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水性涂料现状及展望.docx

上传人:泰山小桥流水 2022/12/6 文件大小:42 KB

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水性涂料现状及展望.docx

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水性涂料现状及展望
陈修宁1许宁2何程林2杨劲松2徐玉华2徐玉俊2林建新2(;)0前言
传统溶剂型涂料在其制造和使用过程中含有大批的有机挥
发物(简称VOC),给环境带来了或多或少的污染和破坏,对人体造成了伤害。涂料的发展在不停改进人类物质生产、生活需求的同时,也使环境迅速恶化。在环保意识增强的现代,开发低VOC环保型的绿色涂料产品突显其重要性。新式、绿色环保型涂料技术主要有向高固含量涂料、粉末涂料及水性涂料方向发展,此中水性涂料增加最为迅速,市场据有率最高。
水性涂料是以水作溶剂或分别介质的一类涂料,在建筑涂料领域已广泛采纳。汽车涂装作为工业涂装的一个重要领域,在欧洲从底漆、中涂到面涂基本实现了水性化。但在一般的
工业涂装领域,包含防腐涂装领域,仍大批使用溶剂型涂料,
这明显和环境保护法日趋增强,人们广泛重视环境保护的
今日很不友善。在可能的状况下用水性涂料取代溶剂型涂料
是必然的趋向。
水性涂料家产化现状
欧、美、日等发达国家对可连续的低
VOC水性涂料的开发
和应用特别重视。到
20
纪末,水性涂料的产量已占世界涂
料总产量的30%左右,
与溶剂型涂料基实情当。欧洲是水
性涂料全世界最大的市场,
市场据有率达40%。这要归功于绿
色建筑标准的出台,
促使水性涂料的需求量的增加。目前
的欧洲水性涂料的普及率已比较高,
在德国,建筑涂猜中
的93%都使用水性涂料,
就连发展最慢的挪威也有
47%的
建筑涂料实现了水性化
[2]。依据GrandViewResearch最
新研究报告,估计到
2022年水性涂料市场将达到

亿美元,跟着亚太地区基础建设项目的增加,2015—2022
%,届时亚太地
区将取代欧洲成为全世界最大的水性涂料市场。
近几年跟着我国经济发展,在水性涂料领域获得了巨大的进步,但是与发达国家对比,还有必定的差距。国内建筑涂料
已基本实现水性化,而木器涂料的水性化率还较低,因为环保意识的增强,木器涂料在家装行业水性化已成为老百姓关怀的问题。汽车制造行业也开始使用了水性涂料,据报导,本田在武汉建立的工厂将采纳水性涂料,通用上海生产的别
克凯越汽车已实现水性化,但完整采纳的外国水性涂料产品。皮革涂饰领域,国内水性涂饰产品开发虽有必定基础但还远不够深入,特别是高档皮革涂饰资料,皮革涂饰行业
外国公司产品的据有率超出了50%。纺织涂层领域水性涂料发展较快,水性化率已凑近50%。最近几年来,跟着国内汽车
制造和电子工业的迅速发展,推进了我国水性涂料行业的发展。
水性涂料的研究现状
水性涂料是以水基高分子为成膜物质的。水性涂料自
20世
纪60年代出现以来,特别是90年代今后,发展的速度特别快,已形成多品种、多功能、多用途、多规格的宏大系统。依据不一样的分类标准有不一样的分类。本文按成膜物质的不一样,介绍了几种常有水性涂料的研究现状。

醇酸树脂是最初应用于涂料工业的合成树脂之一,它是由多元醇或好多元***与多元酸和一元酸(植物油)缩聚而成的一
种树脂。醇酸树脂配方灵巧,原料本源广泛,可经过用其余资料改性来提高醇酸树脂的综合性能。醇酸树脂对各种底
材有优秀的润湿性及相容性,附着力优秀,成为涂料行业中量大面广的产品。目前,水性醇酸树脂的制备方法可以大体分为2种:(1)自乳化法,是经过在分子链中引入亲水基团或亲水链段的方法使树脂分别或溶解在水中;(2)成盐法,经过化学反应将醇酸树脂主链转变成亲水性的离子。水
性醇酸树脂继承了溶剂型醇酸树脂的长处,自己也因水性化而产生了一些弊端:传统的催干剂系统在水性系统中丧失了部分活性,需要采纳新式的催干系统提高水性醇酸树脂的干燥速度和交联密度;酯键在水性系统中简单发生水解,以致系统的稳固性降低。新式催干系统和提高酯键的水解稳固性等领域已成为水性醇酸树脂研究的要点,近阶段已经取
得了一些进展。如Servo公司、Vianova公司、OMG公
司等正在开发新式催干剂来提高水性醇酸树脂的干燥速度,如钴盐和钾盐的络合物;经过在分子链上引入耐水解的合成原料(如用长碳链多元醇代替短碳链多元醇、间苯代替邻苯
等)和控制亲水基团的中和度等方法来解决醇酸树脂易水解的问题。
水性醇酸树脂涂料的将来研究趋向是:使用对环境友善的助
溶剂,降低涂料的施工黏度,进一步增强薄涂膜的耐腐化性,降低成本,开发拥有特别功能的水性醇酸涂料。

