淺談水性工業(yè)涂料取代油性工業(yè)涂料

諸 峰

浙江羅星實(shí)業(yè)有限公司 浙江 嘉興 314000

引言

隨著國際社會(huì)對(duì)環(huán)保的重視程度加深,減少涂料行業(yè)中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)使用的壓力越來越大,這導(dǎo)致了水性體系的發(fā)展,并且已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究并將其用于工業(yè)涂料中。與此同時(shí),隨著水性涂料標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái),我國工業(yè)涂料生產(chǎn)企業(yè)紛紛“下水”。在這種情況下,水性工業(yè)涂料取代油性工業(yè)涂料成為未來我國涂料行業(yè)的主要趨勢。

1 新型水性工業(yè)涂料的特點(diǎn)及局限

在生活用品的生產(chǎn)和使用領(lǐng)域,更加天然、環(huán)保、高品質(zhì)的水性涂料產(chǎn)品已經(jīng)成為國內(nèi)涂料市場的新寵兒。一方面,這與現(xiàn)代社會(huì)對(duì)生活品質(zhì)的追求提升有關(guān);另一方面,也與更加嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)有關(guān)。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格,傳統(tǒng)溶劑型工業(yè)涂料向水性、粉末等環(huán)保產(chǎn)品轉(zhuǎn)型進(jìn)程加快,水性工業(yè)涂料近年來一直是重要的研究重點(diǎn)。

在眾多水性工業(yè)涂料中,水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧樹脂涂料和水性丙烯酸樹脂涂料最受關(guān)注。以水為基礎(chǔ)的聚合物晶格分散體(水性工業(yè)涂料)通過降低最終產(chǎn)品的揮發(fā)性有機(jī)物含量(voc),為有機(jī)溶劑型涂料(油性工業(yè)涂料)提供了一種可行的替代品。這一領(lǐng)域的主要研究方向包括研究涂料成膜過程中粒子的聚合、不同聚合物晶格的成膜能力、粒子聚合過程中聚合段的互擴(kuò)散以及乳膠涂料的機(jī)械和粘彈性能[1]。

水性工業(yè)涂料反應(yīng)體積小,無回流,循環(huán)過程中反應(yīng)溫度易于控制。乳化劑(陰離子型、非離子型)和其混合物、立體穩(wěn)定劑(聚乙烯醇(pvoh)、羥乙基纖維素、聚乙二醇、新型保護(hù)膠體等)和一般的可聚合表面活性劑成功地穩(wěn)定了水性乳膠。醋酸乙烯酯(vac)乳液均聚物和共聚物(latexes)廣泛用作水性室內(nèi)外建筑涂料、涂料和黏合劑中的黏合劑,因?yàn)樗鼈兙哂斜入p單體均聚物更高的機(jī)械性能和耐水性能[2]。醋酸乙烯酯與丙烯酸酯類單體共聚,可以根據(jù)乳化劑的分子結(jié)構(gòu)、共聚物組成、引發(fā)體系和聚合過程中的保護(hù)膠體等因素,生產(chǎn)出具有廣泛力學(xué)性能和分子性能的乳酸酯。最重要的是混凝土與二氧化碳的碳化反應(yīng),主要是氯化物鹽的作用,是造成混凝土降解的主要原因。水性涂層可作為抗腐蝕劑的物理屏障,有助于提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

機(jī)械強(qiáng)度一直是阻礙日化水性涂料實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。水性涂料表面的微觀納米結(jié)構(gòu)很容易被外力破壞,特別是機(jī)械摩擦,這會(huì)導(dǎo)致涂層失去疏水性,這也成為水性涂料的局限之一。此外,水性涂料及其大多數(shù)必須受到保護(hù),以免受到微生物的破壞。為此,涂料工業(yè)減少揮發(fā)性成分的嘗試,增加了水性涂料對(duì)細(xì)菌侵襲的敏感性。

2 水性工業(yè)涂料取代油性工業(yè)涂料的必要性

采用傳統(tǒng)油性工業(yè)涂料的目的在于防止吸水;防止涂層表面,涂層界面以及本身的微生物感染;保護(hù)免于過多的水分吸收和紫外線;減少涂料水分的快速波動(dòng)或尺寸變化;降低涂料氣穴,氣孔和邊緣潤濕不良的缺陷。然而,隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,新型的水性工業(yè)涂料將是未來工業(yè)涂料發(fā)展的主要方向。

在具體研究中,將水性工業(yè)涂料的機(jī)械性能與三種不同的油性工業(yè)涂料的性能進(jìn)行比較,通過掃描電子顯微鏡的形態(tài)學(xué)表征表明,新型水性工業(yè)涂料涂覆的KP類似于層狀結(jié)構(gòu),其中,部分涂層保留在表面上,并且部分涂層被KP吸收;與油性工業(yè)涂料相比,新型水性工業(yè)涂料表現(xiàn)出最高的拉伸剛度和壓縮強(qiáng)度;水性工業(yè)涂料的出色機(jī)械性能與環(huán)保工藝相結(jié)合,可使用生物基溶劑獲得可回收的EPS,從而為水性涂料應(yīng)用帶來了諸多優(yōu)勢[3]。這是由于新型水性工業(yè)涂料的一個(gè)關(guān)鍵特征是膠體穩(wěn)定系統(tǒng)不會(huì)引入水敏感性,實(shí)際上濕粘合特性與現(xiàn)有的粘合促進(jìn)型涂料具有完全的可比性。其中膠體穩(wěn)定劑旨在與鈦螯合物(如Tilcom AT23)相互作用,從而建立一種弱的凝膠結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以被剪切力分解。

交聯(lián)是由在所需的互擴(kuò)散程度之后發(fā)生的刺激觸發(fā)的。用于智能水性涂料的不同類型的交聯(lián)涉及功能基團(tuán),例如烷氧基硅烷,羧酸,碳二亞胺,氮丙啶,異氰酸酯和多元醇,其中觸發(fā)因素可能是p H,溫度或溫度的變化含水量。這類水性工業(yè)涂料可以與締合性增稠劑(及其摻合物)和鈦螯合物一起配制,因此提供了相當(dāng)大的配方靈活性,這是常規(guī)的表面活性劑穩(wěn)定的油性工業(yè)涂料無法實(shí)現(xiàn)的。

新型水性工業(yè)涂料的另一個(gè)好處是利用眾所周知的二氧化鈦(銳鈦型)的氧化特性,發(fā)揮了光催化作為自清潔工藝的潛力,以用于日常生活用品的表面自清潔。涂料采用低溫原位合成以獲得在聚苯乙烯(PS)載體上的催化層。該技術(shù)通過引入鈦螯合物會(huì)大大提高水性工業(yè)涂料的低剪切速率黏度,加速表面污垢的分解。最終加工者無需花費(fèi)任何精力進(jìn)行現(xiàn)場上光或固化。在成型過程中,可以觀察到以裂紋形成和分層形式出現(xiàn)的透明涂層損壞。可以預(yù)見的是,生活用品領(lǐng)域水性工業(yè)涂料取代油性工業(yè)涂料已成定局。

結(jié)論

綜上所述,本文試析了水性工業(yè)涂料的基本種類和主要特點(diǎn),論述了未來水性涂料取代油性涂料的必然性,為相關(guān)行業(yè)和從業(yè)人員提供了一定的思考和借鑒,對(duì)于推進(jìn)我國水性涂料的發(fā)展有一定的理論價(jià)值。