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        水性涂料的種類及發(fā)展狀況的研究

        2019-03-29 10:15:48劉可凡馬源張乾康熊昕宇張柯
        科學與技術 2019年9期
        關鍵詞:技術應用

        劉可凡 馬源 張乾康 熊昕宇 張柯

        摘要:隨著工業(yè)的發(fā)展,涂料因具有防腐、防潮、耐熱、耐寒等特點在工業(yè)生產領域中的地位逐步提高。然而以往的有機溶劑型涂料會造成VOC(有機成分揮發(fā)物)的大量排放,對環(huán)境造成嚴重破壞。水性涂料作為一種新型涂料,從生產到使用的每一個環(huán)節(jié)都不會對環(huán)境造成污染,因此受到許多研究者的青睞。本文綜述了四種常用的水性涂料、水性涂料的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)和總結及展望。

        關鍵詞:水性涂料;技術應用;優(yōu)勢及挑戰(zhàn);前景展望

        19世紀中,隨著合成樹脂化學工業(yè)的發(fā)展,建筑涂料進入了合成樹脂涂料時期[1]。然而,這類有機溶劑型涂料大多容易造成VOC的大量排放,不僅污染環(huán)境,還會影響人們的健康。

        大多數(shù)國家都對涂料的VOC排放量有著嚴格的規(guī)定。我國在2001年,針對揮發(fā)性有機化合物、甲苯和二甲苯總和、可溶性鎘等10 種室內裝飾裝修材料有害物質,制定了強制性的安全標準以及排放限量[2]。

        有機溶劑型涂料中的分散介質是VOC大量排放的重要原因之一,而水性涂料的溶劑或分散介質以水為主,這大大降低了VOC的排放量。是以,研究水性涂料既符合持續(xù)發(fā)展觀,又是人們所迫切需要的。

        本文從水性涂料基料的分類、優(yōu)勢及挑戰(zhàn)等方面,綜述了水性涂料的發(fā)展狀況,并且根據(jù)其面臨的挑戰(zhàn)規(guī)劃了對水性涂料的研究方向。

        1.水性涂料分類

        依照基料的種類,我們將水性涂料分為以下四種。

        1.1.環(huán)氧樹脂

        環(huán)氧樹脂具有良好的附著力,耐腐蝕、耐老化、硬度高并且熱穩(wěn)定性好等優(yōu)良性質,卻也有耐水性差、壽命較短的缺陷。固化劑使環(huán)氧樹脂交聯(lián)成膜,固化劑的性能對涂膜性能影響很大,因此當前的研究主要是對其固化劑的改良[3]。

        1.2.聚氨酯

        聚氨酯有單、雙組分水性聚氨酯之分,它們都含有許多極性基,具有強極性,和很高的內聚力,能夠牢固地粘結在極性塑料上,因此被大量應用于塑料行業(yè)里。對于非極性塑料(如PE、PP),除了處理塑料的表面外,也可在聚氨酯樹脂上接枝具有與這些非極性樹脂相似的化學性質、表面張力和溶解度參數(shù)的鏈段[4]。

        1.3.丙烯酸酯

        丙烯酸酯擁有非常強的耐候性、耐光性等特點,并且易改性,成為許多研究者進行改性研究的焦點。其核殼結構能很好地解決乳液的Tg和最低成膜溫度(MFT)之間的矛盾[2]。

        1.4.醇酸樹脂

        醇酸樹脂來源很廣,因為擁有價格低、易改性等優(yōu)良特點,被廣泛應用于室內裝修。因為聚氨酯涂料的優(yōu)良性能,人們嘗試將聚氨酯水性化并引入醇酸樹脂中,改善其物理性能以及耐腐蝕性。

        2.水性涂料的優(yōu)勢:

        2.1.環(huán)境友好

        水性涂料以水作溶劑代替有機溶劑,極大地減少了VOC的排放量,對環(huán)境影響減小。馬春慶等[5] 通過屢次實驗發(fā)現(xiàn):有機溶劑型涂料的VOC排放量高達120g/m2,而水性涂料的VOC排放量僅為28g/m2,由此得出其VOC的排放量比有機溶劑型涂料小得多,可見如果用水性涂料來代替有機溶劑型涂料可以使涂料行業(yè)中VOC排放量減少至少80%。

