水性涂料的研究進(jìn)展

1 引言

涂料是由高分子物質(zhì)和配料組成的混合物，并能涂覆在基材表面形成牢固附著連續(xù)涂膜的新型高分子材料。1867年美國(guó)第一個(gè)涂料zhuanli的出現(xiàn)標(biāo)志著涂料科學(xué)與技術(shù)的開始。涂料中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）以氣態(tài)分子的形式在其生產(chǎn)、施工、干燥、固化成膜過程中散發(fā)至空氣中，不僅造成了環(huán)境一定程度的污染，而且對(duì)人體健康也構(gòu)成了威脅。世界各國(guó)為了保護(hù)環(huán)境，也為了保護(hù)地球上人類的生命安全，制定了有關(guān)環(huán)保的法律法規(guī)限制涂料中VOC的含量以及排放。2001年，我國(guó)針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物、甲苯和二甲苯總和、可溶性鎘等10種室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)，制定了強(qiáng)制性的安全標(biāo)準(zhǔn)以及排放限量。近年來，中國(guó)又進(jìn)一步完善有關(guān)環(huán)保的法律法規(guī)，建立了較為完善的“中國(guó)涂料低污染化發(fā)展安全國(guó)家體系標(biāo)準(zhǔn)”，其中包括涂料中有害物質(zhì)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)(如VOC差值測(cè)定法、VOC氣相色譜測(cè)定法和乳膠漆中VOC的測(cè)定方法等)和涂料中有害物質(zhì)限量產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(如溶劑型木器涂料中有害物質(zhì)的限量和內(nèi)外墻中有害物質(zhì)限量等)。VOC的重要來源之一就是涂料的主要組成物質(zhì)—分散介質(zhì)和成膜物，鑒于有機(jī)溶劑型涂料的這種缺點(diǎn)，水性樹脂生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展刻不容緩，同時(shí)水性涂料逐步替代有機(jī)溶劑型涂料的前景一片光明。

凡是用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，都可稱為水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料、水稀釋性涂料、水分散性涂料（乳膠涂料）3種。水溶性涂料是以水溶性樹脂為成膜物，以聚乙烯醇及其各種改性物為代表，除此之外還有水溶醇酸樹脂、水溶環(huán)氧樹脂及無機(jī)高分子水性樹脂等。

2 水性涂料發(fā)展的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 水性涂料的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

（1）對(duì)環(huán)境友好。

水性涂料從原料來源到生產(chǎn)及使用的全生命周期，均有利于環(huán)境的健康發(fā)展。它不僅在生產(chǎn)過程中將易揮發(fā)的有機(jī)溶劑替代，而且使用時(shí)涂裝工具可用水清洗，也減少了清洗溶劑的消耗。有機(jī)溶劑的生產(chǎn)需要消耗化石原料，在資源緊缺的現(xiàn)階段是對(duì)資源的一大挑戰(zhàn)，水性涂料的出現(xiàn)，解決了這一問題。同時(shí)，溶劑的削減，大大減少了生產(chǎn)及使用過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，為改善周邊大氣環(huán)境作出了積極的貢獻(xiàn)。馬春慶[2]等人對(duì)比了不同涂裝體系的 VOC排放量，結(jié)果表明“溶劑型中涂 + 溶劑型色漆+ 單組份罩光清漆”工藝體系的 VOC 排放量為120 g/m3，而“水性中涂 + 水性色漆 + 水性罩光清漆”工藝體系的排放量?jī)H為 28 g/m3，排放量大幅度降低。另一方面，水性涂料僅采用少量低毒性醇醚類有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑揮發(fā)量減少，極大改善了工作場(chǎng)所的環(huán)境，有利于工作人員的身體健康。

