水性涂料包括哪些(水性涂料发展现状：环保涂料之一)

Posted 2023-05-30

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水性涂料包括哪些(水性涂料发展现状：环保涂料之一)

1.1 世界涂料工业现状

涂料是施涂于各种物体表面，提供装饰与保护功能的一类材料的总称，与塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂并称为五大合成材料[1]。环顾我们的周围，从我们居住的房屋，使用的家具，到各种交通工具如飞机，汽车、轮船等，处处都有涂料的存在。

涂料已经和国民经济的发展，人民生活水平的提高有着密不可分的关系，涂料产量及人均产量已成为当代世界各国衡量经济水平的标准之一[2]。当今世界经济发达的工业大国，其涂料产量及人均产量都是世界名列前茅的。如美国、日本、德国等。

上个世纪20年代硝基漆的出现被认为是涂料第一次与科学结合的标志，其后，高分子科学的发展为现代涂料科学技术奠定了雄厚的基础，成为现代涂料发展的主要推动力。但是，只有高分子科学并不能使涂料成为一门独立的科学。

涂料的构成中不仅需要聚合物，而且需要各种无机和有机颜料以及各种助剂、溶剂，只有这些组分合理的配合，才能实现涂料的装饰与保护功能。为了制备出稳定、合用的涂料以及获得最佳的使用效果，不仅需要高分子的知识、还需要胶体化学、流变学、光学等学科理论的指导。

可以说，涂料科学是建立在高分子科学有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学和表面物理、流变学、力学、光学和颜料等基础上的新学科[3]。因此，涂料学科的研究需要借助这诸多学科的成就，结合涂料本身的特点，灵活地加以运用和发展，形成涂料学科本身的理论体系，指导生产。

20世纪80年代，发达国家先后提出无公害（无污染）、省资源、省能源为发展涂料工业的前提，经济、效率、生态、能源为发展涂料工业的四大原则[3]。

节约能源，保护环境，发展高性能材料是世界各国人民共同的呼声。近年来，作为环境主要污染源之一的涂料工业的技术水平有了新的飞跃，研究和开发节约资源、无污染或少污染的涂料品种如高固体分涂料、水性涂料、无溶剂涂料成为涂料科学的前沿研究课题[4]。与此同时，人们对涂料的性能要求也越来越高，这一切都是涂料工业界面临的挑战，也成为涂料科学技术发展的强大动力。

1.2 水性涂料发展现状

以水为溶剂或分散介质的涂料为水性涂料。进入上世纪90年代，水性涂料发展的非常快，已经形成多品种、多功能、多用途、庞大的体系。可以根据以下几个方面来划分类型：1 粘接剂的类型；2 干燥方法；3 应用领域。比较明确的方法是考虑不同的粘接剂在水中的稳定状态，分为“真溶液”、胶体溶液、分散液和乳液几种。

1.2.1 涂料的组成

涂料虽然有很多的种类，但其基本组成由四种物质组成：成膜物质、颜料、溶剂和助剂。成膜物质是形成涂膜的物质，他是具有聚合活性的天然油脂加工物。颜料可以使漆膜呈现颜色并具有遮盖力，增强机械性能，漆膜的耐久性及某些特殊性能，例如防腐蚀，防污染等。溶剂使成膜物质均匀溶解，干燥形成具有光泽的漆膜。助剂包括增塑性，催干剂，乳化剂，分散剂，固化剂等[5]。

