水性涂料的特點(diǎn)及其應(yīng)用發(fā)展

陳春霖，孟曉偉，唐 毅，周勝之，黃 榜，宋 磊

(1.重慶中科檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司，重慶 401121；2.重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，重慶 401121)

目前，我國(guó)是涂料生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國(guó)，且絕大部分采用溶劑型涂料。溶劑型涂料在生產(chǎn)、施工和固化過(guò)程中會(huì)排放對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染的揮發(fā)性有機(jī)化合物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，涂料生產(chǎn)和加工過(guò)程中排放的VOC含量占其排放總量的20%～25%，是VOC污染制造的第二個(gè)大因素。因此，對(duì)于走可持續(xù)發(fā)展道路的我國(guó)來(lái)說(shuō)，環(huán)境友好型水性涂料是我國(guó)涂料發(fā)展的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。

20世紀(jì)70年代，聯(lián)合國(guó)鄭重宣告保護(hù)和改善人類環(huán)境已成為人類一個(gè)迫切的任務(wù)。許多西方國(guó)家已經(jīng)頒布了相關(guān)法令政策限制VOC的排放。20世紀(jì)末，我國(guó)相繼修訂了環(huán)境保護(hù)法律6項(xiàng)，增添了與資源利用相關(guān)的法律10項(xiàng)、多項(xiàng)環(huán)保條例、多項(xiàng)環(huán)境法規(guī)，還制定了427項(xiàng)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并將“危害環(huán)境資源罪”添加進(jìn)《刑法》中。從以上法律法規(guī)的頒布可以看出，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視推動(dòng)了環(huán)境友好型水性涂料的快速發(fā)展。

1 水性涂料

1.1 水性涂料特點(diǎn)

水性涂料是指以水為溶解介質(zhì)的涂料，組成中70%～90%均為水，不含有苯、醛類以及鹵代烴等有毒有機(jī)溶劑和甲醛、鉛、鉻等重金屬化合物，具有無(wú)毒環(huán)保、基本不含可揮發(fā)性物質(zhì)、無(wú)不友好氣味以及性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一種安全無(wú)污染的環(huán)保型涂料[1]。

1.2 水性涂料的優(yōu)點(diǎn)

水性涂料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)水性涂料采用水作稀釋劑，揮發(fā)出的水對(duì)環(huán)境和人體完全無(wú)害，可以解決目前大部分溶劑型涂料揮發(fā)有害氣體的問(wèn)題，使制造和施工的一線工人的健康問(wèn)題得到改善。

(2)水性涂料采用樹(shù)酯成膜，原材料的獲得具有安全性和可持續(xù)性，對(duì)自然資源的依賴程度也大大降低，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的要求。

(3)水性涂料本身防火、防爆，所以運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的安全性很好。同時(shí)，施工時(shí)無(wú)需專業(yè)技術(shù)，一般人可涂刷，特別適用于當(dāng)前我國(guó)建筑裝修行業(yè)的一線施工人員水平不高的條件[2]。

(4)漆膜密度高，易修復(fù)，具有優(yōu)異的防腐性能。

(5)適用范圍廣泛：適用于地坪工程、汽車車輛、船舶鍋爐、鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架、機(jī)械設(shè)備制造、集裝箱、鐵路橋梁、內(nèi)外墻建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。

1.3 水性涂料面臨的問(wèn)題

(1)水表面張力大不容易浸潤(rùn)底材，容易發(fā)生縮孔現(xiàn)象，且對(duì)施工過(guò)程中的清潔度和材質(zhì)表面的清潔度要求都較高，材質(zhì)表面就很難形成完整漆膜。

(2)水性涂料和溶劑型涂料的分散介質(zhì)的熔點(diǎn)差異很大，溶劑型涂料在0 ℃可以進(jìn)行施工，但是水性涂料的施工溫度一般需要在5 ℃以上，這一條件嚴(yán)重限制了水性涂料的使用范圍[3]。

(3)水性涂料中溶劑水的蒸發(fā)潛熱較大，所以需要的烘干溫度較高，烘干時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)在需要烘干時(shí)，如果加入了高沸點(diǎn)的助劑，則會(huì)產(chǎn)生油煙，影響漆膜外觀。

