以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展

hhy11

当今世界涂料总产量为２５００万ｔ,产量最多的国家和地区是美国、西欧和日本,其总和占世界总产量的５０%．从１９８８年到１９９４年世界涂料年增长率呈下降趋势,其原因是受ＶＯＣ排放量的限制．全世界每年排放到大气中的溶剂约１０００万ｔ．涂料的有机溶剂是大气污染的一个重要来源,占大气污染的５%～１０%,同时也造成资源和能源的巨大浪费．
  t7 m1 Q. a  `  ~: v6 a
１绿色涂料
+ X2 Y/ v5 u6 |/ h. d
1 S# L) X( C& w7 h  U5 Z- ?8 R      从减少ＶＯＣ排放量的手段考虑,涂料发展方面有１、涂料水性化;２、高固体分化;３、粉末化．对２０００年世界涂料品种的预测：水性涂料占有量由３０%增加到４０%,粉末涂料由３%增加到１０%,高固体分涂料由４%增加到８%,可见绿色涂料在涂料工业中占据日益重要的地位．
  j* @2 H3 m$ T$ B
１．１粉末涂料

0 D  f, I0 s' p! ~/ h( Q     粉末涂料是发展最快的涂料品种,目前世界粉末涂料的总产量为７０万ｔ．西欧占总产量的５０%．粉末涂料有２种类型：热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料．热塑性粉末涂料以热塑性树脂作为成膜物质,要求热塑性树脂具有很高的分子量以显示涂膜所具有的耐化学性和韧性．故价格较高,只有在特殊用途的厚保护涂层或功能性涂层,例如绝缘涂层才选用这种涂料．热固性粉末涂料成膜物质是热固性树脂和固化剂,热固性树脂的分子量较高,但比热塑性树脂分子量低,固化剂的分子量较低．在固化期间,低分子物的流动性和表面浸润性好,因而对底材有较强的附着力,涂膜有较好的外观．近年来世界研究开发的最为瞩目的粉末涂料是低温固化型粉末涂料（烘烤温度在１５０°Ｃ之下）;其次是预涂用粉末涂料和氟树脂粉末涂料等功能性粉末涂料;再次是消光、高光泽及高鲜映性等美术型粉末涂料．并开始研究开发薄膜化、高耐候型、耐热型、提高涂装效率粉末涂料品种．

) p1 Y  w' P* L$ a/ E1 \１．２高固体分涂料
) v; v1 L5 x4 T  {! v
- S7 G' I9 b6 z8 M4 A     高固分涂料的固含量在６０%～８０%,在调节粘度高低的同时,保证涂膜性能和涂料应用性能达到一般溶剂型热固性涂料的水平或更高,这是一个十分复杂的课题．普通涂料中聚合物分子量大,在交联成膜时,只需不多的基团参与反应,而高固体分涂料中的聚合物分子量低,交联成膜需要更多的基团参与反应,才能达到预期的分子量,保证官能团如何分布均匀的聚合技术对高固体分涂料制备是十分重要的,其低聚物制备,目前主要以缩聚反应和自由基聚合为主．应用树脂主要是丙烯酸树脂低聚物,作为高固体分化的手段是树脂改性（低分子量化、低极性化和粒子化）,添加活性稀释剂等高固体分涂料最终目标一般认为在８０%（质量）左右．目前涂料工业最先进的美国也不过才实现中等水平的固体分．今后随着合成树脂方法的发展,高固体分涂料的开发竞争将会更加激烈．
6 \& [7 j& x4 J- m$ E
１．３水性涂料

     涂料的水性化的研究进展非常迅速,最近建筑涂料水性化率已超过４５%．美国的工业涂料中水性涂料已占１８%,西欧和日本水性化较迟,仅占５%～８%．我国建筑涂料水性化率已达到５０%,但在今后５年将会成倍增加,在水性涂料领域,由各国的竞相研究与开发已实现具有接近溶剂型涂料的乳胶涂料,研制出耐水型、耐候型等物性优良的涂料．
$ Y9 @% ~% Z' o
9 a: @# k( b" @6 s/ c# l& }+ \２水性涂料的发展
$ I6 F; \+ [" H
" S2 t! Y0 X8 s+ t9 a. F1 J     水性涂料分为水溶性和水乳性两大类．水性涂料以水为溶剂,使成膜物质均匀分散或溶解在水中．它具有以下优点：１、水来源方便,易于净化;２、施工贮运过程中无火灾危险;３、不含苯类等有机溶剂,有益于人类健康;４、可采用喷、刷、涂、流、浸、电泳等多种施工,容易实现自动化涂装．

