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1 引言

防腐蝕涂層是防止基材腐蝕的主要方法之一，目前各防腐蝕涂層多采用溶劑型防腐涂料，該涂料很大的缺點(diǎn)是含有大量的溶劑，污染環(huán)境、易燃，對(duì)人體和人類的生存環(huán)境造成危害。另外油漆中的溶劑大部分來(lái)自石油和煤炭，這些資源均為不可再生資源，人類過(guò)度開(kāi)發(fā)終將造成資源的匱乏。這些資源的浪費(fèi)和污染環(huán)境與世界低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求相背。從國(guó)內(nèi)外涂料的發(fā)展趨勢(shì)，以及技術(shù)進(jìn)步的可能性分析開(kāi)發(fā)環(huán)保的防腐漆是涂料業(yè)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。本文詳述了環(huán)保型的水性漆分類以及在工業(yè)涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究。 

2 法規(guī)依據(jù)

1986年德國(guó)制定了《大氣凈化技術(shù)綱要TA-LUFT》。1988年日本制定了《碳化氫排出抑制指導(dǎo)方針》。1990美國(guó)通過(guò)的CAAA《清潔空氣法修正案》要求采取嚴(yán)格措施。1992年UNEP國(guó)際議定書(shū)通過(guò)《大氣污染的防治VOC消減計(jì)劃》。1994年歐洲提出了《限制汽車(chē)涂裝過(guò)程中排放物溶劑控制指令》。2005年美國(guó)啟用更為嚴(yán)格的VOC法規(guī)，工業(yè)維護(hù)涂料的VOC含量限制在350g/L，其中底漆和中涂的VOC含量限制在250g/L。我國(guó)政府也越來(lái)越重視涂料中VOC的問(wèn)題，國(guó)家質(zhì)檢總局2001年12月10日發(fā)布了《10項(xiàng)室內(nèi)裝飾裝修材料中要害物質(zhì)限量的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)》。2005年國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局頒布了HJ/T201―2005《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求―水性涂料》明確規(guī)定了水性工業(yè)漆產(chǎn)品的VOC含量小于250g/L。2010年6月1日發(fā)布的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB24409-2009《汽車(chē)涂料中有害物質(zhì)限量》對(duì)汽車(chē)涂料中VOC含量進(jìn)行了限制。

3 水性漆的大致分類和特點(diǎn)

按成膜樹(shù)脂分目前較成熟的水性漆可分為單組份水性丙烯酸類、水性醇酸類、水性環(huán)氧酯類、水性氨基類、雙組份水性環(huán)氧類、和雙組份水性聚氨酯類等。 

水性丙烯酸樹(shù)脂（乳液）

1）水性丙烯酸類是水性漆中使用量很大應(yīng)用面很廣的一類水性漆。該類產(chǎn)品以水性丙烯酸樹(shù)脂（乳液）為成膜基料，附以其他成分可以制備出非常豐富的水性丙烯酸涂料。由于水性丙烯酸樹(shù)脂（乳液）采用不同的軟硬單體，制備出不同硬度甚至彈性的乳液；采用特殊的功能單體，可以制備在多種底材上具有優(yōu)異附著力或優(yōu)異耐腐蝕性的乳液，等等。因而可以制成不同性能要求的水性漆。如側(cè)重于耐腐蝕性的水性防銹型丙烯酸漆，側(cè)重于耐光老化和高裝飾性的水性丙烯酸面漆。水性丙烯酸類涂料具有助溶劑含量少、漆膜干燥速度快、施工效率高、色彩豐富、漆膜豐滿等諸多優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些不足之處，比如環(huán)境溫度和濕度的變化對(duì)漆膜干燥和性能影響較大，對(duì)底材處理要求比較嚴(yán)格，輕微的底材銹蝕或雜質(zhì)即可能造成大面積的閃銹發(fā)生。

醇酸樹(shù)脂

2）傳統(tǒng)的醇酸樹(shù)脂漆在油漆的使用中占有相當(dāng)大的比例，將醇酸樹(shù)脂水性化，在技術(shù)上可行，從可持續(xù)發(fā)展角度也非常必要，因?yàn)樯a(chǎn)水性醇酸樹(shù)脂所需的原材料基本不依賴于石油產(chǎn)品。水性醇酸樹(shù)脂干燥速度較慢，同時(shí)其涂膜早期硬度、耐水性和耐溶劑性也較差，另外，由于水性醇酸樹(shù)脂在油類選擇和油度確定上還沒(méi)有像溶劑型醇酸樹(shù)脂那么豐富，因此，高裝飾性、高豐滿度、色彩艷麗的水性醇酸漆，還有待深入開(kāi)發(fā)。為進(jìn)一步提高水溶性醇酸樹(shù)脂的性能，需要對(duì)其進(jìn)行各種改性。常用的改性方法有有機(jī)硅改性和丙烯酸改性。通過(guò)改性后可以獲得良好的保色性、保光性、耐候性、耐久性、耐腐蝕性、快干性及高硬度等，克服了常規(guī)水性醇酸樹(shù)脂涂料貯存穩(wěn)定性差，干燥速度慢，早期硬度、耐水性和耐溶劑性較差等弊病。 

