水性涂料的种类(涂料之水性涂料)

Posted 2023-05-30

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水性涂料的种类(涂料之水性涂料)

目前几乎整个涂料界的技术人员都在关注着低溶剂含量，无溶剂的黏结剂的研究和发展，而水性涂料，是一种极有发展前景的新型涂料，以水为溶剂或分散介质的涂料，称为水性涂料。进入20世纪90年代，水性涂料发展速度非常快，已形成多品种、多功能、多用途的庞大体系，由于这种涂料对环境的相容性和保护性，使水性涂料的市场占有率迅速提高。

（1）水与溶剂性能的比较取代涂料中的溶剂，常用水起溶剂和分散介质的作用，在水性涂料中，水与普通的溶剂相比，有明显不同的性质，见表7-7。其主要特点如下。

① 水在0°C结冰，水性涂料应保存在凝固点以上，并且应随时检查涂料的技术性能（如稳定性、使用性、表面特性等）是否因凝固而变化。

② 水在100°C沸腾，单一的水挥发性比溶剂低得多。含溶剂的涂料混合溶剂会随时间均匀挥发而形成光滑的涂料表面，而对水性涂料要形成好的涂层表面就很困难，需要在水性涂料中加入辅助溶剂、成膜助剂和正确选择黏结剂。

③ 水的表面张力明显比有机溶剂高，这就导致对被涂基底浸润较差。所以在使用水性涂料时必须提供清洁的基底。同时还要加入辅助溶剂来降低水的表面张力。

④ 与溶剂相比，水的汽化热高，水性涂料干燥需较多的能量，干燥困难，干燥时间长。

⑤ 水是不燃的，这一优点可以降低保险费用，也有利于贮存和运输，使用时接触也安全得多。使用过程中没有燃烧的危险。

⑥ 水具有与有机溶剂完全不同的溶解度参数。它比有机溶剂有明显的极性，能形成强得多的氢键。黏结剂的极性必须与水接近，而且最好有较强的氢键。

⑦ 水的偶极矩和介电常数与有机溶剂有不同的值，利用这一点可以预测水基涂料的性质。

⑧ 水的电导率和热导率与有机涂料有显著区别，与溶剂相反，涂料中所用的水不是绝缘体，所以构思水性涂料静电喷涂的基本原理是很困难的。

（2）水性涂料的特点水性涂料相对于溶剂性涂料，具有以下特点。

以水作溶剂，水来源方便，易于净化，节省大量其他资源；消除了施工时火灾危险性；降低了对① 大气的污染；仅采用少量低毒性醇醍类有机溶剂，改善了作业环境条件。一般的水性涂料有机溶剂（占涂料）在10%〜15%之间，而现在的阴极电泳涂料已降至1.2%以下，对降低污染、节省资源效果显著。

② 水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；对材质表面适应性好，涂层附着力强。

③ 涂刷工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。

④ 电泳涂膜均匀、平整、展平性好；内腔、焊缝、棱角、棱边部位都能涂上一定厚度的涂膜，有很好的防护性；电泳涂膜有很好的耐腐蚀性，厚膜阴极电泳涂层的耐盐雾性高达 1200ho

总之，水性涂料具有无色、无味、无毒、低黏度、快干性、丰满度好、高固含量、成本低、来源广、无有机挥发物、硬度高、可用水稀释和清洗，对操作要求相对较宽等特点。这些是其他溶剂型涂料所无法相比的。如果加入其他助剂，还可以改善其性能，使其具有良好的光泽性、流平性、耐折性、耐磨性和耐化学药品性等，所以特别适合食品、药品等包装物的表面处理与印后上光；并广泛应用在水性金属防腐涂料、水性木器家具涂料上。

