data-full-width-responsive="true"> 0 引言21 世纪涂料工业的发展趋势是：涂料的绿色化、高性能化和高功能化。从环保角度出发，水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料逐步成为涂料工业发展的主流。水性涂料是以水作为溶剂或者分散介质的涂料体系，与粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料等涂料体系相比，水性涂料在生产和施工上更加安全、简便和易于操作，具有更为广阔的应用前景。因此，水性涂料是环境友好型涂料的发展潮流。美、日及欧洲等国家和地区非常重视水性涂料的开发和应用，如在德国，建筑涂料的93% 已经实现了水性化。1 环境友好型涂料种类环境友好型涂料是对生态环境不构成危害，对人类健康无不良影响的涂料。环境友好型涂料主要分为以下几大类。11 高固体分涂料高固体分涂料的固含量一般为60%~80%，而溶剂型涂料的固含量为40%~60%。高固体分涂料除可有效减少VOC 的排放外，还有如下优点：制造和施工所用的设备均与普通涂料相近，无需增加新的设备投资；高固体分涂料的相对分子质量小，涂装时对底材润湿性好，流平性及丰满度佳，不易产生缩孔等缺陷；高固体分涂料的固含量大于75%，其施工固含量大于60%，一次喷涂就可形成较厚涂层，省时、省力、省能源，并减少环境污染。从严格的环保意义上来说，高固体分涂料还不算真正的绿色涂料，
它正向着100% 固体分发展。高固体分涂料所用的树脂多以环氧树脂及丙烯酸树脂为主。由于高固体分涂料的施工固含量一般大于60%，必须在调节黏度的同时，保证涂膜性能达到一般溶剂型涂料的水平或者更高，因此高固体分涂料对树脂的制造技术有较高要求。在普通涂料中，聚合物的相对分子质量较大，在交联成膜时，只需较少的基团参与反应即可形成有效的网络结构；而在高固体分涂料中，聚合物的相对分子质量较小，交联成膜时必须有大量的基团参与反应，才能达到预期的漆膜性能，在制备聚合物树脂时，必须保证聚合物带有反应性官能团。目前，主要以缩聚反应和自由基聚合来制备低聚物，应用的树脂主要是丙烯酸的低聚物，高固体化的手段主要是树脂改性（低相对分子质量化、低极性化和粒子化）和添加活性稀释剂等方法。12 辐射固化涂料1968 年，德国拜耳公司首先将光用于漆膜的固化，出现了辐射固化涂料。辐射固化涂料的主要组成为：反应性齐聚物或预聚体（低聚物）、反应性稀释剂、多功能单体、光引发剂（光敏剂）及助剂。根据固化时采用的辐照源不同，可分为电子束（EB）固化涂料、紫外光（UV）固化涂料和红外光固化涂料，其中UV 固化涂料产量约占辐射固化涂料总量的90%。辐射固化涂料的最大特征是固化速度快，固化时间由原来的以分钟或小时计算，缩短为以秒计算，使生产效率大大提高，尤其适用于流水线生产。此外，UV 固化涂料还具有低VOC 排放、固化温度低、适合涂覆热敏基材等优点，其不足之处是涂料配制过程中必须加入活性单体稀释剂，以调节涂料的黏度，而活性单体稀释剂又会部分渗入基材，对环境可能仍有一定的污染。辐射固化涂料的研究重点是解决辐射固化自由基反应体系厌氧性问题。目前已在齐聚物、光引发剂等方面有较大进展，还需从辐射源、齐聚物、引发剂、活性稀释剂、抗O2 阻聚助剂等多方面进行系统研究。丙烯酸类辐射固化涂料和不饱和聚酯类辐射固化涂料在辐射固化涂料中占主导地位，多官能丙烯酸单体是辐射固化涂料的重要组成部分，常用的单官能丙烯酸单体，如环己基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯（IBOA）等；双官能丙烯酸单体，如乙二醇二丙烯酸酯（EGDA）、1，6- 己二醇丙烯酸酯（HDDA）等；三官能丙烯酸单体，如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）等。紫外光固化涂料用光敏剂是研究的热点，其所用的光敏剂有离子型、自由基型、混杂型，以及近年来发展较快的高分子负载型及水溶型等。辐射固化涂料是降低涂料VOC 含量，提高涂料性能的有效方法和途径，近几年有较快的发展，但是，这种涂料也存在技术和安全问题，今后的发展方向：一是开发低黏度高固化速率的低聚物、低毒性高活性的单体以及高效的光引发体系；二是开发多品种的UV/EB 固化体系和设备，进一步发展光固化的水性涂料和粉末涂料。13 水性涂料水性涂料是19 世纪60 年代初期研制成功的一类新型涂料，根据树脂的类型可分为水稀释型、水分散型和乳胶型三类。水性涂料的主要品种有醋酸乙烯酯漆、水性环氧自干漆、水性醇酸氨基烘干漆、水性聚氨酯漆、有机硅丙烯酸酯和含氟丙烯酸酯等系列涂料。水性涂料的最大特征是以水取代有机溶剂作溶剂，与溶剂型涂料相比，不仅具有成本低、施工方便、不污染环境等特点，而且从根本上消除了溶剂型涂料在生产和施工过程中因溶剂挥发而产生的火灾隐患，也减少了有害有机溶剂对人体的危害，成为传统溶剂型涂料的理想替代品。