环保涂料_环保涂料有哪些品牌

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材料结构与性能结课论文2

材料科学与工程学院 2015年12月21日

环保涂料概述

摘 要：涂料在国民经济中发挥着重要的作用，是现代社会不可缺少的。但是，全世界每年从涂料中挥发出来排放到大气中的挥发性有机物(VOC)有1000万吨，是大气污染主要来源。随着人们环保意识的不断提高，限制VOC排放的相关法规的出台，环保型的绿色涂料产品以其无污染性、安全等特点，代替传统的污染严重的溶剂型涂料已成为整个社会的共识[1]。绿色环保涂料是指对生态环境不造成危害，对人类健康不产生负面影响的涂料，也有人称之为“环境友好涂料”。它必须是不含有害的有机挥发物和重金属盐的涂料。在开发绿色环保产品上，国内外学者都集中在以下几个方面的研究：(1)水性涂料；(2)粉末涂料；(3)高固体份涂料，并取得了一定的成效[2]。文本主要介绍了了以上三种绿色环保涂料的特点、主要制备方法和应用。

关键字：环保涂料；制备方法；环保效果 1.水性涂料

水性涂料以水为溶剂，使成膜物质均匀分散在水中，又称作水基涂料或者乳胶涂料。它因具有来源广、易于净化、低成本、低粘度、良好的涂布适应和无毒性、无刺激、不燃性等特点，而成为“环境友好涂料”的主要发展方向。

制备水性涂料的关键是在高分子化合物的分子上引入亲水性基团，获得水溶性树脂，主要有以下几种方法：

(1)成盐法：通过反应将聚合物主链转变成阳离子或阴离子。如带羧基的聚合物与胺类中和成盐(如阳极电沉积树脂)带氨基的聚合物以羧酸类中和成盐(如阴极电沉积树脂)。此种方法在工业上应用最广泛。

(2)在聚合物中引入非离子集团，如在聚合物主链或侧链上引入羟基。

(3)将聚合物转变成两性离子中间体。水性涂料最常见的三大类是水性环氧树脂涂料、聚氨脂涂料和水性紫外光固化涂料(UVCC)。1.1 水性环氧树脂涂料

水性环氧涂料是以水作为主要分散介质的环氧涂料。通常只有在基料中或固化剂中引入羧基、羟基、氨基、醚键和酰氨基等亲水基团，才能获得水性环氧涂料。它既具有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、物理机械性、电气绝缘性，又有低污染、施工简便、价格便宜等特点，所以迅速发展到各行各业。

国内外大部分学者对水性环氧树脂涂料的研究集中在环氧树脂体系的改性方面，即把溶剂型的环氧树脂改变成水性环氧树脂。现在比较成熟的环氧树脂水性化方法有：(1)直接法(机械法)，用球磨机、胶体磨等将环氧树脂磨碎，然后加入乳化剂水溶液，再通过机械搅拌将粒子分散于水中；(2)相反转法，通过相反转将聚合物从油包水状态转变成水包油状态；(3)自乳化法(化学法)，将极性基团引入环氧树脂分子骨架中，使其具有亲水性，从而可在水中分散。在这些方法中，前两种方法工艺简单，但是所得乳液的粒径较大，分布较宽。而自乳化法制备的乳液粒径为纳米级，更利于涂装。从这个意义上来说化学法虽然制备步骤多、成本高，但在某些方面具有实际意义[3]。其原理是：在环氧树脂主链上引入强亲水性基团(环氧基为三元环，张力大，C、O电负性的不同使该三元环具有极性，容易受到亲核试剂或亲电试剂的进攻而发生开环反应)，使环氧树脂不用外加乳化剂即能分散于水中。根据引入极性基团的类型和方式不同，又可以分为阴离子法、阳离子法、非离子法、接枝法和开环接枝型五种，而阴离子法又分为酯化型和醚化型两种类型。环氧树脂的水性化方法是很多的，而经过适当的合成路线制成的水性环氧树脂在附着力、耐化学品性、硬度、抗腐蚀性等方面都具有与溶剂型环氧涂料相当的性能，并有效地降低了VOC含量。

水性环氧树脂涂料以其优异的性能广泛地应用于下面几个方面：(1)用作电气、仪表及车辆用水溶性电泳涂料；(2)用作食品罐头、贮油罐、蓄水箱及船舱等内壁涂料；(3)建筑物外墙涂料；(4)与混凝土复合成高档铺路材料；(5)用于机场、公路、停车场、工业地坪、隧道及操作台面等；(6)船甲板等防滑涂料。在最近的国际涂料标准中，水性环氧涂料亦被列入重防腐涂料范畴。随着新工艺和新技术的不断发展，我国大规模应用水溶性环氧树脂涂料也为时不远了。1.2 水性聚氨酯涂料