2、水性涂料的类型

水性涂料可以根据下面几个方面来划分类型：①黏结剂的类型；②干燥方法；③应用领域。

比较明确的方法是考虑不同的黏结剂在水中的稳定状态，分成“真溶液”、胶体溶液、分散液和乳液等几种。

一般水性涂料常按其黏结剂与水相的关系可分为溶液涂料、胶体溶液涂料和乳液涂料三种。

水性涂料中所含的黏结剂分为两种情况：一种是其结构具有强极性，结构的特点使其能够溶于水或在水中溶胀；另一种情况是通过化学反应，生成黏结剂的盐而变成水溶状态。水溶性黏结剂一般可分为非离子型、阴离子型、阳离子型等几类。

常用的单体：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、乙烯、丁二烯、氯乙烯及其他乙烯酯等。

常用的乳液树脂有：醇酸树脂乳液、环氧树脂乳液、硅树脂乳液、沥青乳液等。

其中改性的醇酸树脂和环氧树脂的水凝胶特别重要，各种形式的分散液和乳液具有一般两相结构的性质，可分为分散相和连续相，即固-液或液-液。当颗粒的热运动能小于静电排斥力与范德华吸引力的能量之和时，液体处于稳定状态，为了保证黏结剂和水性涂料体系不出现絮凝现象，必须小心保持这种平衡。下列因素是出现絮凝的重要影响因素： ①酸；②盐；③水溶性物质（如溶剂）；④带有相反电荷的胶体；⑤热；⑥冻结；⑦高剪切力或压力；⑧水的蒸发；⑨电流。在以上所有的工艺影响因素中，对液体的稳定性的影响是最重要的。

除上面所说的是分散液的稳定性之外，涂料形成涂层之后，漆膜的稳定性也同样重要。其中包括涂层的防水性、耐久性、耐各种化学物质性能及耐紫外光（UV）性等多个方面。

在这一点上，将溶剂涂料干燥的基本原理适用于水性涂料，基本上可分为如下几类。

① 物理干燥水分、胺（阴离子黏结剂）及酸（阳离子黏结剂）挥发，有时也包括辅助溶剂挥发；

② 氧化干燥由氧引发交联；

③ 热交联（烘烤磁漆）加热导致自身官能团缩合交联或与交联树脂缩合交联。

由于涂料的干燥原理和过程不同，导致了涂料有下列两种形式：

① 单组分涂料，即涂料配方中的一种或多种黏结剂组分混合在一起可以稳定贮存；

② 两组分或多组分涂料。

由于黏结剂组分混合后的贮存时间（使用寿命）很短，所以必须在使用前按配方比配合。

3水性涂料的生产过程

要为水性涂料的生产给出一个广泛适用的描述是不可能的，由于工厂的规模不同，它们的销售策略和产品结构也不同，这自然也影响到生产的流程，另外由于产品的种类特別多，因而，从原料到设备，再到流程、自动化控制程度都在不断改变，由于生产的目标不同，从不同原料开始，就使得生产过程更加灵活多样，这样做除了可以满足经济上和技术上的要求之外，从生态角度考虑也越来越重要（即对经常改变的产品可以更加干净，对水源污染也减少）。

水性涂料不是一个单一的产品类型，而是代表不同配方的众多产品，可以满足广泛的需求，生产过程同样要适合这一不同的需求。但这里只讨论生产的最基本因素。通常，水性涂料与溶剂涂料的生产过程并没有本质的不同，主要是它们各自基本原则的不同导致生产过程的不同。生产过程可以分成几个独立的步骤，其中关键的步骤是颜料和填料在液相（水或黏结剂/水）中的分散。步骤如下：