乳液涂料是水性涂料体系中具有代表性的涂料品种，目前正向着高功能化、高性能化、零VOC 化的方向发展。131 乳液聚合的特点同其它聚合方法相比，乳液聚合具有以下优点：（1）在聚合过程中，聚合体系始终处于良好的流动状态，因此，自由基聚合释放出的反应热很容易通过水相传递出去，提高聚合的稳定性和安全性；（2）聚合速率比通常的本体聚合高得多；（3）聚合产物的相对分子质量比本体或溶液聚合产物的高得多；（4）聚合产物以乳液形式生成，易操作；（5）很容易通过加入链转移剂来控制产物的相对分子质量，从而控制最终产物的性能；（6）聚合过程和产物乳液均以水为介质，安全和环境问题较少；（7）在聚合工艺上容易对乳液产品进行控制和改性。但乳液聚合也存在自身的缺点：自由基碎片及乳化剂的存在使得乳液聚合产物不能用于高纯领域。132 乳液涂料的成膜机理乳液涂料成膜过程是指乳液粒子通过水分的蒸发和粒子的黏合形成完整连续的聚合物漆膜的过程。乳液涂料在成膜过程中受到各种作用力的影响，在这些作用力的综合作用下，促使乳液成膜。乳液成膜主要包括乳液干燥和聚合物树脂成膜过程。在实际应用中，乳液涂料的最低成膜温度（MFT）是指乳液体系中的水分挥发，乳液粒子凝聚而形成连续膜的最低温度。MFT 是乳液涂料的重要技术指标。一般来说，聚合物的Tg（玻璃化转变温度）对其MFT 具有决定性作用。影响聚合物MFT 的因素很多，主要有乳液粒子大小及其分布及乳液粒子的形态，单体的亲水性，乳液粒子的组成，聚合物的分子结构，单体加料顺序，聚合方法，温度，湿度，pH，黏度，表面张力，乳化剂类型和用量，助剂，成膜基材种类等。在上述众多影响MFT 的因素中，在固定乳液配方和聚合温度的条件下，乳液粒子的粒度、形态、单体的亲水性成为影响MFT 的主要因素。14 粉末涂料粉末涂料始于20 世纪50 年代，硫化床工艺首次用于热塑性粉末涂料的涂装，但是由于涂装工艺及材料价格的原因，限制了粉末涂料的使用和发展。静电喷涂工艺的出现，以及环氧粉末涂料的开发和规模化生产，大大加快了粉末涂料的发展。粉末涂料主要用于金属器件的涂装和防腐保护。20 世纪70 年代后期，随着合成树脂技术的发展，聚酯型、聚氨酯型、丙烯酸树脂型粉末涂料迅速发展。进入90 年代以来，随着人们环保意识的增强，粉末涂料有了较快的发展，世界粉末涂料市场以每年15%~20% 的速度增长，多种高性能的粉末涂料相继出现。粉末涂料与传统的溶剂型涂料、水性涂料不同，它不含大量有机溶剂或水，以固体粉末状态生产和涂装。粉末涂料分为热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料，前者主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、热塑性聚酯、聚苯硫醚、氟树脂等品种；后者主要有环氧、聚酯、环氧- 聚酯、聚氨酯、丙烯酸、丙烯酸-聚酯、丙烯酸- 环氧、丙烯酸- 氟树脂等品种。粉末涂料的制备及喷涂需要特殊的设备和工艺，成为阻碍粉末涂料进一步发展的瓶颈。粉末涂料的发展方向是，低温和快速固化、薄膜化、功能化、专用化和美术型粉末涂料。解决这些问题的途径主要是开发新的可低温固化的树脂和采用新的固化工艺。2 乳液涂料的发展趋势将核/ 壳结构、纳米技术等技术用于制备新一代的乳液涂料品种，将具有广阔的发展前景。21 有机硅改性丙烯酸乳液涂料有机硅改性丙烯酸乳液的开发成功和产业化，极大拓宽了丙烯酸乳液涂料的应用范围。这些新的改性技术赋予传统丙烯酸乳液涂料许多优异的性能。我国在硅丙乳液的开发和生产方面起步较晚，近年来虽然有了较快发展，但品种单一，产品质量参差不齐，产品科技含量低。因此，有机硅改性丙烯酸乳液涂料配方和制备工艺的优化研究，仍然是新一代丙烯酸乳液涂料研究的热点之一。22 无机纳米材料/ 聚合物乳液复合涂料纳米材料及纳米科技在涂料中的应用赋予水性丙烯酸乳液涂料抗老化、自清洁、抗菌防霉等特性。通过对无机纳米粒子的表面改性，可以有效提高纳米粒子的分散稳定性，增强无机纳米粒子与聚合物之间的相容性；同时，通过对聚合物乳液粒子的功能化，借助乳液粒子中功能基的分布及其与无机纳米粒子之间的物理化学作用，将无机纳米粒子复合到聚合物乳液中。通过聚合物乳液与无机纳米粒子间的复合，赋予传统的乳液涂料以新的特性。3 结语与传统溶剂型涂料相比，乳液涂料适应了环保和人体健康的需要，但是由于受到其水性体系的限制，乳液涂料在光泽、硬度、成膜性等诸多方面还很难与溶剂型涂料相媲美，在实际应用中，在某些特殊领域，溶剂型涂料的使用仍占很大比重。近年来，人们试图在传统丙烯酸乳液涂料理论和实践的基础上，开发出性能更好、物美价廉的新一代功能化丙烯酸乳液涂料，以拓宽丙烯酸乳液涂料的使用范围，全面取代传统的溶剂型涂料，所以，丙烯酸乳液涂料的改性和功能化研究逐渐成为这一领域的研究核心。
