水性涂料

作者：同济大学化学系 陈龙武 庞颖聪

欢迎访问e展厅 展厅 4 涂料/油墨/染料展厅 涂料, 油墨, 颜料, 染料, 色漆, ... 水性涂料既具有VOC排放量低的优点而且其涂膜性能可与溶剂型涂料相媲美，无疑是未来涂料工业发展的“老大哥”。 水性涂料现状 目前水性涂料的发展速度飞快，国外的水性环保涂料平均使用率已经达到80％，而国内相对来说较低只有25％（但正在以每年7％左右的速度增长）。在涂料工业几个大的应用领域中，水性涂料在建筑、汽车这两个方面占有相当的比例。例如在建筑涂料领域里，水性涂料在工业发达国家中占绝对优势，西欧的外墙几乎全用水性涂料涂装，美、日等国家高达70～90％，新加坡的住宅建筑外墙涂料的使用率也高达85％；在汽车领域，水性涂料不只在汽车制造业方面被广泛采用，而且还正在以前所未有的速度向汽车修补业方面发展。世界各工业发达国家都很重视水性涂料的开发，例如美国对水性涂料的开发占其全部涂料开发的50%以上, 而水性涂料的开发成果要占其全部涂料总成果20 %；日本从二十一世纪开始重视并着手发展以水性涂料为主的低环境负荷类型的涂料。近年来我国也为研究、开发和生产水性涂料出台了不少重要环保法规和实施标准。 水性涂料的应用 近年来的水性涂料用原材料及制造工艺学的发展和进步, 更是加快了水性涂料增长的步伐。 水性涂料用量最多的属建筑涂料，约占一半以上，其次是汽车、仪器设备防腐、木制品等方面，下面将一一介绍。 水性建筑涂料：从发展方向上来看，内墙涂料要向健康型方向发展，逐渐实现零VOC和尽可能少的残存单体；外墙涂料的发展方向是高抗污性、自乳化、高固体分及低VOC乳胶漆。内墙涂料的水性化已基本完成，每年各大涂料商都不断的推出许多性能更佳的内墙用水性涂料（特别是乳胶漆）：欧洲的Goodyear Chemicals 公司采用无表面活性剂的羧基化苯丙乳液制成涂料；美国PPG公司的Pit/ sburghPaints子公司，成功开发一系列零VOC 的内墙涂料，其性能与传统优质涂料相当（包括耐久性、遮盖力和修补性等），在涂装和干燥期间气味极微且防霉；英国ICI公司近期也在中国市场推出了两款全新环保涂料高端产品 “ 多乐士(Dulux)第2代5合1墙面漆”和“超易洗墙面漆”，这两款新产品具有超强易擦洗、防霉抗碱、漆膜腻滑、持久亮丽、气味清新、易于施工等特点；日本关西涂料公司也开发成功无VOC 及具有去除甲醛功能的水性涂料，为可用于室内建筑内装饰，该公司还推出一种改善室内环境的涂料，它专门针对解决由内装饰新建材、家具和墙纸(如聚氯乙烯布) 等所散发的微量化学物质而造成的居室病症候群患者问题。 在外墙装饰上，日本以及欧美水性涂料的使用率已高达90％，而国内，仍然大量采用马赛克、瓷砖等，涂料的使用率仅为10％，我们知道，在建筑物尤其是高层建筑的外立面装饰中，使用马赛克、瓷砖等材料不但会增加建筑物的承重，而且都是粘结的，容易掉落，很不安全也不美观，且在施工中存在一定的困难，如果采用涂料的话，这些问题将迎刃而解，相信随着人们意识的不断提高，中国会是水性外墙涂料未来最广阔与有力的市场。比如德国瓦克化学公司以BS系列水性有机硅聚合物制成的SREP系列硅树脂乳胶涂料具有优良的耐久性，有在建筑物外墙上使用29年漆膜仍保持完好的记录；日本近期有专利报道一种新型建筑外装饰用水性光催化剂涂料，它是一种利用雨水冲洗作用和光催化剂技术，能将沾在建筑物表面上的污染物去除的水性建筑外装饰用彩色涂料，此外，它还具有防霉、防藻功效，而且对汽车排放的废气有净化的功能。需要注意的是，水性建筑涂料在施工过程中，基层表面的处理，一般都要求表面坚实、平整，无浮灰、油污，干燥，否则，会导致涂料缺陷或造成涂料起皮脱落等质量事故。基层清理完毕后，还需在基层涂上一层底漆，每一系列产品都有各自的配套底涂涂料。待底涂干燥后，方可将经稀释过的水性涂料采用滚、刷或喷涂的方法进行施工。