① 生产预混料；②分散过程；③全部混合好、放置；④测试、校正及最后调整；⑤过筛、包装。

第一步是为分散准备预混料。大部分的添加剂在这里已经加了进去，包括浸润剂和分散剂、防沉淀剂和增稠剂、防霉剂、消泡剂、侵蚀剂及成膜剂等。对于水溶性树脂，接下来要进行的是中和、调整pH值、加入辅助溶剂，然后才是在搅拌下加入颜料和填料。固体组分要在慢速搅拌下加入，而且为了能在较低的黏度下脱除气泡及限制气泡产生，要首先加入最细的组分，预混料的组成一定要精确地调整到分散过程所要求的组成。树脂水溶液一般都可以直接用于分散过程，因为它们对于剪切作用都很稳定并表现出良好的浸润性质。施加适当的剪切力，可以使分散的效果大大改善，这对整个生产都有好处。

第二步分散的操作包括三个独立的而又紧密联系的过程：

① 颜料和填料的分散（分散得要尽量好）；②表面的良好浸润；③达到稳定状态，防止它们重新团聚。

固体与液体组分的简单混合，不会有什么麻烦，颜料和填料开始都是由基本颗粒组成的，干燥状态下就会粘接在一起，这就是团聚。分散作用强力打碎了这些团聚，使其尽可能恢复原来的基本颗粒状态。要打碎基本颗粒的结聚，就要克服它们之间的黏着力，这就要靠分散工具对涂料施加机械能，实质上是压力和剪切力的作用，其传播靠的是湍流（如溶解装置）或层流（三根研磨机）。另外也可以引入研磨介质，如球磨、砂磨等。

第三步是分散操作结束后进入放置阶段。这时要加入剩余的黏结剂、水和其他辅助组分，使涂料的配方最终完成。在结束研磨之后再加入一定量的消泡剂是有好处的。或在真空混合器中对混合物进行脱泡。

第四步是调整、测试。如果有必要的话还要对涂料的组成和性质做一定的调整，就是初始配方不够严格，在检验之后进行了微调就可以了，这是为了保证产品质量。并需进行最终的检测，其标准的测试方法如下：

① 密度控制（对于以体积来量度包装时特别重要）；

② 测定固含量；

③ 测定黏度，既可以测定流动时间也可以测定流变学性质；

④ 测定pH值；

⑤ 在分散过程之后检验研磨是否达到所要求的细度；

⑥ 在包装之前，每次都要进行筛余物测定，以免堵塞筛网和泵；

⑦ 一般水溶性体系总是受到细菌的威胁，所以必须按常规进行细菌数的测定；

⑧ 一般对于色漆必须进行色泽和光泽度的测定。

通常室内用的分散液涂料是十分廉价的，但仍然要求满足下面几方面的性能：

①遮盖性；②白度；③消光性；④耐擦洗性。

下面几方面性能是根据使用需要所提出的进一步性能要求：

①硬度；②弹性；③粘接性能。

其中后面几种性能可以用各种方法进行测试，如，冲击硬度或Buchholz硬度测量、冲击性能和交叉粘接性能等。对于防腐蚀涂料还要进行与腐蚀有关的性能测试（如盐雾、耐潮湿性、耐介质浸泡实验等）以及产生瞬蚀的可能性。

第五步放料之后，就可以过筛包装了。这里同样也要考虑涂料对于剪切力的稳定性。根据需要，涂料包装可以选择小的密封罐、大桶和其他容器，但要注意正确选择容器的材料，生产设备的选择也遇到同样的材料问题。用聚乙烯容器包装建筑涂料比较好。使用金属容器，其内表面都要用适宜的涂料完全涂覆，包装一般的涂料也要如此要求。最新的发展趋势是使用大容器，这样可以方便容器在生产者和使用者之间循环使用，主要是如何确保容器的清洁。涂料在贮存期间要特别注意防冻。贮存温度以不低于+ 5°C为宜。

如要用同一套设备同时生产水性涂料和含溶剂涂料，技术和经济上就有很大矛盾，这样在经济上最好，但在技术方面可能存在问题，水性涂料非常容易出现絮凝现象，就会阻塞管道、筛和泵等。所以两种产品应该严格分开。对不同品种的水性涂料的生产工艺和过程需作适当的调整。