無機(jī)水性涂料環(huán)保性能研究

趙胤

(遼寧石油化工大學(xué) 遼寧撫順 113001)

金屬材料有著優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在產(chǎn)業(yè)開發(fā)和人們的日常生活中廣泛使用。但是，使用中的這些金屬材料，由于腐蝕性粒子的侵蝕，容易受到腐蝕，嚴(yán)重情況下，也會(huì)引起安全事故。因此，為了防止金屬材料的腐蝕，需要采取特定的對(duì)策。在無機(jī)水性涂料薄膜上，親水性基團(tuán)的殘留物在涂層內(nèi)形成極性通道，使水分子和各種腐蝕性粒子增加到達(dá)金屬基面，引起金屬材料的腐蝕與溶劑相比，防腐蝕層涂層更耐用。

1 無機(jī)水性涂料研究

水性涂料是水性釉藥的水性油性樹脂涂層，包括灰度機(jī)專用的特殊水性分級(jí)油、柔性版本的水性分級(jí)油、凹版用的水性分級(jí)油、水性分級(jí)油、水性膜復(fù)合粘合劑等。作為無機(jī)水性涂料的基礎(chǔ)材料使用的樹脂中，含有醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯樹脂。此外，還需要添加共溶劑、乳化劑、皮膜形成劑、增稠劑、消泡劑、干燥機(jī)、霉菌殺菌劑、防腐劑等各種添加劑。在金屬基板上進(jìn)行無機(jī)水性涂料的情況下，如果涂層膜不干燥的話，基板容易腐蝕，所以選擇適合水性涂料的腐蝕防止劑非常重要，必須同時(shí)考慮防腐劑的有效性和毒性，一般使用鉬酸鈉、碳酸鈉、苯甲酸鋅等。

曹澤宇等人認(rèn)為，研究了不同水灰比對(duì)以煤矸石煅燒高嶺土為主要原料的無機(jī)水性涂料性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明：在其他條件相同的情況下，當(dāng)水灰比＜0.5時(shí)，由于礦物水化反應(yīng)不完全而導(dǎo)致涂層遇水出現(xiàn)裂紋，脫落等現(xiàn)象；當(dāng)水灰比＞0.7 時(shí)，涂料在干化過程中礦物聚合物由三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向二維鏈狀過渡，從而導(dǎo)致涂層性能開始下降，出現(xiàn)粉化現(xiàn)象；當(dāng)水灰比為0.5～0.6 時(shí)，涂層耐洗刷次數(shù)在4 萬次以上，硬度在5 H以上，耐水性能良好，涂層性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。王勛等人認(rèn)為，簡單介紹了水利工程鋼結(jié)構(gòu)用水性無機(jī)富鋅涂料的應(yīng)用要求，并對(duì)水性無機(jī)富鋅涂料用原材料及制備工藝進(jìn)行了闡述。重點(diǎn)研究了水性無機(jī)富鋅涂料中基料、鋅粉、硅烷偶聯(lián)劑等原材料對(duì)涂料性能的影響，并進(jìn)行了初步分析[2]。

簡彥紅等人認(rèn)為，綜述了以硅酸鹽溶液為主要原材料的無機(jī)涂料分類、應(yīng)用，以及對(duì)無機(jī)涂料達(dá)到的技術(shù)成果進(jìn)行介紹，最后闡述了無機(jī)涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)其今后發(fā)展的愿景[3]。陳剛等人認(rèn)為，采用半連續(xù)乳液聚合法，以丙烯酸酯類單體，配以環(huán)氧丙烯酸酯，乙烯基硅氧烷功能單體，合成了一種硅丙乳液，以此作為有機(jī)成膜物質(zhì)添加至無機(jī)硅酸鉀溶液中，與鋅粉混合制備高附著力高柔韌性水性無機(jī)富鋅涂料[4]。