（2）安全性提高

以溶劑中最常見的甲苯和二甲苯為例：甲苯的閃點(diǎn)為 4℃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 1.2%～7.0%（體積）；二甲苯閃點(diǎn) 29℃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限約為 1%～7%（體積）。兩者均為易燃物質(zhì)。因此，溶劑型涂料的易燃易爆原料儲(chǔ)存和使用的場(chǎng)所，具有發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)。而水性涂料的生產(chǎn)和使用，減少了對(duì)易燃易爆原材料的需求，極大地降低了風(fēng)險(xiǎn)。

（3）降低成本

一是對(duì)原料成本的降低。隨著人們對(duì)資源能源的需求日益增大，在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)資源能源短缺的問題，導(dǎo)致石油乃至下游產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上漲，作為下游產(chǎn)品的有機(jī)溶劑也不例外。資源價(jià)格的壓力下，以水作為稀釋劑的價(jià)格優(yōu)勢(shì)正得以逐漸顯現(xiàn)[3]。

二是對(duì)環(huán)境成本的降低。傳統(tǒng)的溶劑型涂料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的有機(jī)廢氣，為了達(dá)到排放要求，企業(yè)需要配置尾氣處理設(shè)施及相關(guān)的配套設(shè)施，并負(fù)擔(dān)日常運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。水性涂料的有機(jī)廢氣排放很少，為企業(yè)減輕了負(fù)擔(dān)。

三是安全成本的降低。水性涂料以水作為稀釋劑，使之成為更為安全的涂料，從生產(chǎn)到運(yùn)輸再到應(yīng)用中的火災(zāi)隱患較傳統(tǒng)溶劑性涂料大幅降低。對(duì)于管理者來說，安全方面的投入成本也將相應(yīng)的降低。

（4）施工條件及外觀性能

水性涂料由于透氣性比較好，基層內(nèi)部的水蒸氣可以向外擴(kuò)散，不容易起泡，因此在對(duì)基層的要求上，水性涂料施工的基層含水率應(yīng)小于 10％，溶劑型涂料施工的基層含水率應(yīng)小于 8％。水性涂料對(duì)材質(zhì)表面適應(yīng)性好，涂層附著力強(qiáng)，在潮濕環(huán)境中可直接涂覆施工。通常，溶劑型涂料的涂著固體份高達(dá) 60%~70%，而水性涂料的涂著固體份僅為 20%~30%，由此可見，水性涂料的平滑性相對(duì)較好。

2.2 水性涂料的缺點(diǎn)

雖然水性涂料對(duì)環(huán)境的濕度和基層含水率的要求方面優(yōu)于溶劑型涂料，但在其他方面的適用性不及溶劑型涂料。

（1）因水的表面張力大，難以浸潤(rùn)底材，易產(chǎn)生縮孔，水性涂料對(duì)施工過程中及材質(zhì)表面清潔度要求也較高。

（2）兩種類型的涂料分散介質(zhì)的熔點(diǎn)差異很大，水為 0℃，而有機(jī)溶劑的熔點(diǎn)相對(duì)低很多，甲苯為–95℃，二甲苯為–25℃左右。因此，對(duì)于施工溫度，水性涂料施工一般要求在 5℃以上，而溶劑型涂料在 0℃也可以施工。

（3）噴涂水性涂料對(duì)噴漆室的濕度也有一定的要求，水性涂料在環(huán)境相對(duì)濕度 85% 以上時(shí)表干緩慢，水溶劑在較飽和濕度環(huán)境下無法正常揮發(fā)，當(dāng)濕度過高（達(dá)到 90% 以上）時(shí)，在被涂物上的涂膜會(huì)流淌下來[4]。因此需要噴漆室有良好的空氣循環(huán)，保持適當(dāng)?shù)臐穸取?/span>

（4）由于水的蒸發(fā)潛熱大，是一般溶劑的5~7 倍，往往需提高烘干溫度或延長(zhǎng)烘干時(shí)間。

（5）雖然水性涂料具有普通溶劑型涂料的防護(hù)與裝飾功能，但是在高裝飾性要求的場(chǎng)合，無法達(dá)到很高的豐滿度，需要溶劑型涂料來實(shí)現(xiàn)。

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