水性工业涂料常见问题及改进研究简况

data-full-width-responsive="true"> 1　水性涂料是重要的环境友好型涂料水性涂料重要性的宣传正在全国兴起！其来势，说是风起云涌有点夸张，说是风靡全行业，并不过分。那水性涂料究竟有哪些优点？11　降低涂料中VOC水性涂料和几种通用型涂料品种比较，降低VOC(挥发性有机化合物)效果列于表1。从表1中可以看出，除粉末涂料外，水性涂料降低VOC最多。12　节能、省资源减少有机溶剂用量就是节能、省资源。以业内使用较多的200溶剂油和120溶剂油为例。如用石脑油为原料，直接分馏制取溶剂油，需耗电04 kW h/t、耗煤0025 t/t、耗水002 t/t，能耗量可观。如果考虑制取石脑油的能耗，能耗量更大。如从煤化工出发，那耗能量要翻几番。整个溶剂型涂料所用其他烷烃、醇、酯、酮、醇醚等溶剂，其生产的耗能不会少于溶剂油。另外，许多有机溶剂是化工原料，节省有机溶剂不仅减少污染、节能，同时是节省资源。13　提高涂料生产与贮运中安全性溶剂型涂料中有机溶剂多为易燃易爆化合物，部分或全部用水取代，大大提高涂料生产和贮运中的安全性。涂料含VOC低，在生产和施工中可减少公害。水性涂料生产与施工器具可以用水清洗，比较方便，并减少有机溶剂消耗，但洗涤后的废水要作无害化处理。可以看出，水性涂料是重要的环境友好型涂料，目前在全国涂料总量中占比在1/3左右。2　水性工业涂料在应用中常见的问题21　水作为涂料分散介质的特殊性211　水的表面张力高水的表面张力73 mN/m，有机溶剂如二甲苯，表面张力为30 mN/m。表面张力高会降低涂料对颜料润湿性，也降低对被涂物体表面的润湿性，给涂装带来一些负面影响。212　水的蒸发潜热比较高水和几种主要溶剂的蒸发潜热列于表2，在同样条件下，水比有机溶剂挥发需要更多能量。213　分散体结构不同造成的差异2131　成膜物树脂在有机溶剂中分散溶剂型(solvent borne)涂料是以有机溶剂作分散介质，其中成膜物树脂分散质(相)一般以分子状态分散，形成接近真溶液的分散体。配制色漆，在少量助剂存在下，施工后易流平形成平整、光滑、致密的高光泽涂膜，基本达到工业涂装要求，这是溶剂型涂料的优势；含有较多VOC是其不足。2132　成膜物树脂在水中分散水性(water born)涂料是以水作分散介质，水的极性大，要使极性不大的成膜物树脂均匀分散在水中有难度。不论是由化学单体乳化聚合成聚合物乳液，还是先合成树脂再乳化成胶乳(乳胶)液，必须有乳化剂协助，但分散的树脂粒径大且不均匀，如制备工艺欠妥，体系稳定性随时间推延而劣化。这种水分散体制成涂料，形成的涂膜中孔隙率高，涂膜致密性差，光泽低，乳化剂如在涂膜中游离存在，会降低涂膜抗性，这些不足使涂膜难以达到工业涂装要求。采用微乳液聚合技术制备聚合物乳液简称微乳液，这在热力学上是稳定体系，并且其稳定性不随时间变化，分散质(相)粒子尺寸在10～100 nm，涂膜致密性、光泽可望提高。但涂膜中残留乳化剂量增多，也会带来负面影响。另一种水分散方法是先合成含离子化基团(羧基或氨基等)的成膜物树脂，用中和剂(胺或羧酸等)中和使其盐基化，溶于有机溶剂(助溶剂)中，然后在搅拌下逐步加水稀释，制成水稀释性(water reducible)分散体。这是树脂分子聚集体分散在水中，不是成膜物树脂以分子状态溶解在水中[5]。国内有的文献把这类水稀释性树脂分散体称为水溶性树脂体系，显然是不正确的。这类分散体中树脂分子中含有的亲水性基团(羧基或氨基)，如游离存在涂膜中，会降低涂膜的化学抗性。2133　没有能作涂料基本成膜物的水溶性树脂如前所述，水乳化型和水稀释性成膜物树脂都不是成膜物树脂溶解在水中，可以说现在没有水溶性树脂用作水性涂料成膜物。20年前，笔者的一位从事水性涂料研发多年的同事主编了《水溶性高分子》，正式出版。书中介绍了12类水可溶解的高分子(聚合物)，只有一处提到水系聚氨酯(PU)涂料在汽车电泳涂料中应用，作者也只提水系，没有提水溶性PU树脂涂料。因那是水稀释型涂料体系，不是水溶性体系。书中其他少数章节也提到水溶性高分子在涂料中应用，大多是起助剂作用和辅助作用，全书没有一种水溶性高分子作涂料基本成膜物的例子。