2 汽車涂料研究

水性汽車涂料是以環(huán)保材料為基礎(chǔ)的環(huán)保產(chǎn)品，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)環(huán)境和人類的影響很少，沒有帶來危害的傾向。目前，減少有毒有害物質(zhì)包括在傳統(tǒng)的汽車涂層中最直接的方法是使用水性汽車涂層，這已經(jīng)成為汽車涂層行業(yè)的一般發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)調(diào)查可知，制造汽車的很多工廠，從以前的汽車表面涂層變成了水性涂層。

水腐蝕介質(zhì)中金屬的腐蝕，因此引起設(shè)備損壞和金屬離子，漆膜不僅顏色發(fā)黃，而且漆降低膜防蝕的能力。水性涂料的涂漆的吸收，因此，需用不銹鋼容器和輸送管路應(yīng)制作、化學(xué)鈍化處理。

束樹軍認(rèn)為，零部件種類繁多且復(fù)雜，文章歸納總結(jié)了汽車零部件的分類，并對(duì)汽車零部件材料類型以及所用涂料類型進(jìn)行了分類匯總，總結(jié)分析了水性汽車零部件涂料的研究進(jìn)展，分享了兩個(gè)水性創(chuàng)新案例。汽車零部件水性涂料發(fā)展較快，具有較大的潛在應(yīng)用市場[5]。李秀苗等人認(rèn)為，通過自由基聚合，以丙烯酸單體、環(huán)氧酯、有機(jī)硅單體合成三元雜化體（LH-302），再添加DIC 環(huán)氧分散體（EPICLONH-502-42W），得到水性快速復(fù)合成膜體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：m（三元雜化體）∶m（DIC環(huán)氧分散體）配比為4∶1，其制得的涂膜綜合性能佳，耐鹽霧，耐油性，附著力優(yōu)良[6]。王輝認(rèn)為，水性汽車涂料在高溫烘烤后，清漆已經(jīng)高度交聯(lián)，重涂時(shí)中涂，色漆想要在其上層附著，難度很大。若要提升附著力，可從兩個(gè)方面入手：一是物理方法，通過對(duì)清漆層進(jìn)行打磨處理，提升其表面積，進(jìn)而改善附著力；二是化學(xué)方法，通過對(duì)中涂，色漆中的樹脂和助劑進(jìn)行篩選和調(diào)整，改善其剛性和對(duì)下層基材的咬合能力，從而提升其對(duì)清漆層的附著力[7]。于全蕾等人認(rèn)為，介紹了軌道交通車輛用水性環(huán)氧底漆，水性聚氨酯中涂漆，水性聚氨酯面漆，水性聚氨酯底色漆和水性聚氨酯清漆的性能測試試驗(yàn)研究情況，選取了具有代表性的國內(nèi)外軌道交通涂料廠商的水性涂料樣品，著重研究了耐中性鹽霧性能，耐紫外老化性能，有害物質(zhì)含量和防火性能，并對(duì)這些性能做了對(duì)比分析和影響因素的機(jī)理探討[8]。

3 無機(jī)水性涂料環(huán)保性能研究

水性涂料是水性釉藥的水性油性樹脂涂層，包括灰度機(jī)專用的特殊水性分級(jí)油、柔性版本的水性分級(jí)油、凹版用的水性分級(jí)油、水性分級(jí)油（壓力分級(jí)粘合劑）、水性膜復(fù)合粘合劑等。作為水性涂層的基礎(chǔ)材料使用的樹脂中，含有醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯樹脂。此外，還需要添加共溶劑、乳化劑、皮膜形成劑、增稠劑、消泡劑、干燥機(jī)、霉菌殺菌劑、防腐劑等各種添加劑。日本、英國、德國在霉菌殺菌劑的研究中更具體系性，水性涂層主要是有機(jī)硫醇和一些無機(jī)金屬離子抗菌劑，在金屬基板上進(jìn)行水性涂層的情況下，如果涂層膜不干燥的話，基板容易腐蝕，所以選擇適合水性涂層的腐蝕防止劑非常重要，必須同時(shí)考慮防腐劑的有效性和毒性，一般使用鉬酸鈉、碳酸鈉、苯甲酸鋅等。