        2.2.安全性高

        有機溶劑型涂料的稀釋劑和分散劑中最常用的是甲苯,甲苯閃點4.0℃,爆炸極限1.2%~7.0%,是易燃物,因此在應用過程中容易發(fā)生爆炸,而用水來取代有機溶劑,減少了易燃物的使用,降低了風險。

        2.3.成本低廉

        全球能源危機爆發(fā),大多數(shù)有機溶劑,尤其是不可再生資源的價格持續(xù)上升;而水是地球上最豐富的資源之一,價格比較低,因而水性涂料成本較低。

        其次,由于水性涂料對環(huán)境的污染較小,因此企業(yè)在尾氣處理方面的投入也較少。

        2.4.應用適應性較廣泛

        相較于其他涂料,水性涂料的應用適用范圍廣,不但涂裝方式多樣(可以刷涂、電泳涂裝、噴涂等),而且不受涂飾物品形狀影響。

        3.水性涂料的劣勢以及面臨的挑戰(zhàn):

        3.1.對底材要求高

        由于水的表面張力大,涂料不易成膜,從而水不易浸潤底材,且易產生大量的縮孔,在施工過程中對底材表面的清潔程度要求非常高。

        3.2.低溫無法正常工作

        水的熔點為0℃,而有機溶劑的熔點大多很低,甲苯-95℃,鄰二甲苯-25.2℃。因此,水性涂料的施工溫度至少要在0℃以上,而有機溶劑型涂料卻可以在零度以下工作。

        3.3.不易烘干

        由于水的蒸發(fā)潛熱大,是一般有機溶劑的5~7倍,往往需提高烘干溫度或延長烘干時間。[2]

        水性涂料在環(huán)境相對濕度85% 以上時表干緩慢,水溶劑在較飽和濕度環(huán)境下無法正常揮發(fā),當相對濕度過高(≥90%)時,在被涂物上的涂膜會流淌下來[6]

        4.總結與展望

        以往的有機溶劑型涂料會造成VOC的大量排放,導致環(huán)境污染,而水性涂料以水作為稀釋劑,極大地減少了VOC的排放量,既保護環(huán)境,又不損害人們的健康;其次,水性涂料價格低廉、安全性高、應用范圍較廣也是其重要優(yōu)勢。不過,水性涂料仍存在兩大問題:1.對底材要求高;2.對溫度要求高,不僅在涂飾過程中需要較高的溫度,而且需要在高溫干燥的環(huán)境才能進行烘干。但是通過加強對水性涂料基料的改性研究,弱化水的張力產生的影響,降低對底材清潔度的要求;并合成新的助劑,改變活性反應基團的交聯(lián)劑,降低其施工溫度和烘干溫度,有望使水性涂料得到進一步的推廣應用。

        參考文獻

        [1]向新,許永軍,秦巖,鄧國英.世界建筑涂料的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].國外建材科技,1999(02):8-12.

        [2]羅帥.水性涂料的研究進展[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2015,18(12):1-6.

        [3]劉麗湘,溫曉萌,蔡永源. 水性環(huán)氧樹脂涂料改性研究進展[J]. 熱固性樹脂,2009,24(6):55-58.

        [4]詹媛媛,李智華,李莉,沈福祥,許戈文.塑料用水性聚氨酯涂料研究[J].涂料技術與文摘,2008(05):27-29+33

        [5]馬春慶,康惠春,閆立鋒,等.水性涂料應用中需注意的問題[C].第十三屆表面工程創(chuàng)新與實用技術交流會,2010:134-142.

        [6]張學敏.涂裝工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.

        作者簡介:劉可凡(2000-),男,山東省淄博市人,漢,本科生。研究方向:材料材料物理化學。

        (作者單位:東北大學秦皇島分校)

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