1.2.2 水性涂料研究进展

国外研究进展自40年代铝被美国选为热交换器的优良材料以来，美国、日本、意利等少数工业发达国家在五六十年代对热交换器的结构、形状进行了认真的分析和研究以提高其热交换率。70年代以来，开发的重点放在提高铝翅片表面的性能上，开发了波纹翅片和百叶窗式翅片。西方国家从80年代开始相继对散热片用铝箔进行了亲水憎水处理，采用人工涂层赋予铝箔表面较强的疏通冷凝水的能力。在八九十年代，相继报道的有非亲水有机膜、含硅亲水有机膜、无硅亲水有机膜等[6-8]，其中疏水处理的并不多。意大利Fosfacal公司开发了BRUGAL憎水处理液[9]，该处理方法工艺流程简单，生产效率高，所得涂层附着力高，耐腐蚀性强，但水接触角仅70°左右，效果并不理想。在国外，亲水处理方式居多，对此美、日、英等国皆有报道。亲水性处理又分为无机系处理、有机系处理及有机无机复合系处理。一般来说，无机涂料价格便宜，涂膜的亲水性好，但涂膜的耐蚀、无臭味性差，且加工时易磨损模具；有机及复合涂料成本较高，涂膜的亲水性较差，但膜的成型性、耐蚀性、无臭味性等较好，目前国外趋向于开发高性能的有机涂料。无机水玻璃亲水涂膜是经过化学氧化处理的铝或铝合金表面涂上一层主要成分为二氧化硅和氧化钠的涂料得到的，可用 mSiO2/nNa2O 表示。该涂膜的亲水性能优良，但因含二氧化硅，使膜的硬度大加工时磨损模具，且硅酸盐本身会腐蚀铝材，二氧化硅型软铝石涂膜同样存在这个问题。Masaski等研制了一种改性的无机涂膜，该涂料加入了一定量的有机高分子化合物[10]，主要成分为碱金属硅酸盐、无机固化剂和水溶性有机高分子化合物。其中碱金属用来提供亲水性;固化剂用来调节膜的硬度并提高膜的耐水溶性:有机高分子化合物的作用是消除或掩盖臭味及维持涂膜的亲水性。日本Mitsubishi公司开发出软铝石系列亲水涂膜，该系列二层涂膜的亲水角小于20°，三层涂膜小于10°，耐蚀性的盐雾试验336 h失重小于5%，涂膜具有良好的亲水性和耐水性[11-12]。

有机无机复合亲水涂料是由亲水性树脂和少量的硅酸盐或可溶性硅胶组成的该涂料成膜的亲水性、耐蚀性及无臭味性等主要由有机高分子化合物提供，加入的硅酸盐硅胶可进一步提高其亲水性或调节其硬度。早在1988年前西德就报道了一种由底、中、面三层组成的复合涂层体系，效果不错。日本Tanaka及Tmai各自研制的有机无机复合亲水涂膜均具有良好的亲水性和耐蚀性，但亲水涂料的研究进展的硅酸盐致使涂膜发出似泥的臭味。而Bunji等研究的双层复合亲水涂膜则具有良好的亲水性、成型性和无臭味性。有机亲水涂料处理是形成以亲水性树脂为主要成分的涂膜的处理方法，涂膜中不含无机物。涂膜的亲水性依赖于亲水树脂中的-OH基、-NH2基、-SO3H基、-COOH基、-C-O-C-基等亲水官能团。作为亲水助剂，多数场合兼用少量表面活性剂，涂膜的耐蚀性不太好，通常需对基底实施耐蚀性处理。该涂层是由有机树脂构成的涂膜，不会磨损金属模具，空调运行时没有臭味，因此开发高性能有机亲水涂料是各国目前乃至今后重点研究的课题。日本是目前世界上申请亲水涂料专利最多的国家也是世界上最早从事亲水涂料研究并实现亲水涂层铝箔工业化生产的国家之一生产的亲水涂料质量居于世界先进水平。如日本神夕，制钢公司开发的系列KS105型双层丙烯系有机涂膜第一层为耐蚀性树脂层，膜厚为0.5～1.5μm；第二层为丙烯系亲水树脂层，膜厚0.5～1.5μm；涂膜具有良好的亲水性、耐蚀性及无臭味性并且对预涂层铝材加工模具磨损小。