無機(jī)水性涂料的優(yōu)點(diǎn)是污染少、安全性高、結(jié)構(gòu)方便，但也有以下缺點(diǎn)：（1）無機(jī)水性涂料的基本材料和添加劑是有機(jī)物質(zhì)，有機(jī)物的量系統(tǒng)內(nèi)的溶劑為2%～12%，持續(xù)引起對(duì)環(huán)境的污染；（2）特別是在低溫、高濕環(huán)境下，皮膜形成干燥時(shí)間變長；這是因?yàn)樗恼舭l(fā)熱比有機(jī)溶劑大，為了促進(jìn)水的蒸發(fā)，需要采取對(duì)策；（3）由于水的表面張力高，所以很難弄濕基材的涂層；（4）作為溶劑使用水的話，金屬矩陣容易腐蝕；（5）樹脂和水溶性差，涂料儲(chǔ)藏穩(wěn)定性差；（6）水的凝固點(diǎn)比幾乎所有的有機(jī)溶劑都高，所以涂層的穩(wěn)定性降低；（7）易受微生物損傷。

水性涂層的干燥速度比傳統(tǒng)涂層的干燥速度快得多，采用標(biāo)準(zhǔn)操作方法。在同一條件下，噴涂水性涂料所需的時(shí)間約為10 min，但傳統(tǒng)的噴涂完成需要約為20 min。此外，汽車在性能方面不僅有涂層的優(yōu)點(diǎn)，還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）與傳統(tǒng)的汽車涂層相比，在同一區(qū)域，色彩更加完善，覆蓋能力更強(qiáng)，車的涂層較低，大大縮短了工作時(shí)間提高生產(chǎn)效率和顧客滿意度；（2）與傳統(tǒng)的汽車涂層相比，水性汽車涂層與較薄的涂料、更光滑、更高水平的外部涂料相結(jié)合，呈現(xiàn)出全色光澤良好的外觀；（3）顏色穩(wěn)定性高，不易受到各種涂裝技術(shù)的影響，不易發(fā)生凹凸、光滑等問題。比起以前的涂料，修補(bǔ)汽車刮蹭更簡單。除了汽車自身的性能外，由于由于水性涂料噴涂、修補(bǔ)汽車更加簡單、工作效率高，汽車無機(jī)水性涂料被廣泛使用。

孟令巧等人認(rèn)為，綜述了近年來國內(nèi)外相關(guān)各類環(huán)保型水性涂料的研究進(jìn)展與成果，介紹了水性聚氨酯、水性丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧樹脂及其改性樹脂在涂料中的應(yīng)用，并對(duì)水性涂料在未來工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展前景和方向做出了展望[9]。李艷昊認(rèn)為，環(huán)保節(jié)能型水性聚氨酯涂料由于其具有較低的揮發(fā)性排放而被廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)中，發(fā)揮著極其重要的作用。建筑行業(yè)需要大量的涂料，造成了能源消耗和環(huán)境污染，因此，應(yīng)利用環(huán)保節(jié)能型水性聚氨酯研制環(huán)保節(jié)能的建筑涂料，減少建筑工程中的能源浪費(fèi)，節(jié)省工程造價(jià)，推動(dòng)建筑行業(yè)更加快速、穩(wěn)定地發(fā)展[10]。荊凡迎等人認(rèn)為，以50%含量的水性環(huán)氧樹脂和50%含量的固化劑為成膜物，添加防銹顏填料配置成一種水性環(huán)氧防銹涂料。分別選擇了滑石粉、氧化鐵紅、三聚磷酸鋁、磷酸鋅為顏填料，固定顏填料體積濃度為25%，考察不同顏填料組成對(duì)附著力、硬度、耐鹽水和耐鹽霧試驗(yàn)等性能的影響。結(jié)果表明顏填料中滑石粉、氧化鐵紅、三聚磷酸鋁和磷酸鋅的質(zhì)量比為1∶1∶1∶1時(shí)，漆膜的附著力為0級(jí)，硬度為4 H，在3.5%鹽水中浸泡360 h無變化，在鹽霧實(shí)驗(yàn)中720 h 無變化，具有最優(yōu)的性能[11]。

