涂料

绿色涂料介绍及发展趋势
敖浚轩2011213444 物化交叉班
【摘要】“绿色涂料”是指节能、低污染的水性涂料、粉末涂料、高固体含量涂料(或称无溶剂涂料)和辐射固化涂料等。

20世纪70年代以前，几乎所有涂料都是溶剂型的。

70年代以来，由于溶剂的昂贵价格和降低VOC排放量的要求日益严格，越来越多的低有机溶剂含量和不含有机溶剂的涂料得到了大发展。

“绿色涂料”中的水性涂料、粉末涂料、高固分涂料等的研究、开发和应用，促进了涂料工业的健康发展。

【关键词】绿色涂料；水性涂料；高固体分涂料；粉末涂料
涂料的发展经由原始的天然涂料到目前种类繁多的涂料品种，现在人们发展涂料应站在发展环境友好型的涂料的立场上。

发展的涂料既要符合环境保护法的规范定又要符合经济发展的要求，成为涂料工业发展的主要趋势。

所谓环境友好型涂料即对生态环境不造成危害、对人类健康不产生负面影响的涂料，环境友好型涂料无疑是当前和今后涂料的发展方向，也有人称之为“绿色涂料”，因此，环境友好型涂料必须是不含voc和重金属盐的涂料，环境友好型涂料主要是高固体分涂料（XYP）、水性涂料（ZP）、粉末涂料和紫外光电子束固化涂料。

一、水性涂料
水稀释性涂料是指后乳化乳液为成膜物配制的涂料，使溶剂型树脂溶在有机溶剂中，然后在乳化剂的帮助下靠强烈的机械搅拌使树脂分散在水中形成乳液，称为后乳化乳液，制成的涂料在施工中可用水来稀释。

水分散涂料主要是指以合成树脂乳液为成膜物配制的涂料。

乳液是指在乳化剂存在下，在机械搅拌的过程中，不饱和乙烯基单体在一定温度条件下聚合而成的小粒子团分散在水中组成的分散乳液。

将水溶性树脂中加入少许乳液配制的涂料不能称为乳胶涂料。

严格来讲水稀释涂料也不能称为乳胶涂料，但习惯上也将其归类为乳胶涂料。

顾名思义，水性漆是以水作为介质的漆。

如我们所有的内外墙涂料、金属漆、汽车漆等都有相应的水性漆产品。

可见水性漆在很多行业已有广泛的应用。

我们普遍关注的则是水性木器漆，是木器涂料中技术难度和科技含量最高的产品。

水性木器漆以其无毒环保、无气味、可挥发物极少、不燃不爆的高安全性、不黄变、涂刷面积大等优点，随着人们环保意识的增强，越来越受到市场的欢迎。

很多企业也在这个时候掀起了环保环保大波，各个看中了环保这一未来发展趋势，对自己的产品作出了改进，不过目前为止，也仅有少数企业能够做到完全环保、完全达到国家水性涂料中的CCEL标准。

水性聚氨酯(WPU)涂料、水性丙烯酸酯涂料、水性环氧树脂涂料、水性紫外光(UV)固化涂料是重要的水性材料。

WPU涂料具有耐磨、光亮、较强的附着力、良好的装饰性和透湿透气性等优点，广泛应用于木器涂料、汽车涂料、纸张涂料、皮革装饰剂等。

但其固含量低、耐水性差、干燥速度慢、耐热性不够等缺点限制了其进一步的推广应用。

因此通过改性制备性能优异的WPU 涂料一直是人们追求的目标。

WPU涂料按使用形式可分为单组分和双组分。

单组分WPU属热塑性树脂，聚合物相对分子质量较大，成膜时只是水挥发到环境中，符合环保要求且操作简单。

通过丙烯酸酯改性、环氧树脂改性和交联改性可以提高WPU的性能。

丙烯酸酯改性聚氨酯复合乳液(简称PUA)比丙烯酸酯乳液与聚氨酯乳液物理共混体系的
性能更优异且稳定性也好，一般用于水性中高档木器面漆。

以WPU大单体分子为表面活性剂，将丙烯酸单体加入到种子乳液中，制备以丙烯酸树脂为核，聚氨酯为壳的水性丙烯酸- 聚氨酯的杂合体，不同比例的丙烯酸酯/聚氨酯乳液，其微观结构和涂膜的性能均不同。

环氧树脂共聚改性WPU是将环氧树脂与聚合物多元醇同时加入并与多异氰酸酯同时反应。

乳液的耐水性以及涂膜的附着力、干燥速率和耐水性等性能都有显著提高。

交联改性可以进一步提高WPU涂料的机械性能和耐化学品性能。

将功能性单体和带羰基单体接枝在PU链上，带羰基的聚氨酯- 丙烯酸酯共聚物与己二酸二酰肼(ADH)发生自交联反应，产品广泛地应用于木地板涂料及家具涂料等。

水性丙烯酸酯涂料相对于WPU涂料具有耐候性佳、保光保色性好等优点，常用于水性木器底漆、中低档木器面漆以及桥梁、管道、集装箱、工业厂房和公共设施的钢结构等。

同时它也存在硬度大、耐溶剂性能差和热黏冷脆等问题。

为了解决以上问题，其一可通过粒子设计，进行聚合工艺改性，如核/壳和梯度乳液聚合、微乳液聚合、细乳液聚合等，控制粒子的内部结构和粒子形态；其二是化学改性，即从聚合物分子设计观点出发，在大分子链上引入交联基团，通过交联改性等获得相应的高性能化、高功能丙烯酸酯乳液。