烤漆烘干機(jī)

3）水性烘干漆通常以含羥基的水性聚酯樹(shù)脂或水性丙烯酸樹(shù)脂與水性氨基樹(shù)脂或水性封閉型多異氰酸酯為交聯(lián)劑在高溫下反應(yīng)固化成膜的一類涂料。該類涂料具有附著力好、耐水性、硬度高、韌性好、光澤高、外觀效果好、生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是汽車(chē)工業(yè)或流水涂裝作業(yè)的理想水性漆產(chǎn)品。但是為了滿足烘干涂裝效果，水性烘干漆中還是要加入一定量的助溶劑，會(huì)對(duì)VOC的控制有影響。

水性環(huán)氧涂料

4）水性環(huán)氧涂料以水性環(huán)氧乳液、防銹顏料、功能填料、水性助劑配以水性環(huán)氧固化劑組成。水性環(huán)氧樹(shù)脂以相反轉(zhuǎn)乳化法制備的水性環(huán)氧乳液在穩(wěn)定性和耐腐蝕性方面較佳，分子中含有極性的羥基、醚鍵等，對(duì)多種底材形成較強(qiáng)的吸引力。而且環(huán)氧樹(shù)脂分子中沒(méi)有不飽和鍵，漆膜固化時(shí)收縮力小，僅為2%左右，分子中的醚鍵使分子鏈柔軟便于旋轉(zhuǎn)，可以消除冷熱變化造成的內(nèi)應(yīng)力，這樣可以保證整個(gè)配套漆膜在受到外界環(huán)境破壞時(shí)，整個(gè)漆膜的良好配套性。

雙組份水性聚氨酯涂料

5）雙組份水性聚氨酯涂料一般使用含大量羥基的水分散型多元醇制漆，配以脂肪族異氰酸酯固化劑固化成膜，因樹(shù)脂中酯鍵和脲鍵的存在，漆膜的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性等十分優(yōu)異。高聚物分子之間可形成非環(huán)和環(huán)形氫鍵，在外力作用下，氫鍵可分離而吸收外來(lái)的能量。當(dāng)外力去除后可重新形成氫鍵，如此的氫鍵裂開(kāi)又形成的可重復(fù)性使漆膜具有高度的可修復(fù)性和耐光老化性。

水性漆應(yīng)用的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)

我們?cè)谏a(chǎn)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該正確把握水性漆的特點(diǎn)，發(fā)揮其長(zhǎng)處避免其缺點(diǎn)，無(wú)論在生產(chǎn)還是使用，水性漆除了環(huán)保，還有易清潔、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好清理、火災(zāi)隱患低等優(yōu)點(diǎn)。很大的問(wèn)題是如何保證良好的施工質(zhì)量和漆膜性能。

由于水的特性較有機(jī)溶劑有較大的差別，熟知這些差異非常重要。水的表面張力比有機(jī)溶劑大的多，但是可以通過(guò)加入助劑的方法降低表面張力，對(duì)底材潤(rùn)濕、表面流平方面略遜于溶劑性油漆，但應(yīng)用基本影響不大。

水的汽化溫度高，會(huì)導(dǎo)致涂料噴涂時(shí)不易揮發(fā)、霧化時(shí)不易蒸發(fā)、蒸發(fā)時(shí)受環(huán)境濕度影響大。溶劑的揮發(fā)受溫度影響大，但可以采用不同沸點(diǎn)的溶劑進(jìn)行調(diào)整；水的蒸發(fā)受濕度影響大，只能通過(guò)環(huán)境濕度調(diào)整。

大多數(shù)水性漆為非牛頓流體，在施工粘度上有別于溶劑性油漆，可以通過(guò)試驗(yàn)確定在原漆中的加水比例，因?yàn)榧铀亢驼扯茸兓⒎浅示€性關(guān)系。

水性漆的應(yīng)用需特別控制氣泡的產(chǎn)生。水性涂料采用與溶劑型涂料相同的烘烤工藝，易導(dǎo)致漆膜中水分的殘留從容產(chǎn)生氣泡，因此在水性涂料中導(dǎo)入預(yù)熱工藝，從而防止烘烤時(shí)出現(xiàn)氣泡、控制因體積收縮造成的流掛以及表面流平。