劉峰認(rèn)為，隨著人們生活水平的提高，越來越重視綠色環(huán)保對(duì)身體健康的重要性。國家開始大力發(fā)展環(huán)保事業(yè)，在日常生活中，其實(shí)也隨處可見一些不環(huán)保的材料，比如涂料。涂料是日常生活中最常見的一種物質(zhì)，而涂料中含有大量的有害物質(zhì)，會(huì)危害人的身體健康，尤其是對(duì)于孩童來說，涂料的殺傷力更強(qiáng)。而通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，水性涂料對(duì)人體沒有傷害，也不污染環(huán)境，使用起來非常方便，因此水性涂料得到了很大的發(fā)展和提升，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。主要結(jié)合水性涂料的特點(diǎn)，探討水性涂料性能檢測的有效性[12]。龐宇認(rèn)為，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各行各業(yè)的運(yùn)作模式與過去相比也都有了非常大的變化，其中的涂裝領(lǐng)域也不例外。社會(huì)的發(fā)展也讓國家對(duì)大氣VOC排放提出了更高的要求，國家規(guī)劃對(duì)污染物排放總量也在不斷降低，且對(duì)車間清潔生產(chǎn)提出了更高的要求。另外，傳統(tǒng)涂裝工作會(huì)比較注重涂裝的裝飾性與高防腐性能，所以只有不斷對(duì)新材料、新技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，這樣才能更好地滿足行業(yè)發(fā)展需要[13]。于偉等人認(rèn)為，從水性涂料理化性能、環(huán)保性、施工工藝及施工成本分析等方面，通過與溶劑型涂料對(duì)比，得出水性涂料綜合性能優(yōu)良，施工VOC排放降低70%以上，施工環(huán)境窗口相對(duì)較窄，基本能夠滿足工程機(jī)械行業(yè)更高的綠色環(huán)保涂裝要求。但在工程機(jī)械行業(yè)現(xiàn)階段推廣應(yīng)用要綜合衡量涂料成本、涂裝作業(yè)量、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放指標(biāo)、涂裝線體設(shè)備改造投入、VOC末端處理設(shè)備投入及運(yùn)行成本等，以降低涂裝綜合成本，順應(yīng)環(huán)保綠色涂裝的發(fā)展方向[14]。

4 結(jié)語

近年來，世界汽車制造業(yè)遭遇金融危機(jī)，產(chǎn)量急劇減少，但中國汽車制造業(yè)迎來了快速發(fā)展的時(shí)期?；跓o機(jī)水性涂料的開發(fā)受到對(duì)重型機(jī)械的投資和工作環(huán)境的嚴(yán)格要求的限制，因此很難在沒有技術(shù)預(yù)備設(shè)計(jì)的情況下變革20世紀(jì)建設(shè)的汽車涂覆線。近年來，中國的汽車制造業(yè)構(gòu)筑了近20條水性涂料生產(chǎn)線，無機(jī)水性涂料的開發(fā)有利于節(jié)約資源，改善環(huán)境污染，實(shí)施清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)有效的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。隨著無機(jī)水性涂料技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，價(jià)格、性能和建筑技術(shù)將得到進(jìn)一步提升，對(duì)無機(jī)水性涂料設(shè)備的投資將會(huì)減少，有望有更大的發(fā)展空間來促進(jìn)。擴(kuò)大無機(jī)水性涂料的適用領(lǐng)域。在我們國家提倡的“綠色環(huán)保”的背景下，水性車的鍍膜與傳統(tǒng)的車相比有更多的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。一般來說，人們現(xiàn)在更注重健康，所以各種各樣的人相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最終將進(jìn)一步發(fā)展為汽車無機(jī)水性涂料的趨勢(shì)。但是，中國現(xiàn)在面臨著汽車無機(jī)水性涂料的問題，相關(guān)研究比較落后，技術(shù)比較不成熟，造成了嚴(yán)重?fù)p失。因此，中國的汽車水性涂料的開發(fā)將進(jìn)一步推進(jìn)，期待中國提倡的綠色環(huán)保的想法能早日實(shí)現(xiàn)。