水性涂料
時間:2005-07-06
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水性 涂料 來源：www.newmaker.com
水性涂料既具有VOC排放量低的優點而且其涂膜性能可與溶劑型涂料相媲美，無疑是未來涂料工業發展的“老大哥”。
水性涂料現狀
目前水性涂料的發展速度飛快，國外的水性環保涂料平均使用率已經達到80％，而國內相對來說較低只有25％（但正在以每年7％左右的速度增長）。在涂料工業幾個大的應用領域中，水性涂料在建筑、汽車這兩個方面占有相當的比例。例如在建筑涂料領域里，水性涂料在工業發達國家中占絕對優勢，西歐的外墻幾乎全用水性涂料涂裝，美、日等國家高達70～90％，新加坡的住宅建筑外墻涂料的使用率也高達85％；在汽車領域，水性涂料不只在汽車制造業方面被廣泛采用，而且還正在以前所未有的速度向汽車修補業方面發展。世界各工業發達國家都很重視水性涂料的開發，例如美國對水性涂料的開發占其全部涂料開發的50%以上, 而水性涂料的開發成果要占其全部涂料總成果20 %；日本從二十一世紀開始重視并著手發展以水性涂料為主的低環境負荷類型的涂料。近年來我國也為研究、開發和生產水性涂料出臺了不少重要環保法規和實施標準。
水性涂料的應用
近年來的水性涂料用原材料及制造工藝學的發展和進步, 更是加快了水性涂料增長的步伐。 水性涂料用量最多的屬建筑涂料，約占一半以上，其次是汽車、儀器設備防腐、木制品等方面，下面將一一介紹。
水性建筑涂料：從發展方向上來看，內墻涂料要向健康型方向發展，逐漸實現零VOC和盡可能少的殘存單體；外墻涂料的發展方向是高抗污性、自乳化、高固體分及低VOC乳膠漆。內墻涂料的水性化已基本完成，每年各大涂料商都不斷的推出許多性能更佳的內墻用水性涂料（特別是乳膠漆）：歐洲的Goodyear Chemicals 公司采用無表面活性劑的羧基化苯丙乳液制成涂料；美國PPG公司的Pit/ sburghPaints子公司，成功開發一系列零VOC 的內墻涂料，其性能與傳統優質涂料相當（包括耐久性、遮蓋力和修補性等），在涂裝和干燥期間氣味極微且防霉；英國ICI公司近期也在中國市場推出了兩款全新環保涂料高端產品 “ 多樂士(Dulux)第2代5合1墻面漆”和“超易洗墻面漆”，這兩款新產品具有超強易擦洗、防霉抗堿、漆膜膩滑、持久亮麗、氣味清新、易于施工等特點；日本關西涂料公司也開發成功無VOC 及具有去除甲醛功能的水性涂料，為可用于室內建筑內裝飾，該公司還推出一種改善室內環境的涂料，它專門針對解決由內裝飾新建材、家具和墻紙(如聚氯乙烯布) 等所散發的微量化學物質而造成的居室病癥候群患者問題。
在外墻裝飾上，日本以及歐美水性涂料的使用率已高達90％，而國內，仍然大量采用馬賽克、瓷磚等，涂料的使用率僅為10％，我們知道，在建筑物尤其是高層建筑的外立面裝飾中，使用馬賽克、瓷磚等材料不但會增加建筑物的承重，而且都是粘結的，容易掉落，很不安全也不美觀，且在施工中存在一定的困難，如果采用涂料的話，這些問題將迎刃而解，相信隨著人們意識的不斷提高，中國會是水性外墻涂料未來最廣闊與有力的市場。比如德國瓦克化學公司以BS系列水性有機硅聚合物制成的SREP系列硅樹脂乳膠涂料具有優良的耐久性，有在建筑物外墻上使用29年漆膜仍保持完好的記錄；日本近期有專利報道一種新型建筑外裝飾用水性光催化劑涂料，它是一種利用雨水沖洗作用和光催化劑技術，能將沾在建筑物表面上的污染物去除的水性建筑外裝飾用彩色涂料，此外，它還具有防霉、防藻功效，而且對汽車排放的廢氣有凈化的功能。需要注意的是，水性建筑涂料在施工過程中，基層表面的處理，一般都要求表面堅實、平整，無浮灰、油污，干燥，否則，會導致涂料缺陷或造成涂料起皮脫落等質量事故。基層清理完畢后，還需在基層涂上一層底漆，每一系列產品都有各自的配套底涂涂料。待底涂干燥后，方可將經稀釋過的水性涂料采用滾、刷或噴涂的方法進行施工。此外，由于水性涂料本身的成膜是有條件的，不能低于5攝氏度，因此，其不適合冬季施工，這也為水性建筑涂料提出了一個發展的新課題。
