水性涂料对聚烯烃类基材的润湿是配方中最突出的问题。一般要求需涂装的聚烯烃制品必须表面预处理。聚烯烃基材经预处理后，基材的表面张力24xO．0001N／cm，再经精心配方尽可能降底水性涂料的表面张力。作为成膜物主要选用氯化聚烯烃，有时加人少量有机溶剂，效果更好。另外，聚烯烃经过共混方法可以明显改进其表面极性。例聚丙烯钙塑料．此外，聚乙烯和其它极性树脂如CPE、PVC、丙烯酸酯共聚物等共混后，可以直接进行涂装。 配方主要组成：

氯化聚烯烃(C1．18％)31．25 水46．67 乳化剂1．6 二甲苯18．75

将上述组分在乳化器中乳化成含固量为40％的乳液。取该乳液90份与5份聚氨酯水分散体 混合后，喷涂在聚丙烯表面上，40℃下干燥15min，可得附着力较好的底漆，再罩以水性双组份聚氨酯面漆，可得较好的涂料涂复聚丙烯制品． 塑料水性涂料的又一重要应用——塑料用水性油墨

目前国内塑料凹版油墨以溶剂型油墨为主导，主要是氯化聚丙烯油墨。以甲苯等为溶剂，几 乎占到凹印油墨成份的50％，高挥发性溶剂含有芳香烃，有毒又可燃。超标的苯对人体危害极大，而凹印速度高，必须使用挥发性强的油墨才能满足印刷要求，这就使凹印在所有印刷工艺中环保问题尤为突出。醇溶型塑料凹印油墨具有低气味，不含苯等特点，能有效减少残留溶剂对包装食品质量的影响，但与凹印机的配合性能及印品质量尚需完善。而塑料薄膜用水性凹版油墨己投人使用．它是由水做溶剂制成的环保型液状油墨。具有不燃、不爆、无毒、无刺激味、墨性稳定、色彩鲜艳、高光泽、不腐蚀印版、操作简便、印刷成本低、印后附着力好、抗水性强、干燥迅速等特点．用水性油墨印刷的产品完全无毒，同时水性油墨由于不

含挥发性有机溶剂，改善了工作环境．最大特点是大大减少了有机挥发物VOC向大气中的排放量。由于水性油墨完全消除了溶剂型油墨中的有毒有害物质，也就消除了被包装商品的污染，是目前各种油墨中唯一经过美国食品药品协会认可的无毒油墨。它主要用于轮转凹版印刷机在经过电火花处理的PE、PP、PET、等包装印刷产品。适应印速20～100米／分。印刷时产品的质量跟水性油墨的性能有直接关系。目前国内的塑料用水性油墨和溶剂型油墨相比，光泽度已经比较好，鲜艳度稍差一点；就附着力来说，在PVC、PET、纯铝箔等基材上附着力良好，但在尼龙基材上附着力会低～点。凹印塑料水墨在应用的过程中比较复杂，因为以水做稀释剂，水的表面张力比较大，需要～些表面活性剂来调节张力，这就牵涉到助剂之阎、油墨性能之间平衡的问题，要求的技术难度就比较高。比如要调节pH值，pH值不是用眼睛看就可以看出来的，要用仪器测定，这就给一线操作人员提出了相对较高的技术要求及责任心。现在国内一些薄膜生产企业生产的聚烯烃薄膜本身就带有极性，表面能就比较 高，不需要电晕处理，这样就更加适合于水性油墨的印刷。水性涂料的应用和溶剂型涂料应用区别在于，溶剂型涂料应用的是温度是主导，湿度是干扰的。水性涂料刚好是相反，温度是干扰，湿度是主导。所以环境干燥的地方用水性涂料效果会更好。 2.3水性颜料在高速公路上的应用

在公路建设与养护的环节中加大环保与节能意识，新型安全、环保型水性涂料在高速公路上的应用。

水性道路标线涂料的主要成分是水性丙烯醛乳液．特点如下： 1)完全水性无毒、无害、无污染；

2)产品具有超强的附着力，能和玻璃微珠结合牢固 3）雨夜标线度光性能优良．且反光性保持持

4）常温下可施工，节省能源；施工结束后可直接用水漓洗．为施工者的健康提供了保障。每m2热熔涂料的加温经费约为m2元，若按每km平均9602计算，则每km节约加热费用约为1020元。搜我国每年平均增加5000km高速公路计算，则每年节约960万元的能源。若养护也使用术性涂料，该敲据还会有大幅的提高。 5)旧线更新简便，热熔涂料的标线老化后的病害主要为龟裂和脱落(见图5)，水性涂料可在原有的溶剂型涂料和热熔型涂料上直接复涂。而无须将旧线铲除、打磨．避免了打磨时对道路的损坏和对遒路环境造成的再一次粉尘的污染，经济、社会效盏部有明显的提高(见囤6)。每平方米节约划线费用约为10元．若按每km平均060m2计算．则每km节约划线费用约为Q600元，按我国高速公路2万km．每五年更新一次标线，每年约更新4000krn高速公路 计算，则每年节约3600万元的划线更新经费。 3.水性涂料面临的挑战

水性乳液型阻尼涂料：耐水性较差，在潮湿环境中易产生霉变、长斑、腐坏变质，阻尼性能的温域不宽等缺陷。

水性醇酸涂料：因与溶液剂型一样，属单组分，主要表现在耐溶剂性差，耐水性差，在潮湿环境中易变软、返黏，在耐擦洗性、耐候性方面也较差。

水性环氧涂料：对底材油污较敏感，机械性能与溶剂型相比稍差，耐腐蚀性能较差。 水性聚氨酯涂料：丰满度不好，光泽低；由于多种副反应的存在，使得多组分型水性聚氨酯涂料的化学干燥较溶剂型更为复杂；因NCO与H20反应产生的CO：易使涂膜外观起泡；水的蒸发慢，表干、实干时间延长；温、湿度对水性聚氨酯涂料影响大。

总之，水性涂料对底材要求高，不能有油污等，对设备有腐蚀，需使用不锈钢及塑料制品，对环境(温度、湿度)要求较严格，表干、实干较慢，需要烘烤。水性涂料虽然存在诸多问题。改进及涂装工艺、环境、设备等方面技术的不断提高，有些问题在工艺上得到防止，有些通过配方本身得到改善和提高。