水性聚氨酯(PU)是聚氨酯溶解或分散于水中形成的二元胶态体系。按使用形式来分类，它有单组分和双组分之分。水性PU是以水代替传统聚氨酯中的有机溶剂作为分散介质发展起来的高分子材料，可调配成不含或仅含少许有机溶剂的涂料，这些涂料不仅具有无毒、安全可靠、易操作等优点，同时还具有溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征，使它在织物、皮革涂饰及粘合剂等许多领域得到了广泛的应用。

水性PU涂料的合成方法，一般分为两个步骤：(1)由低聚物二醇参与形成高相对分子质量的PU或中高相对分子质量的PU预聚体；(2)通过外乳化法和自乳化法将含-NCO端基的PU预聚体在剪切力作用下分散于水中。外乳化法制得的分散液极其粗糙且很不稳定。自乳化法通常是在PU结构中引入离子基团或亲水链段，根据引入基团的不同，自乳化型水性PU可分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。自乳化型水性PU的合成工艺上，首先是制备相对分子质量中等，端基为-NCO的PU预聚体，然后通过不同的方法制成水性PU。这些不同方法的主要区别反映在扩链过程，包括：(1)溶剂法，又叫丙酮法；(2)预聚体混合；(3)熔融分散缩聚法；(4)酮亚胺和酮连氮法；(5)保护端基乳化法。这些方法优缺点各异，应用于不同的场合[4-5]。

水性PU涂料以其优异的性能和特点，广泛地应用于以下几个方面：(1)木器涂料；(2)汽车涂料；(3)纸张涂料；(4)皮革装饰剂。随着研究的不断深入相信将会出现性能更好、品种更多的改性水性PU涂料的新产品。1.3 水性光固化涂料

紫外光固化涂料(Ultraviolet curing coatings，简称UVCC)是20世纪60年代开发的一种节能环保型涂料，其原理是利用紫外光的能量引发涂料中的低分子预聚物或齐聚物，以作为活性稀释剂的单体分子之间的聚合及交联反应，得到硬化漆膜，实质上是通过形成化学键实现化学干燥。和传统涂料固化技术相比，UVCC的最大优点有以下几个方面：(1)固化快，可在几秒内固化，应用于要求瞬时固化的场合；(2)不需外加热，对于某些热敏器件、光学电子零件来说十分有用；(3)可配成无溶剂产品，减少大气污染，有利于环保；(4)节省能量，紫外光源的效率要高于烘箱；(5)固化过程可以自动化操作，提高生产中的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。当然，UVCC涂料也存在着一些缺点，比如UV固化前必须除去大部分水，水性系统的总固化周期较长并且还受到紫外光穿透能力的限制等。

总的来说，由于水性UV固化体系的优点突出，近几年来已成为非常活跃的研究和开发领域，并已经在发达国家获得应用[6]。

UVCC主要由光引发剂、光活性单体、光活性齐聚物和其他助剂等组成，一般配比为：齐聚物30 %~60 %，活性稀释剂40 %~60 %，光引发剂1 %~5 %，其他助剂0.2 %~0.5 %。光引发剂(光敏剂)是UVCC的重要组分，其作用是吸收紫外光后引发化学反应，形成涂膜，光引发剂是决定UVCC固化程度和固化速度的主要因素。齐聚物又叫光敏树脂，是成膜物质，对涂料的性能起决定性的影响。从分子结构看，它们都是含有碳碳

双键的低分子量物质，主要是不饱和树脂，如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯。活性稀释剂是一种功能性单体，它的作用是调节UVCC的粘度，控制涂料固化交联密度，改善涂膜的物理机械性能，也参与了成膜。根据每一分子中所含的双键数目，可分为单官能双官能和多官能三类活性稀释剂。助剂可以改善涂料与涂膜性能，增加紫外光敏感性，降低施工难度，是涂料中不可缺少的组分。常用的助剂主要有光敏助剂和阻聚剂，还有流平剂、消泡剂、促进剂和分散剂等。紫外光固化粉末涂料已经处于商品化初级阶段，其技术攻关在于如何解决紫外光固化粉末涂料在低温下进行固化[6-7]。

UVCC是一种高效、节能、环保，适用于各种基材的绿色涂料，目前已被广泛应用于木材、塑料、纸张、金属、电子和黏合剂工业中。UVCC涂料在北美、日本、欧洲已得到很大的发展，进入了较为成熟的阶段。目前，世界辐射固化产品生产总量已达10多万吨。我国的UVCC产业虽有一定基础，近十年来得到了迅速发展，但与国外发达国家相比，在品种、质量、市场规模、研究开发方面还有较大差距，还需要进一步提高。2 粉末涂料

粉末涂料是一种含有100 %固体分、以粉末形态进行涂装的涂料，它与一般溶剂型和水性涂料的最大不同在于不使用溶剂或水作分散介质。因其涂装过程中喷溢料可回收再利用；无溶剂挥发，生产施工安全，涂装易实现自动化提高生产率，符合国际上流行的“四E”原则(经济、环保、高效、性能卓越)，成为发展迅猛的涂料品种[8]。