水性汽車涂料：汽車涂料是發展最快的涂料品種，用量僅次于建筑涂料，列居第二，也是性能要求最高的涂料品種，其中尤以轎車涂裝要求最高。因此，轎車涂裝材料往往代表了當代涂料工業的最高水平和發展情況。巴斯夫、PPG和杜邦公司是世界三大汽車涂料供應商，其中杜邦特種涂料公司，占46%的市場份額；巴斯夫公司占28%市場份額；PPG公司占24%市場份額。
汽車的底漆一般采用電泳漆，目前在我國用的電泳漆一般為第三代以及四代產品有阿克蘇的D2035、赫伯茨的8911、PPG的ED4、關西的HB2000、9120、赫伯茨的G1083、G1183、AQUAEC3000、巴斯夫的FT25等；而目前世界上的大汽車公司生產線采用的都是具有高泳透率、高防腐蝕力、低密度低溶劑含量、槽液穩定性高、抗污染能力強、烘烤溫度低等許多特點的第5代陰極電泳底漆。目前PPG公司開發的第6代產品EC6350已經投放市場，第7代商品已開始商業化，實驗室內已開發成功第8代產品，更新一代的開發也已經開始，新一代陰極電泳的主要特點是：泳透率高、顏基比低、邊角覆蓋效果好，且無鉛無錫。此外，它的雙層電泳已研制成功。底涂后，涂層表面的平整度都比較差，有些是用肉眼看不出的，而中涂層就起到了填充補面的作用，再涂面漆，涂層的外觀豐滿度就會大大提高，這是優化汽車涂層外觀非常重要的一步，因此，中涂涂料要求與底漆面漆有良好的結合力，且具有一定的彈性和填充性，打磨性要好，能遮蓋底材本身粗糙度引起的微小缺陷，提高裝飾性，還要能減少紫外線對底漆的破壞。
目前，西歐的水性中涂主要為水性聚酯氨基樹脂型和封閉型異氰酸酯聚氨酯型，生產工藝已經比較成熟，日本的中涂涂料水性化發展的也很快，如日本關西涂料公司研制的水性聚酯氨基中涂漆，施工粘度下的固體分已達61%，VOC含量為12%，烘干條件140℃×30min，達到與溶劑型中涂涂料同等的性能。汽車漆VOC排放量中，面漆的排放量達60％，是汽車漆中的“污染大戶”，因此汽車面漆的水性化在整個汽車涂料的水性化中具有非常重大的意義。
美國通用汽車公司-德國歐寶公司的艾森納赫廠是第一家涂裝工藝全部實現水性化的工廠，該廠獨創的水性罩光漆技術使VOC含量由55%降到了12%；PPG公司最近新推出了一種CeramiClear 品牌汽車面涂涂料是一種水性納米技術材料，也是世界領先的耐磨耐刮汽車易清潔涂料；阿克蘇諾貝爾公司也宣布推出符合最新排放標準的新型Lesonal HS420彩色汽車面涂水性涂料，它不但繼承了Lesonal2K系列的優點，而且還采用了最新分散技術和高固含量技術；索羅蒂（Solutia）樹脂和添加劑公司日前也推出三種新的添加劑，增加了Additol系列產品用于汽車面漆的涂裝。
水性金屬防腐涂料：防腐蝕涂料過去一直是水性涂料的禁區，但現在由于水性涂料技術的發展終于能夠“闖了”進來。并且水性金屬漆，可將金屬表面的銹蝕層轉化為有益的保護層，是溶劑型油漆無法比擬的，是國內外涂料工業的發展方向。
目前世界上就有許多非常成功的金屬防腐水性涂料體系，如佐敦油漆的水性防腐涂料配套方案就通過了世界上最為苛刻的NORSOK標準實驗認可，它的丹麥鐵路橋方案采用水性環氧富鋅、水性丙烯酸底漆 、水性丙烯酸面漆，經過了時間的考驗，有力的證明了水性涂料在防腐涂料應用上的優越性；日本東芝的由雙組分水性環氧底漆、雙組分水性環氧中涂漆和單組分位阻胺雜化樹脂面組成的防腐體系，它干膜厚度分別為40μm ×2 、30μm 和25μm , 均為常溫固化, 其中底漆耐堿性(5 %NaOH 水溶液) 為168小時、耐鹽霧性( 5 %) 192 小時、耐水性1000小時, 