二、高固体分涂料
对于高固体分涂料的定义，至今还没有统一的标准，我国多采用质量分数作为衡量标准，而国外多采用体积分数（NVV）作为标准。

一般认为，固体含量：NW 在70%以上的涂料是高固体分涂料。

醇酸高固体分涂料最突出的特点是污染降低；一次成膜厚度达60～75微米，节省工时和人力，提升施工效率。

醇酸高固体分涂料最突出的特点是污染降低；一次成膜厚度达65~70μm，节省工时和人力，提升施工效率。

试验研究证实相对分子质量处于1000~1300的醇酸树脂才适用于制备高固体分涂料。

醇酸树脂涂料实现高固体分的基本途径是选择使用活性稀释剂、提高油度等。

如：气干型醇酸树脂高固体分涂料采用含不饱和键的活性稀释剂；烘干型涂料采用含羟基等活性基团的活性稀释剂，可以有效地降低黏度。

中科院成都有机研究所采用新型分子设计和独特的合成技术，开发出固含量大于90%的醇酸树脂和固含量大于80%的丙烯酸树脂。

这一技术产品不但为市场提供了环境友好型涂料的基料，而且利用这一高新技术可以改造与提升传统涂料的品质。

环氧树脂低聚物是高固体分涂料理想的成膜物A具有优良的机械性能、防腐蚀性和耐化学品性，在环氧低聚物中最适合的是在常温和低温下用氨基固化剂制作的液体环氧树脂。

这类100%固体含量的涂料是最有发展前景的。

它们聚合速率快，有可能制备几乎无限厚度的耐水及耐化学品性的涂膜。

聚酯的性能介于醇酸树脂和丙烯酸树脂之间，较醇酸树脂在颜色、户外耐久、保色性及韧性方面更优，但户外耐久性及耐皂化性能不及丙烯酸树脂。

聚酯树脂通过缩聚反应合成，容易得到相对分子质量较低且分布窄的树脂，配制的涂料固体含量高，最高可达80%以上。

这类高固体分涂料大多是烘烤型的，一般在120~160 ℃固化成膜。

采用低黏度、高固含量（接近100%）的六甲氧甲基三聚氰胺作交联剂。

也可用部分甲醇化三聚氰胺树脂代替部分六甲氧甲基三聚氰胺。

因该交联剂的反应活性高，交联性能提高，多用作高速生产的卷材用高固体分涂料，但固体含量有所下降。

三、粉末涂料
粉末涂料是以高聚物树脂为主要成膜物，掺加固化剂、流平剂、颜料等，经预混、均化、冷却、压碎、研磨过筛等工序制成。

其特点地不排放溶剂；喷绘后散落的粉末可回收利用，
无环境污染；膜厚约50～60微米，进一度施工即可达到要求；节省能源工艺简单生产效率高，使用安全；涂层的耐磨性、耐化学用品性及机械磨损性能好；加之其具有良好的社会效益，因此它的发展较快。

粉末涂料的聚合物体系可分为热塑性和热固性两大类。

热固性粉末涂料广泛用于家电（电冰箱、洗衣机、空调等）、建材（门窗、围墙和电线杆、护栏的道路材料）、管材等领域。

现在开发研究的粉末涂料，不仅性能提高，而且品种更加多样，涂装更加自动化、固化低温化，用途迅速扩大，已能使用于以往由液体涂料占领的广大领域。

复合型粉末涂料涂装铁基材上，经烘烤固化。

当烘烤温度为100℃时，丙烯酸层与环氧层开始分离，铁红色的环氧粉末涂液流向铁基底，蓝色的丙烯酸涂液流向气体界面。

在155℃左右分离终止，然后在20min后形成充分固化的复合涂层。

该复合涂层的优点是只需一次涂装，一次固化，在铁质基底底层是防腐环氧涂层，在接触大气界面即面层是高耐候性的丙烯酸涂膜。

利用复合粉末涂料的基本技术，开发新型涂装体系powder on powder（简称P/P型粉末涂料）。

它是先涂装环氧粉末涂料，然后在其上涂装丙烯酸粉末涂料，最后将两层粉末一起一次性加热固化。

与前述的复合粉末涂料相比，虽然涂装工艺增加一次，但比通用粉末涂料工艺还节省了一次固化工序。

前者适用铁质基材，而后者则适用于其他基材。

当前，绿色涂料主要研究的问题有以下几个方面：
(1)从涂料工业的源头上消除枵染，而不是在末端处理。

对溶剂型涂料来说，应当严格禁止使用已在国外有明确规定的有害、有毒溶剂和物质，应大力发展无毒、无害溶剂的新型涂料。

(2)合成方法应具有“原子经济性”，尽量使参加反应过程的原子都进入最终产物。

(3)在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有害的物质。

(4)设计具有高利用率、高效率、高性能、低污染的新型涂料。

(5)尽量不用有害、有毒的添加剂。

通过对水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料的分析，归纳总结出未来涂料发展走向主要向环境友好型发展，既符合经济发展的要求，又不违反相关的环境法律法规，更为人们的生活带来健康和舒适。