高固體份涂料的環(huán)保性能分析

1前言

隨著環(huán)保法律法規(guī)的不斷加強(qiáng)和涂料制造技術(shù)的迅速發(fā)展，高固體份涂料（HighSolid Coat），簡稱HSC）作為一種新型環(huán)保涂料逐漸成為行業(yè)發(fā)展的重要方向。HSC的固體含量通常在 65% 至 85% 之間，甚至在無溶劑涂料的技術(shù)基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了具有更高環(huán)保性能的聚脲彈性體涂料。這類涂料不僅能夠有效減少揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放，還能降低傳統(tǒng)涂料在生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染，符合日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。特別是在汽車工業(yè)、石油化工儲(chǔ)罐、海洋和海岸設(shè)施等領(lǐng)域，HSC的應(yīng)用呈現(xiàn)出廣泛的前景。由于其優(yōu)異的性能，HSC的研究和推廣已成為涂料行業(yè)環(huán)保轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容。為了深入探討HSC的環(huán)保性能，本研究旨在通過實(shí)驗(yàn)分析，全面評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的環(huán)保效果，揭示其在降低VOC排放、提高涂層質(zhì)量及施工便利性方面的優(yōu)勢。通過本研究的開展，能夠?yàn)镠SC的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)，促進(jìn)涂料行業(yè)的綠色發(fā)展。

2高固體份涂料概述

高固體份涂料的組成主要由高固體份樹脂、顏料、固化劑、助劑和少量溶劑組成，其中高固體份樹脂是決定涂料性能的關(guān)鍵成分。高固體份樹脂的選擇直接影響涂料的附著力、耐久性和光澤度等特性。HSC通常采用作者簡介：鄭新凱（1971.09-），男，漢族，河南西平人，本科，工程師（涂料研發(fā)），注冊(cè)安全工程師，研究方向：技術(shù)開發(fā)，技術(shù)管理。

低分子量的聚合物或者低聚物，這些聚合物具有較高的交聯(lián)反應(yīng)性，能夠在固化過程中形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和抗化學(xué)腐蝕性能4。顏料的種類和質(zhì)量決定涂料的色彩耐久性和遮蓋力，而固化劑則確保涂料在施涂后能夠快速硬化并形成牢固的涂層。助劑的使用主要是為改善涂料的流平性、施工性和消泡性等特性。在HSC中，溶劑的比例較低，主要起到幫助溶解樹脂、調(diào)節(jié)施工黏度和提高施工性能的作用。由于高固體份涂料的固體含量較高，其施工過程中需要較少的涂料量來達(dá)到相同的涂層厚度及涂裝效果，從而大大減少了VOC的排放，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)的主要目的是評(píng)估高固體份涂料（HSC）在實(shí)際應(yīng)用中所表現(xiàn)出的環(huán)保性能，特別是其在減少揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放、提升涂層質(zhì)量和施工效率等方面的優(yōu)勢。研究通過一系列的實(shí)驗(yàn)測試，旨在定量分析HSC的環(huán)保效果，并與傳統(tǒng)涂料進(jìn)行對(duì)比，從而為HSC在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用推廣提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù)。

3.2高固體份涂料樣品的選擇

為了確保實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和代表性，本研究依據(jù)我國現(xiàn)行環(huán)保法規(guī)及涂料行業(yè)的實(shí)際需求，選擇了符合國家標(biāo)準(zhǔn)的三種高固體份涂料（HSC）樣品進(jìn)行測試。樣品的選擇基于涂料的固體含量、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放量、涂層性能等關(guān)鍵指標(biāo)，具體樣品如下：

（1）樣品A：采用氨基聚酯樹脂涂料，固體含量為

68% ，VOC排放量為 320g/L ，適用于汽車行業(yè)中的中涂層。根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《車輛涂料中有害物質(zhì)限量》（GB24409-2020）規(guī)定，VOC排放量應(yīng)小于 480g/L ，樣品A符合這一標(biāo)準(zhǔn)。該涂料具有良好的附著力和耐候性，適合在較為惡劣的氣候條件下使用，干燥時(shí)間為 分鐘。