环氧树脂涂料拥有:涂膜对各种底材附着力优秀、缩短性小、硬度高,耐腐化性、耐化学药品性、耐磨性好和电气绝缘性
好等优秀性能,并且价格便宜。水性环氧涂料基本保持了传统溶剂型环氧涂料的诸多长处,并且拥有自己特别的优势
(绿色环保、可以在湿润的环境中固化),已成为环氧涂料的重要发展方向。水性环氧的制备方法主要有直接法、相反转法和自乳化法等。直接法和相反转法都是经过外加乳化使
环氧树脂乳化成水分别体,其长处是成本低、制造工艺简单,但是制备的水性环氧树脂乳液粒径较大、形状不规整、稳固
性较差,并且成膜性能也不好,限制了其使用范围。自乳化法是在环氧树脂分子链段中引入亲水的基团和链段,而后在外力作用下经过相反转形成稳固的乳液,该乳液粒子较细,且不含有外加的乳化剂。形成的涂膜的综合性能较好,可以
达到甚至超出溶剂型环氧树脂。
目前,水性环氧涂料应用较为广泛的是室温双组分系统,主
要有2部分构成:甲组分是以分别形式存在的环氧树脂;乙组分是亲水性固化剂,在成膜过程中经过和环氧树脂反应形
成涂膜。影响涂膜性能的要素好多,最要点的是提高环氧树脂与固化剂的相容性。目前这方面的研究获得了不错的进
展。DowDeutschland公司开发了一种新式的双组分水性环氧树脂,该乳液的成膜温度低,综合性能优秀,如对各种基材的附着力好,且拥有优秀的耐化学性、耐水性和耐溶剂性等。
陶永忠等采纳低相对分子质量的环氧树脂与非离子表面活
性剂(以BMJ表示)反应合成了BMJ环氧加成物,而后经封
端和成盐制备出了新式水性环氧固化剂,再配合相应的环氧树脂获取了硬度高和耐水性、柔韧性优秀的涂膜,但其耐酸碱性需要进一步的改进。刘汉杰等则将表面活性剂接枝到聚氨酯改性环氧树脂主体上,制备了水性聚氨酯改性环氧树脂固化剂,用该固化剂配制的地板涂料综合性能优秀,且成本较低。
环氧树脂涂料拥有优秀的防腐性能和附着力,作为底漆几乎
可以应用于全部的资料表面。像混凝土、水泥地面封闭底漆、工业地坪涂料、防腐领域及木器领域。今后水性环氧树脂研
究的热门将集中在:新式固化剂、交联度的提高、硬度和柔韧性的改进、提高固化效率、提高物理机械性能、拓展使用领域等方面。

量的氨基甲酸酯键(—NH—COO—)的水性涂料。水性聚氨酯涂料不但拥有水性涂料的低VOC、不燃、绿色环保等长处,并且保持了溶剂型聚氨酯涂料耐腐化性、柔韧性、附着
力和耐化学品性等优秀的性能,最近几年来在水性涂料领域发展较快。