  x4 J& D( K3 V0 m4 F     制备水性涂料的关键是在高分子化合物的分子上引入亲水性集团,获得水溶性树脂,通常有以下几种方法：

     １）成盐法：通过反应将聚合物主链转变成阳离子或阴离子．如带羧基的聚合物以胺类中和成盐（如阳极电沉积树脂）,带氨基的聚合物以羧酸类中和成盐（如阴极电沉积树脂）．

     ２）在聚合物中引入非离子集团,如在聚合物主链或侧链上引入羟基．

) L+ q0 _9 T" n7 Y8 A- J: @     ３）将聚合物转变成两性离子中间体．
% B( D* G/ y" Z; E
* \% S1 v; S, k9 Y4 o- s* ~( U1 z     在这３种方法中,成盐法运用最普遍,大多数工业化的水性涂料均采用这种方法,而形成两性离子中间体法得到使用的例子还不多．

! M- s# [3 G0 D" G! W. V     目前,国内水溶性高聚物的生产已初具规模,年产量已达４７万ｔ,占世界总消费量（４６１．０２万ｔ）的１０%以上．此外水溶性缩合树脂,如水溶性环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂都早已广泛用于涂料工业．
* _- u4 n9 I2 R
( |  D$ t+ J8 l２．１水溶性醇酸树脂
- l# |4 W5 T% U, P: H9 W. h
     水溶性醇酸树脂的主要成分包括多元醇、多元酸、植物油、脂肪酸等．国内醇酸树脂占涂料用树脂总量１／２以上,美、日、英等也占３０%～４０%．这是因为：该树脂在技术上、经济上有无可比拟优越性,原料易得,工艺简便,涂膜柔韧,抗冲击,耐水性、耐酸性、耐盐水性、耐溶剂性极佳．使醇酸树脂水性化的方法有：
5 Q7 [/ S! D/ S* l' @% C  i
     １）在醇酸树脂中引入偏苯三酸、均苯四酸等多元酸,制成高酸值醇酸树脂,用氨中和．

. ~6 n1 d) C9 E- t- G) E  A     ２）用顺丁烯二酸与醇酸树脂中的双键加成引入羧基,然后用氨中和增溶.在醇酸树脂的制备中,多元醇最好是难水解的三羟甲基丙烷和三羧甲基乙烷,多元酸用苯二甲酸,干燥性能和硬度较好,脂肪酸以亚麻油酸的干燥性能较好．
. E. X  t) f8 Z' a! E  F" ~
  Z. C& E$ P( d! x8 {7 L２．２水溶性环氧树脂

  T8 h8 A* ^( p- m* }- B     水溶性环氧树脂有两种类型,一种是阴离子型,另一种是阳离子型,前者可用于阳极电泳漆,后者用于阴极电泳漆．阴离子型水溶性环氧树脂主要原料为环氧树脂、顺酐、油酸．阳离子型水溶性环氧树脂主要原料是环氧树脂、三亚乙基四氨、正新醇和正癸醇缩水甘油醚．水性环氧树脂具有很好的附着力、耐水性、耐化学性、防腐性,最适宜作底漆．水性环氧树脂还可对丙烯酸涂料进行改性,提高其耐化学品性及硬度等性能．鉴于水性环氧树脂涂料在生态和安全上的优点,许多国家投入大量的研究工作,以期解决水性环氧涂料的施工时限、干燥时间和闪锈等性能．

２．３水溶性聚氨酯树脂

     水溶性聚氨酯树脂由多羧基化合物和脂及酸酯化然后再与二异氰酸脂反应生成．反应产物中有过剩的羧基,可用多元酸交联也可用油和多元醇醇解然后再与二异丁氰酸脂反应再加入顺酐加成,也可将部分游离的二异丁氰酸脂用低级一元醇或酚类化合物封闭,再用含羧基和仲胺基的化合物反应,这样生成的是阳离子型聚氨酯．

     水溶性聚氨酯涂料具有优良的耐磨性、柔韧性和力学性能．光泽高,防紫外线、耐水、耐溶剂性能好并可以室温固化．在国外水性聚氨脂地板漆作为溶剂型聚氨酯涂料的替代品受到用户的青睐．
9 C/ K4 Q! w- n" i
7 J& t6 }0 k8 t: Y2 m' {5 L３结束语
2 A* G3 Y% {6 Q- N2 z) x4 e
* g, K" z/ M  o* i2 @     由于ＶＯＣ对人类自身及生态环境的严重威胁日益明显,绿色涂料代替溶剂性涂料刻不容缓．而水性涂料符合经济、节能、环保、安全的原则,是绿色涂料的代表之一,它的开发和推广是２１世纪涂料的方向．水溶性环氧树脂和水溶性聚氨酯等特殊高档专用涂料的开发是目前绿色涂料的主攻方向．