（2）樣品B：采用丙烯酸聚氨酯涂料，固體含量為72% ，VOC排放量為 305g/L ，適用于高耐候橋梁、船舶、工程涂料。根據(jù)《工業(yè)防護(hù)涂料中有害物質(zhì)限量》（GB/T30981-2020），VOC排放量不得超過 480g/L ，樣品B符合這一標(biāo)準(zhǔn)。該涂料具有較強(qiáng)的抗污染性和抗紫外線能力，施工固體份高，VOC排放低，常溫干燥時(shí)間為48小時(shí)或者強(qiáng)制干燥 分鐘。

（3）樣品C：采用聚氨酯樹脂涂料，固體含量為 80% ，VOC排放量為 275g/L ，適用于工業(yè)防腐涂料，尤其在石油化工和海洋設(shè)施中廣泛應(yīng)用。該涂料具有優(yōu)異的抗化學(xué)品性能和耐鹽霧等腐蝕性能，符合《工業(yè)防護(hù)涂料中有害物質(zhì)限量》（GB/T30981-2020）的相關(guān)規(guī)定，且其VOC排放量低于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。常溫固化時(shí)間為48小時(shí)或者強(qiáng)制干燥 分鐘。

在選擇過程中，所有樣品均嚴(yán)格符合《車輛涂料中有害物質(zhì)限量》（GB24409-2020）及《工業(yè)防護(hù)涂料中有害物質(zhì)限量》（GB/T30981-2020）等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，確保其環(huán)保性能能夠滿足中國市場的法規(guī)要求。其中，樣品A的VOC排放量為 320g/L ，樣品B為 305g/L ，樣品C是275g/L ，遠(yuǎn)低于我國溶劑型涂料產(chǎn)品VOC排放限值標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的行業(yè)上限，具有較好的環(huán)保優(yōu)勢。為了進(jìn)一步驗(yàn)證高固體份涂料的實(shí)際效果，本研究還將采用常規(guī)噴涂和靜電噴涂兩種施工方法進(jìn)行測試。不同施工方式可能會(huì)對(duì)涂料的揮發(fā)性有機(jī)化合物釋放和涂層性能產(chǎn)生不同影響，因此實(shí)驗(yàn)將在兩種施工條件下進(jìn)行對(duì)比分析，以全面評(píng)估樣品的環(huán)保性能。

3.3環(huán)保性能測試步驟

實(shí)驗(yàn)開始前，首先稱量金屬基材的初始質(zhì)量。然后，按照規(guī)定的噴涂量將涂料樣品（A、B、C）噴涂到基材表面，涂層厚度控制在50um。涂布完成后稱量總重量，將涂層置于通風(fēng)環(huán)境中進(jìn)行強(qiáng)制干燥（烘干），并在涂膜完全干燥后再次稱重。通過比較涂布干燥前后的質(zhì)量變化，可以計(jì)算出涂料中揮發(fā)掉的VOC的質(zhì)量。根據(jù)每種涂料的揮發(fā)量，可以進(jìn)一步得出VOC排放量。每個(gè)樣品都進(jìn)行了三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確保結(jié)果的可靠性。

涂層質(zhì)量的測試方法沿用了標(biāo)準(zhǔn)的拉開式附著力測試（ASTMD3359-09標(biāo)準(zhǔn)）。測試時(shí)，涂層表面需要確保平整、干燥，并且使用標(biāo)準(zhǔn)的硬度刀具進(jìn)行劃痕測試，測定涂層與基材之間的附著力。為了測試涂層的耐候性，將樣品暴露在Q-SUN氣候加速老化試驗(yàn)箱中，模擬紫外線照射、濕度變化等環(huán)境因素對(duì)涂層的影響。測試周期為1200小時(shí)，每隔200小時(shí)測量涂層的色差變化（△E）以及涂層的表面退化情況，評(píng)估其耐候性。為了測試涂層耐鹽霧性能，把按標(biāo)準(zhǔn)劃格樣板放入中性鹽霧試驗(yàn)箱1000小時(shí)測試變化情況，100小時(shí)檢測一次。為了測量涂料的施工性能，首先通過旋轉(zhuǎn)式流變儀測試了樣品的粘度，確保所有樣品在相同的溫度條件下進(jìn)行測量。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，分析涂料的流動(dòng)性和施工難易程度。此外，還對(duì)常規(guī)噴涂和靜電噴涂兩種施工方式進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，控制噴涂量、干燥時(shí)間、涂層厚度等工藝參數(shù)，并記錄每種噴涂方式的施工效率和涂料利用率。