中涂漆耐揮發油48小時, 而面漆在日光型老化儀中經2000小時考驗漆膜無異常, 光澤保持率在80 %以上，該水性腐蝕涂料體系在日本四國島高知縣戶外海濱地區曝曬三年無異常；類似于上的還有日本關西涂料公司以及Akzo Nobel 公司的產品；美國能源部Brookhave國家實驗室科研人員也研制成功一種水基涂料，這種水基涂料的基本成分是從螃蟹、龍蝦外殼中提取的一種稱之為“Chitosan”的物質，由于Chitosan可溶于水，并且不能很好地粘附在金屬上，而科研人員從谷物中找到一種“綠色”材料與之化合后，即得到稠密、抗潮并能完全附在金屬上的涂料產品，經檢測，該涂料產品保護金屬免于鹽水侵蝕的時間是其他涂料的兩倍，甚至可以在苛刻的地熱環境中使用，該涂料對金屬也能起到很好的保護作用。
水性木器涂料：鑒于溶劑型漆對環境污染帶來的嚴重危害，水性木器漆的開發在世界范圍內受到重視。
水性化的木器漆在歐美市場使用較早, 中國使用水性木器漆是近幾年的事情, 隨著人們對環境意識的增強, 使用水性木器漆的比例也會逐年擴大，目前市場上已經出現了品牌眾多的水性木器漆，依據其主要成分的不同，不外乎三類：一類是以丙烯酸為主要成分的水性木器漆，其主要特點是附著力好，不會加深木器的顏色，但耐磨及抗化學性較差。因其成本較低且技術含量不高，成為目前市場上的主要產品。第二類是以丙烯酸與聚氨酯的合成物為主要成分的水性木器漆，其特點除了秉承丙烯酸漆的特點外，又增加了耐磨及抗化學性強的特點（前兩類多用于門窗、家具）。第三類則是百分之百的聚氨酯水性漆，其耐磨性能甚至達到油性漆的幾倍，為水性漆中的高級產品。
如德國巴斯夫的核心產品就是技術已經比較成熟的BASF單組分丙烯酸酯水性木器涂料和BASF雙組分水性聚氨酯木器涂料。其中，BASF單組分丙烯酸酯水性木器涂料的基礎是作為環保型主導產品的3種BASF乳液A848S、N850S、A857S。這3種乳液都屬于自交聯類型的丙烯酸樹脂乳液。其中，A848S為基礎產品，具有優越的耐化學性能，卓越的紋理增強性能；N850S、A857S在A848S原有的基礎上又提高硬度，耐磨損性以及優秀的抗壓粘性能和紋理增強性能，此外，它今年還推出了一種新型水性紙箔涂料，可用在木器家具涂裝上。Bayer公司日前開發出雙組分水性聚氨酯木器漆，該產品的綜合性能與溶劑型產品相比毫不遜色，某些性能更優，不僅具有優良的抗抓痕及抗磨損性，而且具有抗普通家用化學品性能，如在用此涂料漆好的家具表面沾上紅酒5h后，漆面沒有任何變化，而在沾上咖啡6h后，漆面也不發生任何變化，另外，不管是清潔劑還是氨水，在與此涂料接觸1h后也不留下任何痕跡。
但有一點要注意的是由于中國的飲食習慣與生活習慣與歐美的不同，對水性木器漆的要求會更高，許多在國外應用極佳的水性木器涂料（包括世界十大涂料公司的產品），在推廣到中國后，遇到了很大的問題，為水性木器漆在中國的事業提出了很大的一個挑戰，也是其日后在中國發展的重點，即提高其漆膜的硬度、豐滿度、抗熱度、耐烈酒腐蝕度等。
前景及其展望
雖然說水性涂料已經得到了廣泛的發展與應用，人們也越來越認識到它的好處，但是仍然存在著一些技術上的問題制約著它的發展：
◆ 水稀釋涂料選擇中和所用的胺是最重要的技術配方問題。胺相對于水性涂料的其他材料來說是比較昂貴的，而且會增加VOC的排放。
◆ 水性涂料中的黏度變化問題。因為用水作為稀釋劑，其黏度的變化與溶劑型涂料相比是大不相同的。如何在黏度與固含量取得平衡是配方中比較重要的問題。
◆ 需厚涂的烘烤型水性涂料的“爆泡”問題。在水稀釋涂料烘烤時產生的“爆泡”比溶劑型涂料概率更高，也更難控制。
當然，在涂料發展的大趨勢下，水性涂料的技術研究在近幾年已經取得了長足的進步，很多以前制約水性涂料發展的問題得到了很好的解決，我們相信以上的一些問題也只是暫時性的，水性涂料將是未來涂料工業發展的主流。