(4)水性涂料對(duì)涂裝設(shè)備腐蝕性較大，所以底材必須要采用防腐蝕襯里或者不銹鋼材料，設(shè)備造價(jià)較高。

(5)水性涂料成本價(jià)格較高、生產(chǎn)銷售原材料廠家多而雜，低價(jià)格的原材料不能滿足性能要求，所以在原材料的選擇上比油性涂料要求嚴(yán)格，價(jià)格貴得多，這點(diǎn)是任何水性工業(yè)涂料生產(chǎn)廠家都無(wú)法規(guī)避的一個(gè)問(wèn)題。

2 水性涂料的應(yīng)用

2.1 汽車工業(yè)的應(yīng)用

目前，汽車工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家基本上都已經(jīng)將水性涂料代替了溶劑型涂料。我國(guó)汽車工業(yè)由于在國(guó)家政策和環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)的情況下，目前對(duì)水性涂料的研究和使用也逐漸增多。2014年8月，一汽豐田宣布北京23家一汽豐田經(jīng)銷店在2014年全面導(dǎo)入水性涂料[4]。

當(dāng)然，水性涂料在汽車行業(yè)的使用還存在一些問(wèn)題。由于溶劑水的沸點(diǎn)低，蒸發(fā)較困難，受環(huán)境濕度的影響較大，表面張力高，易形成氣泡，電阻較低等特點(diǎn)，使得涂料存在易流掛，產(chǎn)生缺陷等問(wèn)題。張華麗對(duì)水性涂料的這些問(wèn)題進(jìn)行了研究，并在涂料制備和涂裝設(shè)備方面提出了防治方法[5]。

2.2 電力機(jī)車與城軌車輛的應(yīng)用

我國(guó)水性涂料的應(yīng)用還在起步階段，應(yīng)用在軌道車輛的水性涂料還很少。南車株洲電力機(jī)車有限公司與德國(guó)西門子公司進(jìn)行合作，將水性涂料應(yīng)用在電力機(jī)車與城軌車輛上，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)性工作，為涂料水性化方面的推廣積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)科研人員也在不斷地對(duì)應(yīng)用在電力機(jī)車與城軌車輛的水性涂料進(jìn)行研究。孫劍爽從軌道客車涂裝功能性及水性涂料涂層設(shè)計(jì)、軌道車輛用水性涂料性能要求等角度分析了水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的差異，同時(shí)結(jié)合在一種城鐵車上試用水性涂料存在的問(wèn)題，分析了軌道車輛上應(yīng)用水性涂料的可行性[6]。敬俊娥借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在水性涂料性能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，分析了軌道車輛用水性涂料體系包括底漆、中涂漆和面漆的選擇、性能要求、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝，對(duì)施工過(guò)程中存在的的問(wèn)題提供了一些解決方案[7]。高猛等人也就水性涂料的特點(diǎn)對(duì)涂料體系、施工工藝等進(jìn)行了研究[8]，他總結(jié)出應(yīng)用在軌道客車上的水性涂料在施工工藝上應(yīng)嚴(yán)格控制涂裝的作業(yè)環(huán)境，為國(guó)內(nèi)軌道客車使用水性涂料體系涂裝提供參考依據(jù)。黃春輝等人以運(yùn)輛客車[2015]73號(hào)25型客車用涂料技術(shù)條件為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水性涂料的產(chǎn)品性能進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，水性涂料在產(chǎn)品性能、施工窗口方面已經(jīng)滿足軌道客車行業(yè)的需求，并且環(huán)保優(yōu)勢(shì)突出，能夠替代現(xiàn)有溶劑型涂料來(lái)作為軌道客車的主要涂裝材料[9]。

應(yīng)用在電力機(jī)車和城軌車輛上的水性涂料雖然存在一些問(wèn)題，但是對(duì)涂料本身或涂裝工藝環(huán)境設(shè)備等方面進(jìn)行改進(jìn)，這些問(wèn)題會(huì)逐漸得到解決，相信水性涂料會(huì)在電力機(jī)車與城軌車輛中得到廣泛的應(yīng)用。