此外，由于水性涂料本身的成膜是有条件的，不能低于5摄氏度，因此，其不适合冬季施工，这也为水性建筑涂料提出了一个发展的新课题。 水性汽车涂料：汽车涂料是发展最快的涂料品种，用量仅次于建筑涂料，列居第二，也是性能要求最高的涂料品种，其中尤以轿车涂装要求最高。因此，轿车涂装材料往往代表了当代涂料工业的最高水平和发展情况。巴斯夫、PPG和杜邦公司是世界三大汽车涂料供应商，其中杜邦特种涂料公司，占46%的市场份额；巴斯夫公司占28%市场份额；PPG公司占24%市场份额。 汽车的底漆一般采用电泳漆，目前在我国用的电泳漆一般为第三代以及四代产品有阿克苏的D2035、赫伯茨的8911、PPG的ED4、关西的HB2000、9120、赫伯茨的G1083、G1183、AQUAEC3000、巴斯夫的FT25等；而目前世界上的大汽车公司生产线采用的都是具有高泳透率、高防腐蚀力、低密度低溶剂含量、槽液稳定性高、抗污染能力强、烘烤温度低等许多特点的第5代阴极电泳底漆。目前PPG公司开发的第6代产品EC6350已经投放市场，第7代商品已开始商业化，实验室内已开发成功第8代产品，更新一代的开发也已经开始，新一代阴极电泳的主要特点是：泳透率高、颜基比低、边角覆盖效果好，且无铅无锡。此外，它的双层电泳已研制成功。底涂后，涂层表面的平整度都比较差，有些是用肉眼看不出的，而中涂层就起到了填充补面的作用，再涂面漆，涂层的外观丰满度就会大大提高，这是优化汽车涂层外观非常重要的一步，因此，中涂涂料要求与底漆面漆有良好的结合力，且具有一定的弹性和填充性，打磨性要好，能遮盖底材本身粗糙度引起的微小缺陷，提高装饰性，还要能减少紫外线对底漆的破坏。 目前，西欧的水性中涂主要为水性聚酯氨基树脂型和封闭型异氰酸酯聚氨酯型，生产工艺已经比较成熟，日本的中涂涂料水性化发展的也很快，如日本关西涂料公司研制的水性聚酯氨基中涂漆，施工粘度下的固体分已达61%，VOC含量为12%，烘干条件140℃×30min，达到与溶剂型中涂涂料同等的性能。汽车漆VOC排放量中，面漆的排放量达60％，是汽车漆中的“污染大户”，因此汽车面漆的水性化在整个汽车涂料的水性化中具有非常重大的意义。 美国通用汽车公司-德国欧宝公司的艾森纳赫厂是第一家涂装工艺全部实现水性化的工厂，该厂独创的水性罩光漆技术使VOC含量由55%降到了12%；PPG公司最近新推出了一种CeramiClear 品牌汽车面涂涂料是一种水性纳米技术材料，也是世界领先的耐磨耐刮汽车易清洁涂料；阿克苏诺贝尔公司也宣布推出符合最新排放标准的新型Lesonal HS420彩色汽车面涂水性涂料，它不但继承了Lesonal2K系列的优点，而且还采用了最新分散技术和高固含量技术；索罗蒂（Solutia）树脂和添加剂公司日前也推出三种新的添加剂，增加了Additol系列产品用于汽车面漆的涂装。 水性金属防腐涂料：防腐蚀涂料过去一直是水性涂料的禁区，但现在由于水性涂料技术的发展终于能够“闯了”进来。并且水性金属漆，可将金属表面的锈蚀层转化为有益的保护层，是溶剂型油漆无法比拟的，是国内外涂料工业的发展方向。 目前世界上就有许多非常成功的金属防腐水性涂料体系，如佐敦油漆的水性防腐涂料配套方案就通过了世界上最为苛刻的NORSOK标准实验认可，它的丹麦铁路桥方案采用水性环氧富锌、水性丙烯酸底漆 、水性丙烯酸面漆，经过了时间的考验，有力的证明了水性涂料在防腐涂料应用上的优越性；日本东芝的由双组分水性环氧底漆、双组分水性环氧中涂漆和单组分位阻胺杂化树脂面组成的防腐体系，它干膜厚度分别为40μm ×2 、30μm 和25μm , 均为常温固化, 其中底漆耐碱性(5 %NaOH 水溶液) 为168小时、耐盐雾性( 5 %) 192 小时、耐水性1000小时, 中涂漆耐挥发油48小时, 而面漆在日光型老化仪中经2000小时考验漆膜无异常, 光泽保持率在80 %以上，该水性腐蚀涂料体系在日本四国岛高知县户外海滨地区曝晒三年无异常；类似于上的还有日本关西涂料公司以及Akzo Nobel 公司的产品；美国能源部Brookhave国家实验室科研人员也研制成功一种水基涂料，这种水基涂料的基本成分是从螃蟹、龙虾外壳中提取的一种称之为“Chitosan”的物质，由于Chitosan可溶于水，并且不能很好地粘附在金属上，而科研人员从谷物中找到一种“绿色”材料与之化合后，即得到稠密、抗潮并能完全附在金属上的涂料产品，经检测，该涂料产品保护金属免于盐水侵蚀的时间是其他涂料的两倍，甚至可以在苛刻的地热环境中使用，该涂料对金属也能起到很好的保护作用。 水性木器涂料：鉴于溶剂型漆对环境污染带来的严重危害，水性木器漆的开发在世界范围内受到重视。 水性化的木器漆在欧美市场使用较早, 中国使用水性木器漆是近几年的事情, 随着人们对环境意识的增强, 使用水性木器漆的比例也会逐年扩大，目前市场上已经出现了品牌众多的水性木器漆，依据其主要成分的不同，不外乎三类：一类是以丙烯酸为主要成分的水性木器漆，其主要特点是附着力好，不会加深木器的颜色，但耐磨及抗化学性较差。因其成本较低且技术含量不高，成为目前市场上的主要产品。第二类是以丙烯酸与聚氨酯的合成物为主要成分的水性木器漆，其特点除了秉承丙烯酸漆的特点外，又增加了耐磨及抗化学性强的特点（前两类多用于门窗、家具）。第三类则是百分之百的聚氨酯水性漆，其耐磨性能甚至达到油性漆的几倍，为水性漆中的高级产品。 如德国巴斯夫的核心产品就是技术已经比较成熟的BASF单组分丙烯酸酯水性木器涂料和BASF双组分水性聚氨酯木器涂料。其中，BASF单组分丙烯酸酯水性木器涂料的基础是作为环保型主导产品的3种BASF乳液A848S、N850S、A857S。这3种乳液都属于自交联类型的丙烯酸树脂乳液。其中，A848S为基础产品，具有优越的耐化学性能，卓越的纹理增强性能；N850S、A857S在A848S原有的基础上又提高硬度，耐磨损性以及优秀的抗压粘性能和纹理增强性能，此外，它今年还推出了一种新型水性纸箔涂料，可用在木器家具涂装上。Bayer公司日前开发出双组分水性聚氨酯木器漆，该产品的综合性能与溶剂型产品相比毫不逊色，某些性能更优，不仅具有优良的抗抓痕及抗磨损性，而且具有抗普通家用化学品性能，如在用此涂料漆好的家具表面沾上红酒5h后，漆面没有任何变化，而在沾上咖啡6h后，漆面也不发生任何变化，另外，不管是清洁剂还是氨水，在与此涂料接触1h后也不留下任何痕迹。 但有一点要注意的是由于中国的饮食习惯与生活习惯与欧美的不同，对水性木器漆的要求会更高，许多在国外应用极佳的水性木器涂料（包括世界十大涂料公司的产品），在推广到中国后，遇到了很大的问题，为水性木器漆在中国的事业提出了很大的一个挑战，也是其日后在中国发展的重点，即提高其漆膜的硬度、丰满度、抗热度、耐烈酒腐蚀度等。 前景及其展望 虽然说水性涂料已经得到了广泛的发展与应用，人们也越来越认识到它的好处，但是仍然存在着一些技术上的问题制约着它的发展： ◆ 水稀释涂料选择中和所用的胺是最重要的技术配方问题。胺相对于水性涂料的其他材料来说是比较昂贵的，而且会增加VOC的排放。 ◆ 水性涂料中的黏度变化问题。因为用水作为稀释剂，其黏度的变化与溶剂型涂料相比是大不相同的。如何在黏度与固含量取得平衡是配方中比较重要的问题。 ◆ 需厚涂的烘烤型水性涂料的“爆泡”问题。在水稀释涂料烘烤时产生的“爆泡”比溶剂型涂料概率更高，也更难控制。 当然，在涂料发展的大趋势下，水性涂料的技术研究在近几年已经取得了长足的进步，很多以前制约水性涂料发展的问题得到了很好的解决，我们相信以上的一些问题也只是暂时性的，水性涂料将是未来涂料工业发展的主流。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/28/2005)