亲水涂料研究的最初目的是为解决空调热交换器铝箔出现的“水桥”及“白粉”等问题，随着亲水涂料研究的进一步发展，亲水涂料的应用范围日趋广泛，可用于金属、塑料、玻璃制品的表面处理或涂装，具有长期的亲水性以防止露点压缩或起电[13]，如在高潮湿环境中的镜面、灯具、汽车挡风玻璃及某些装甲武器的视窗等涂上亲水涂料可避免因起“雾”而使透光性和透明度等明显下降的现象。防污镀锡油漆已经被用于船体控制生物污垢，尽管性能较好，但由于环境问题而受到限制[14-17]。鉴于亲水涂料的广泛用途，现在国外亲水涂料的研究的热点已是开发具有特定用途的亲水涂料配方，确定最佳工艺条件。美国庄臣及庄臣视力产品有限公司发明了具有亲水性涂层的生物医学装置。日本Anazawa等发明了一种耐沾污、防污、防雾、抗静电的亲水半互穿网络的亲水涂料，其亲水性、耐沾污性、光泽、水涂料成膜往往需要亲水树脂在200℃的高温烘烤数十秒来进行热固化交联成膜，不甚方便。日本Ishibashi等人发明了一种液型亲水涂料，该涂料可在室温条件下固化交联，所得涂层表面初始、持续亲水性极好，抗划伤性也好。而用光催化成膜的亲水涂料多为有机复合亲水涂料，涂膜的亲水性能、耐腐蚀性等性能[18]。

参考文献：

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[2] 洪啸吟, 冯汉保. 涂料化学[M]. 第一版, 科学出版社, 2000.

[3] 宋冠秦. 稳定发展的中国涂料工业[J].现代化工,2000,20(1)

[4] 孙中新, 李继航, 刘继宪, 丁文光. 丙烯酸酯系建筑涂料技术进展及发展趋势[J],齐鲁石油化工, 2000, 28(2): 146-148.

[5] 赵德仁, 张慰胜. 高聚物合成工艺学[M]. 第二版, 化学工艺出版社, 2005(3): 62-67

[6] 丰濑喜久郎等. 热交换器用铝散热器材[J]. 《公开特许公报》[J].1985 (6)

[7] 蛟写义弘等. 高亲水性涂料[J]. 《公开特许公报》[J].1988 (10)

[8] 周爱娟等. 铝亲水抗蚀有机膜的制备及亲水性表征[J]. 《沈阳化工学院学报》 [J].1996 1

[9] 张洪云等. 空调用铝箔憎水表面处理[J].《轻合金加工技术》.1995 (23)

[10] Masaki M, et al. 无机亲水涂料的组成及制备[P] . (K P P：0240940 A2) 1987.

[11] Tanaka R. 含硅酸盐的复合涂料组合物[P]. (U S：4503907) 1985.

[12] Imai M. 亲水复合涂料的组成及其制备工艺[P]. (U S：4588025) 1986.

[13] Takasawa,et al.表面亲水处理用的组合物及亲水涂料(JP：99-300269)1999.

[14] T.L.Ming-FU, Ch.L.Yong. Improved adhesion of silicone rubber to Polyurethane by induced surfacere construction[J]. J.Appl.Polym.Sci.70 (1998)1669–1675.

[15] M.Candries, M.Atlar, C.D.Anderson. Estimating the impact of new-Generation antifoulings on ship performance:the presence of slime[C]. Proceedings of the Institute of Marine Engineering,Science and Technology.PartA,J.Mar.Eng.Technol.A2 (2003) 13–22.

[16] R.Kerboua. Adhesion between addition-curable silicone elastomer and Nylon using diallyl bisphenol A as adhesion promoter[J]. J.Appl.Polym.Sci. 89 (2003) 3496–3499.

[17] J.R.Griffith. Nontoxic antifouling systems[P]. US Patent 5, 449, 553 (1995).

[18] 徐德恒等译. 功能性乳液乳胶[M]. 上海科学技术文献出版社, 1989.

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