4.水性漆的市場(chǎng)應(yīng)用分析

水性漆的研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在四個(gè)大的領(lǐng)域：鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)、汽車(chē)零部件和機(jī)械設(shè)備、汽車(chē)涂裝、軌道交通涂裝等。

鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)用水性漆品種以水性丙烯酸、水性醇酸、水性環(huán)氧酯、水性無(wú)機(jī)富鋅、水性環(huán)氧類為主，其中水性丙烯酸、水性醇酸、水性環(huán)氧酯以防銹為主，水性無(wú)機(jī)富鋅、水性環(huán)氧漆可以達(dá)到中度耐腐蝕的要求，從產(chǎn)品性能和應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，總體效果不錯(cuò)，性能有保障。但是也暴露出一些問(wèn)題，由于施工環(huán)境差、溫濕度難控制、室外作業(yè)和底材處理不到位等原因，漆膜易出現(xiàn)閃銹、開(kāi)裂、干燥慢、防銹性變差等問(wèn)題。

基于環(huán)保、降低工人危害、降低火災(zāi)隱患的要求，汽車(chē)零部件（車(chē)橋、傳動(dòng)軸等）、機(jī)械設(shè)備等的涂裝越來(lái)越多的由溶劑型油漆更換成水性漆。應(yīng)用的品種以水性丙烯酸漆、水性醇酸漆、水性環(huán)氧酯漆為主，根據(jù)不同的施工條件選用不同的產(chǎn)品。該類漆可以滿足汽車(chē)零部件對(duì)油漆性能的要求，某些產(chǎn)品的性能甚至超過(guò)了溶劑型同類產(chǎn)品。但同樣在施工環(huán)境方面需要改進(jìn)，以適應(yīng)水性漆的特點(diǎn)。

汽車(chē)是油漆涂料行業(yè)的用漆大戶，用量?jī)H次于建筑涂料，汽車(chē)漆也是性能要求很高，涂裝技術(shù)要求很高的品種。水性汽車(chē)漆的應(yīng)用時(shí)間較短，經(jīng)過(guò)了十多年的發(fā)展，其涂膜性能與溶劑型涂料相比不相上下，但受設(shè)備投資大、作業(yè)環(huán)境要求嚴(yán)格等制約，推廣和普及還需時(shí)日。目前比較成熟的水性汽車(chē)漆配套體系為陰極電泳漆+水性中涂漆+水性底色漆，罩光清漆還采用溶劑型產(chǎn)品。其中水性中涂漆為水性聚酯氨基類產(chǎn)品，水性底色漆以水性丙烯酸氨基類產(chǎn)品為主。

軌道交通車(chē)輛用涂料的發(fā)展也趨于水性化，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)逐步將水性漆在軌道車(chē)輛上開(kāi)始應(yīng)用，阿爾斯通公司、西門(mén)子公司、龐巴迪公司都有水性漆項(xiàng)目在應(yīng)用。國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。軌道車(chē)輛用水性漆基本采用自干或低溫烘干雙組份體系，涂層結(jié)構(gòu)為水性環(huán)氧底漆+水性聚氨酯中涂+水性丙烯酸聚氨酯面漆。水性環(huán)氧底漆具有附著力好、耐腐蝕性優(yōu)、配套性好的特點(diǎn)；水性聚氨酯中涂具有封閉膩?zhàn)訉尤毕荨⑻岣弑煌课锉砻嫫秸取⒁状蚰サ膬?yōu)點(diǎn)，同時(shí)與底、面層的配套性良好；水性丙烯酸聚氨酯面漆具有耐老化、光澤高、耐污染的特點(diǎn)，兼具保護(hù)性和裝飾性于一體。

5.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)涂料行業(yè)的發(fā)展正處于重要的戰(zhàn)略機(jī)遇期，在政策導(dǎo)向和環(huán)保法規(guī)的要求下，大力發(fā)展和應(yīng)用環(huán)境友好型的水性涂料對(duì)中國(guó)涂料企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)責(zé)無(wú)旁貸，為改善我們的生存環(huán)境做出努力，發(fā)展的同時(shí)創(chuàng)造的是綠色GDP。從技術(shù)角度講我們與國(guó)外涂料巨頭在這一領(lǐng)域的差距并不大，我們也應(yīng)該以此為契機(jī)體現(xiàn)民族工業(yè)的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力。對(duì)于水性漆的使用者也應(yīng)該加大設(shè)備改造的投入力度，改善施工環(huán)境，為水性漆的良好應(yīng)用創(chuàng)造條件。