水性涂料现状及展望

水性涂料现状及展望

水性涂料现状及展望

陈修宁1 许宁2 何程林2 杨劲松2 徐玉华2 徐玉俊2 林建新2（1. 昆山市板明电子科技有限公司；2.江苏中科金龙化工有限公司）0 引言

传统溶剂型涂料在其制造和使用过程中含有大量的有机挥

发物（简称VOC），给环境带来了或多或少的污染和破坏，对人体造成了损害。涂料的发展在不断改善人类物质生产、生活需求的同时，也使环境迅速恶化。在环保意识强化的现代，开发低VOC 环保型的绿色涂料产品凸显其重要性。新型、绿色环保型涂料技术主要有向高固含量涂料、粉末涂料及水性涂料方向发展，其中水性涂料增长最为迅速，市场占有率最高。

水性涂料是以水作溶剂或分散介质的一类涂料，在建筑涂料领域已普遍采用。汽车涂装作为工业涂装的一个重要领域，在欧洲从底漆、中涂到面涂基本实现了水性化。但在一般的工业涂装领域，包括防腐涂装领域，仍大量使用溶剂型涂料，这显然和环境保护法日益强化，人们普遍重视环境保护的

今天很不和谐。在可能的情况下用水性涂料代替溶剂型涂料是必然的趋势。

1 水性涂料产业化现状

欧、美、日等发达国家对可持续的低VOC 水性涂料的开发和应用非常重视。到20 纪末，水性涂料的产量已占世界涂料总产量的30%左右，与溶剂型涂料基本相当。欧洲是水性涂料全球最大的市场，市场占有率达40%。这要归功于绿色建筑标准的出台，促使水性涂料的需求量的增长。目前的欧洲水性涂料的普及率已比较高，在德国，建筑涂料中的93%都使用水性涂料，就连发展最慢的挪威也有47%的建筑涂料实现了水性化[2]。根据Grand View Research 最新研究报告，预计到2022 年水性涂料市场将达到1 461.1 亿美元，随着亚太地区基础建设项目的增加，2015—2022 年亚太地区水性涂料增长率最快将达到7.9%，届时亚太地区将取代欧洲成为全球最大的水性涂料市场。

近几年随着我国经济发展，在水性涂料领域取得了巨大的进步，但是与发达国家相比，还有一定的差距。国内建筑涂料

已基本实现水性化，而木器涂料的水性化率还较低，由于环保意识的增强，木器涂料在家装行业水性化已成为老百姓关心的问题。汽车制造行业也开始使用了水性涂料，据报道，本田在武汉建立的工厂将采用水性涂料，通用上海生产的别克凯越汽车已实现水性化，但完全采用的国外水性涂料产品。皮革涂饰领域，国内水性涂饰产品开发虽有一定基础但还远不够深入，特别是高档皮革涂饰材料，皮革涂饰行业国外公司产品的占有率超过了50％。纺织涂层领域水性涂料发展较快，水性化率已接近50％。近年来，随着国内汽车制造和电子工业的快速发展，推动了我国水性涂料行业的发展。

2 水性涂料的研究现状

水性涂料是以水基高分子为成膜物质的。水性涂料自20 世纪60 年代出现以来，特别是90 年代以后，发展的速度非常快，已形成多品种、多功能、多用途、多规格的庞大体系。按照不同的分类标准有不同的分类。本文按成膜物质的不同，介绍了几种常见水性涂料的研究现状。

2.1 水性醇酸树脂涂料

醇酸树脂是最先应用于涂料工业的合成树脂之一，它是由多元醇或者多元胺与多元酸和一元酸（植物油）缩聚而成的一种树脂。醇酸树脂配方灵活，原料来源广泛，可通过用其他材料改性来提高醇酸树脂的综合性能。醇酸树脂对各种底材有良好的润湿性及相容性，附着力优良，成为涂料行业中量大面广的产品。目前，水性醇酸树脂的制备方法可以大致分为2 种:（1）自乳化法，是通过在分子链中引入亲水基团或亲水链段的方法使树脂分散或溶解在水中；（2）成盐法，通过化学反应将醇酸树脂主链转变为亲水性的离子。水性醇酸树脂继承了溶剂型醇酸树脂的优点，自身也因水性化而产生了一些缺点：传统的催干剂体系在水性体系中丧失了部分活性，需要选用新型的催干体系提高水性醇酸树脂的干燥速度和交联密度；酯键在水性体系中容易发生水解，导致体系的稳定性降低。新型催干体系和提高酯键的水解稳定性等领域已成为水性醇酸树脂研究的重点，近阶段已经取得了一些进展。如Servo 公司、Vianova 公司、OMG 公司等正在开发新型催干剂来提高水性醇酸树脂的干燥速度，如钴盐和钾盐的络合物；通过在分子链上引入耐水解的合成原料（如用长碳链多元醇替代短碳链多元醇、间苯替代邻苯等）

和控制亲水基团的中和度等方法来解决醇酸树脂易水解的

问题。

水性醇酸树脂涂料的未来研究趋势是：使用对环境友好的助溶剂，降低涂料的施工黏度，进一步增强薄涂膜的耐腐蚀性，降低成本，开发具有特殊功能的水性醇酸涂料。

2.2 水性环氧树脂涂料

环氧树脂涂料具有：涂膜对各类底材附着力良好、收缩性小、硬度高，耐腐蚀性、耐化学药品性、耐磨性好和电气绝缘性好等优异性能，并且价格低廉。水性环氧涂料基本保持了传统溶剂型环氧涂料的诸多优点，而且具有自己特殊的优势（绿色环保、可以在潮湿的环境中固化），已成为环氧涂料的重要发展方向。水性环氧的制备方法主要有直接法、相反转法和自乳化法等。直接法和相反转法都是通过外加乳化使环氧树脂乳化成水分散体，其优点是成本低、制造工艺简单，但是制备的水性环氧树脂乳液粒径较大、形状不规整、稳定性较差，并且成膜性能也不好，限制了其使用范围。自乳化法是在环氧树脂分子链段中引入亲水的基团和链段，然后在外力作用下通过相反转形成稳定的乳液，该乳液粒子较细，且不含有外加的乳化剂。形成的涂膜的综合性能较好，可以

达到甚至超过溶剂型环氧树脂。

目前，水性环氧涂料应用较为广泛的是室温双组分体系，主要有2 部分组成：甲组分是以分散形式存在的环氧树脂；乙组分是亲水性固化剂，在成膜过程中通过和环氧树脂反应形成涂膜。影响涂膜性能的因素很多，最关键的是提高环氧树脂与固化剂的相容性。目前这方面的研究取得了不错的进展。DowDeutschland 公司开发了一种新型的双组分水性环氧树脂，该乳液的成膜温度低，综合性能优异，如对各种基材的附着力好，且具有优异的耐化学性、耐水性和耐溶剂性等。

陶永忠等采用低相对分子质量的环氧树脂与非离子表面活

性剂(以BMJ 表示)反应合成了BMJ 环氧加成物，然后经封端和成盐制备出了新型水性环氧固化剂，再配合相应的环氧树脂得到了硬度高和耐水性、柔韧性优异的涂膜，但其耐酸碱性需要进一步的改善。刘汉杰等则将表面活性剂接枝到聚氨酯改性环氧树脂主体上，制备了水性聚氨酯改性环氧树脂固化剂，用该固化剂配制的地板涂料综合性能优良，且成本较低。

环氧树脂涂料具有优异的防腐性能和附着力，作为底漆几乎可以应用于所有的材料表面。像混凝土、水泥地面封闭底漆、