化法。制备工艺是:在聚氨酯分子骨架上引入亲水基团(阴
离子或阳离子)或亲水链段(非离子),先制成婚水的离聚
体,再经过机械外力作用分别水中形成水分别体。水性聚氨
酯涂料依据包装形式有单组分和双组分之分。因为水性聚氨
酯的分子骨架上引入了亲水链段,所以乳液自己存在一些不
足:自增稠性差、固含量低,涂膜的耐水性和耐溶剂性不良
和表面光彩低等。最近几年来,人们利用聚氨酯聚合物优秀的剪
裁性,结合新式改性技术,开发出了一系列新式水性聚氨酯,
其性能已经基本追上甚至超出了溶剂型聚氨酯。王武生等
采纳氨基丙基三乙氧基硅烷与端异***酸酯聚氨酯预聚体
反应合成了带有硅氧烷聚氨酯的预聚体,预聚体在分别过程中分子链上的硅氧烷发生水解缩合获取了微交联型的聚氨酯分别体。研究发现,这类微交联聚氨酯水分别体改进了涂膜的耐水性,力学性能也随分子链中有机硅含量的增加而提高。许戈文[21]等经过环氧改性水性聚氨酯,合成了拥有高支化度的聚氨酯分别体,涂膜的附着力、干燥速率、硬度和耐水性都有较大的提高。
水性聚氨酯涂料因其综合性能优秀,已广泛应用于皮革涂饰、塑料、工业涂装、防腐涂料和木器家具涂料等领域。但是水性聚氨酯清漆对木器底材的润湿性存在问题,需要降低清漆表面张力以便与底材表面张力相般配,开发高性能的木器涂料是最近几年来研究的热门。

丙烯酸树脂的C—C主链拥有特别的光、热、化学稳固性。
水性丙烯酸涂料保留了水性丙烯酸酯的优秀性能,在耐候性、
耐污性、耐酸性、耐碱性、机械性能、耐油和耐溶剂方面均
有独到的优势[24]。水性丙烯酸酯一般采纳乳液聚合的方法
进行制备。一般丙烯酸乳液聚合技术已经比较成熟,种类名目众多,在建筑涂装上应用也十分成功,这里不再说起。水性丙烯酸酯涂料的今后发展趋向是开发高性能和高功能化
的涂料,其门路主若是:(1)杂化改性,即依靠分子设计,向大分子链引入含硅单体或含***单体等,结合有机硅树脂或
者***碳树脂性能形成高性能化、高功能乳液;(2)经过粒子设计,结构控制获取特别面貌的乳液,如核-壳结构乳液、互穿网络聚合物乳液等。别的,新式乳液聚合技术像无皂乳液
聚合、微乳液聚合技术、细乳液聚合技术等新技术的出现,也促使了水性丙烯酸酯涂料的进步。
水性丙烯酸酯涂料以其自己优势,加上最近几年来人们环保意识
的增强,正逐渐取代溶剂型丙烯酸酯涂料,在塑料、金属、木材、建筑以及装饰等领域获取愈来愈广泛的应用。
***碳涂料
水性***碳涂料以水性***碳树脂为主要成膜物质,主要特色是
树脂含有大批的F—C键。F—C键在全部化学键中键能最
大,为485kJ/mol。因为C—F键能比C—H键能大,***
原子的电子云对C—C键的障蔽作用较氢原子强,同时由
于***原子的共价半径特别小,2个***原子恰好把2个碳原子
之间的空隙填满,使得反应试剂难以插入,有效地保护了
C—C键,使得C—F键很难被热、光以及化学作用等破坏。
所以,***树脂拥有好多优秀的性能:分子间凝聚力低,表面
自由能低,难以被液体或固体浸润或粘着;表面摩擦系数小,拥有优秀的耐候性、耐腐化性、防水耐油性。水性***碳树脂已成为此刻涂料工业一个重要的发展方向。
经过多年的发展,水性***碳涂料已形成好多商业化产品。
主要分为2类:(1)烘烤型***碳涂料,聚四***乙烯/全***乙
烯基醚共聚物(PFA)水分别体涂料、***乙烯(PTFE)水
分别体涂料以及乙烯/四***乙烯共聚物(ETFE)水分别体等;(2)
常温成膜涂料,***烯烃/乙烯基醚(FEVE)水分别体涂料、偏
***乙烯(VDF)共聚物水分别体涂料等。水性***碳涂料性能
优秀,也基本与溶剂型***涂料相当。已广泛应用在建筑工程、文物保护、航空器、海洋、轻工业(纸品、织物、皮革)等
领域。水性***碳涂料拥有超耐候性、耐污性等优秀的性能,在水性涂猜中拥有优秀的市场潜力。最近几年来,政府对外墙涂料提出的高标准,也给***碳涂料带来了新一轮的商机。水性***碳涂猜中***乳液的合成、配套助剂的研发、涂装置套系统的优化、施工工艺的改进都将是研发热门。