2.3 防腐領(lǐng)域的應(yīng)用

重防腐涂裝行業(yè)應(yīng)用水性化涂料是涂裝工程實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排的重要手段之一，水性涂料的開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用受到了國(guó)家和相關(guān)單位的高度重視。但水性重防腐涂料在性能和施工上還存在一定短板，發(fā)展速度緩慢，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年重防腐涂料在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用不足3.5%[10]。

2.3.1 海洋重防腐領(lǐng)域的應(yīng)用

水性涂料在應(yīng)用上相比于溶劑型涂料還存在一定的劣勢(shì)，在海洋、石油石化等工業(yè)的重防腐領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)還是非常有限的。

金如君分別對(duì)水性涂料進(jìn)行了抗閃銹、耐水、可目視存罐時(shí)間、低溫貯存與運(yùn)輸性能進(jìn)行了測(cè)試[11]。結(jié)果表明，施工過(guò)程中，如果保持通風(fēng)，干燥良好，水性涂膜理論上是具備一定耐水性的；倫敦的Penguard WF雙組分水性環(huán)氧底漆能夠達(dá)到目視存罐時(shí)間，并且能夠在-10 ℃條件下保存28 d而不影響其使用性能。

2.3.2 石油石化重防腐領(lǐng)域的應(yīng)用

石油石化企業(yè)始終暴露在易燃易爆的化工液體和氣體中，其設(shè)施設(shè)備也常年處于高腐蝕環(huán)境。由于水性涂料綠色環(huán)保，不燃不爆，所以采用水性涂料不僅可以在涂裝過(guò)程中避免火災(zāi)隱患，保證施工安全，并且能夠?qū)υO(shè)施設(shè)備起到防腐作用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

李洪巖對(duì)應(yīng)用在石油石化重防腐領(lǐng)域的水性涂料的配套方案，配套應(yīng)用，技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，給出了很多具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)，指出水性涂料的合理配套使用能夠應(yīng)用在石油石化防腐蝕中[12]。

2.3.3 混凝土防腐中的應(yīng)用

在混凝土的防腐中，水性涂料主要用在大氣區(qū)中的弱腐蝕和中腐蝕環(huán)境中，對(duì)強(qiáng)腐蝕的環(huán)境要降低防腐年限。水性涂料可以使用在潮濕地區(qū)，一般不可以使用在浸水區(qū)，在浸水區(qū)使用時(shí)需要采用水性環(huán)氧體系且適當(dāng)降低防腐年限。

武德濤結(jié)合混凝土在橋梁防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)、防腐技術(shù)條件和實(shí)際實(shí)踐對(duì)水性涂料體系進(jìn)行了研究。他認(rèn)為用于混凝土防腐的水性涂料可以根據(jù)使用環(huán)境的不同，要求的防腐年限以及被保護(hù)混凝土的情況來(lái)選擇。水性涂料在混凝土重防腐領(lǐng)域已經(jīng)逐漸開(kāi)始被使用。根據(jù)不同的環(huán)境，采用不同的體系，合理設(shè)計(jì)配方，即能達(dá)到一定的防腐年限。

3 結(jié)語(yǔ)

水性涂料是未來(lái)我國(guó)涂料的發(fā)展趨勢(shì)。目前，我國(guó)在環(huán)保方面的政策法規(guī)還非常有限，一些生產(chǎn)企業(yè)還需在技術(shù)方面進(jìn)一步革新，水性涂料的成本需要降低以及大眾對(duì)水性涂料的認(rèn)知和認(rèn)可程度還有待提高。以上這些問(wèn)題的存在使得我國(guó)對(duì)水性涂料的研制和應(yīng)用依然在起步階段，市場(chǎng)上使用的水性涂料多是國(guó)外產(chǎn)品，所以我國(guó)的相關(guān)工作者和研究者需要不斷地吸取優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，積極開(kāi)發(fā)出高性能的水性涂料。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，水性涂料在我國(guó)一定可以大顯神通。