4結(jié)果分析

4.1高固體份涂料的環(huán)保性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了全面評(píng)估高固體份涂料（HSC）的環(huán)保性能，本研究對(duì)樣品 進(jìn)行了VOC排放、涂層質(zhì)量、施工性能等方面的測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1：

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，三種樣品的VOC排放量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值。尤其是樣品C，其VOC排放量最低，僅為 265g/L ，表現(xiàn)出較強(qiáng)的環(huán)保性能，和水性涂料產(chǎn)品限值相當(dāng)。在附著力測試中，樣品C表現(xiàn)最佳，附著力達(dá)到 4.0MPa ，說明其涂層質(zhì)量較高，能夠承受長期的外部環(huán)境挑戰(zhàn)。在耐候性測試中，樣品C的色差變化最?。?△E=0.9），表明其對(duì)紫外線、溫濕度等氣候因素的適應(yīng)性更強(qiáng)。

4.2環(huán)保性能分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，高固體份涂料在環(huán)保性能方面具有顯著優(yōu)勢。首先，VOC排放量是評(píng)價(jià)涂料環(huán)保性能的重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)表明，所有樣品的VOC排放量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，特別是樣品C，其VOC排放量為 265g/L 遠(yuǎn)低于高固體份涂料行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，接近水性涂料排放。這表明高固體份涂料在減少有害揮發(fā)物方面具有較大的潛力，符合綠色涂料的環(huán)保要求。在涂層質(zhì)量方面，樣品C的附著力最高，達(dá)到了 4.0MPa ，證明其涂層具有較高的牢固性和耐久性，耐鹽霧性能優(yōu)異。此涂料能夠有效抵抗外部環(huán)境因素的影響，從而減少涂層的維護(hù)頻次和資源消耗，提高了涂料的使用壽命。在耐候性測試中，樣品C的色差變化最小，說明其在長時(shí)間暴露于紫外線和氣候變化中的表現(xiàn)較為穩(wěn)定，能夠保持較好的視覺效果。在施工效率方面，盡管樣品C的流變性較高，導(dǎo)致其粘度較大，但仍能維持良好的施工效率和噴涂效果。較高的固體含量雖然增加了涂料的粘度，但減少了涂料的揮發(fā)量，因此在實(shí)際應(yīng)用中仍能保持較好的環(huán)保性能。高固體份涂料不僅滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，且在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)異的涂層質(zhì)量、耐候性和施工性能，是推動(dòng)涂料行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要選擇

5結(jié)論

本研究通過實(shí)驗(yàn)分析，全面評(píng)估了高固體份涂料（HSC）的環(huán)保性能。研究結(jié)果表明，HSC涂料在減少揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放、提高涂層質(zhì)量、提升施工效率等方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。尤其是樣品C，其VOC排放量最低，附著力、耐鹽霧和耐候性表現(xiàn)最佳，適合在對(duì)環(huán)保和涂層耐久性要求較高的領(lǐng)域推廣應(yīng)用。此外，盡管固體含量的提高可能帶來一定的施工難度，但整體施工效率依然保持在合理范圍內(nèi)，并提升了資源的利用率，進(jìn)一步減少了涂料的浪費(fèi)。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，HSC涂料將為涂料行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供重要支撐。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，HSC涂料的性能有望得到更大程度的優(yōu)化，尤其是在施工工藝和應(yīng)用領(lǐng)域方面，必將為各行業(yè)帶來更加環(huán)保、高效的解決方案。

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