粉末涂料有两种类型：热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料，热塑性粉末涂料以具有很高分子量的热塑性树脂作为成膜物质，来提高耐化学性和韧性，故价格较高，用作功能性涂层。热固性粉末涂料成膜物质是热固性树脂和固化剂，热固性树脂和固化剂的分子量比热塑性树脂分子量低，在固化期间，低分子物的流动性和表面浸润性好，因而对底材有较强的附着力，涂膜有较好的外观。目前工业化生产和大规模应用的粉末涂料都是热固型树脂，如环氧、聚酯、聚氨酯等[1,8]。

在制备工艺上，可分为干法和湿法两种，干法可分为干混合法和熔融混合法；湿法又可分为蒸发法、喷雾干燥法和沉淀法。现在还出现了由Ferro公司开发的超临界流体法VAMP(Vedoc Advanced Manufacturing Proce)，这种方法的原理是利用超临界态的二氧化碳是一种很好的溶剂，将粉末涂料的各种成份称量后加到带有搅拌装置的超临界流体加工釜中，超临界态二氧化碳使涂料的各种成份流体化，这样在低温下就达到了熔融挤出的效果。物料经喷雾井在分级釜中造粒，制得产品。这种方法开发利用被称为粉末涂料制造方法的革命[8]。粉末涂料是发展最快的涂料品种，目前世界的总产量为70万吨。西欧占总产量的50 %。它主要应用于铝质和钢质金属建材、家电、交通、仪器等。近年来世界研究开发的最为瞩目的粉末涂料是低温固化型粉末涂料(烘烤温度在150 ℃之下)；其次是预涂用粉末涂料和氟树脂粉末涂料等功能性粉末涂料；再次是消光、高光泽及高鲜映性等美术型粉末涂料。并开始研究开发薄膜化、高耐候型、耐热型、提高涂装效率的粉末涂料品种。3 高固体份涂料

一般固体份含量在65 %~85 %的涂料便可称为高固体份涂料(high-solids solvent-borne coatings)。高固体份涂料中的VOC在30 %~40 %甚至更低，但并不降低涂料的施工性能与成膜性能，一定程度上节省了涂料生产和使用中的溶剂，降低污染。早期的高固体份涂料是以牺牲硬度和保色率等性能来达到高固体分的要求，现在开发的高固体份涂料，不但溶剂含量低，而且质量标准高，广泛应用在众多行业中[2,9]。

高固体份涂料分为高固体份醇酸树脂涂料、高固体份丙烯酸涂料、聚氨酯高固体份涂料和环氧树脂型高固体份涂料。制备这些高固体份涂料技术的关键是如何降低树脂的相对分子质量和保证官能团分布均匀的聚合技术。研究发现聚合过程主要以缩聚反应和自由基聚合为主。作为高固体份化的手段是树脂改性(低分子量化、低极性化和粒子化)，添加活性稀释剂等方法[1,9]。含有一定溶剂的高固体份涂料以其独有的特点，已经成为各个国家青睐的对象。它将随同水性涂料、粉末涂料一起成为21世纪的环保型涂料。但由于高固体份涂料往往带来涂料黏度的增加，影响涂料的使用效果，因此高固体份涂料的研究重点是解决高固体分与涂料黏度之间的矛盾。4 结语

发展绿色环保涂料已成为涂料行业发展的趋势，虽然，从性能上来说环保型涂料目前还不及溶剂型涂料，但是由于VOC对人类自身及生态环境的严重威胁日益明显，绿色涂料代替溶剂型涂料的趋势刻不容缓。我们接下来的工作是希望能达到涂料中VOC的零排放技术，即发展无溶剂的涂料产品，以最大程度减少对环境的破坏。

参考文献

[1]姜彦，何士敏.以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展[J].高师理科学刊，2000，20(4)：65-67．

[2]肖新颜，夏正斌，陈焕钦，等.环境友好涂料的研究新进展[J].化工学报，2003，54(4)：531-537．

[3]武龙，沈宁祥.水性环氧树脂研究进展[J].化学与粘合，2001，(6)：268-269 [4]张毅，张娜，王久芬.水性聚氨酯涂料的研究进展[J].华北工学院学报，2002，23(5)：351-355．

[5]瞿金清，陈焕钦.环保型聚氨酯涂料的研究进展[J].现代化工，2003，23(11)：22-26． [6]孟庆飞，华明杨.紫外光固化涂料的研究进展[J].安徽化工，2002，(4)：17-18． [7]赵红振，齐暑华.紫外光固化涂料的研究进展[J].化学与粘合，2006，25(8)：352-356． [8]韩要星，吴秋芳.粉末涂料制造工艺及其技术研究进展[J].试验与研究，2003，(1)：9-12． [9]王荣耕，李立，杨晓东.高固体分涂料现状及其发展趋势[J].现代涂料与涂装，2006，(8)：13-16．