涂料的種類及成膜機(jī)理概述

霍原非 蒲泓沁 張乾康 彭濤 沈嘉豪

摘要：住宅建設(shè)、能源交通和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展帶動涂料需求量的大幅增長，但在涂料的生產(chǎn)和使用過程中會對環(huán)境和人的健康產(chǎn)生威脅。為此，本文綜述了幾種主流涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及涂料的成膜機(jī)理，對涂料的污染問題進(jìn)行總結(jié)，并對涂料的發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：主流涂料;發(fā)展現(xiàn)狀;成膜機(jī)理

近幾年來，房屋建設(shè)、能源交通和汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，帶動了涂料需求量的大幅增長。但在涂料的生產(chǎn)和使用過程中，產(chǎn)生了大量的廢氣、廢水粉塵等有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境和人們的健康造成了嚴(yán)重威脅。因此解決這一問題已然成為了涂料工業(yè)繼續(xù)發(fā)展的必然要求，該如何處理涂料的污染十分值得思考。為此，本文綜述了幾種主流涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及涂料的成膜機(jī)理，對涂料的污染問題進(jìn)行總結(jié)，并對涂料的發(fā)展進(jìn)行展望。

1涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)形態(tài)分類，涂料主要分為有機(jī)溶劑型涂料，水性涂料和粉末涂料[1]。

1.1有機(jī)溶劑型涂料

有機(jī)溶劑型涂料是把有機(jī)溶劑作為稀釋劑制成的涂料[2]。經(jīng)過多年的發(fā)展，有機(jī)溶劑型涂料形成了具有高裝飾性和持久保護(hù)性，多功能性和多樣性的新型建筑材料，不僅在現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代國防的發(fā)展中，而且在信息，生物化學(xué)和新材料方面發(fā)揮著重要作用。航空產(chǎn)業(yè)、海洋資源的開發(fā)和環(huán)境保護(hù)等現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也在很大程度上取決于有機(jī)溶劑型涂料的發(fā)展。但是在涂覆涂層后，成膜過程中，溶劑蒸發(fā)，會造成環(huán)境污染，大多數(shù)有機(jī)溶劑對人類都有毒，同時在成膜后溶劑完全蒸發(fā)，造成了資源和能量的浪費。

1.2粉末涂料

粉末涂料以固體樹脂作為基料，由基料與顏填料和助劑等組分組成固體粉末而制成，分為熱塑性和熱固性兩大類[3]。與有機(jī)溶劑型涂料和水性涂料不同，它是以微小的粉末狀態(tài)存在，從而容易分散在空氣中，因此它的稀釋劑是空氣，而不是液體[4]。粉末涂料對環(huán)境要求低，可使用靜電、滾涂、淋涂等多種涂裝方式，并且過噴的粉末可以100%回收[5]。粉末涂料的涂膜性能優(yōu)異，附著力良好、耐候性強(qiáng)、堅硬耐磨以及耐腐蝕性能優(yōu)異，同時還是環(huán)境友好型涂料，在生產(chǎn)及使用過程中可以達(dá)到VOC零排放。

但其有很多缺陷，比如在生產(chǎn)和涂裝過程中會產(chǎn)生大量粉塵，現(xiàn)有的除塵設(shè)備無法處理完全，仍有部分超細(xì)粉塵排放到大氣中，并且需大量使用對人體有害的原料。粉末涂料的固化需要高溫條件，要消耗更多能量，而且無法在大多數(shù)非金屬底材、特大型金屬件和形狀復(fù)雜的金屬件表面使用。

1.3水性涂料

水性涂料就是將水作為分散介質(zhì)或者作為溶劑的一種涂料，按照使用的黏合劑進(jìn)行劃分，水性涂料可以分為人工合成樹脂的水性涂料，還有礦物質(zhì)以及天然物質(zhì)為主的天然性的水性涂料[6]。

水性涂料不僅成本低，而且相對于有機(jī)溶劑型涂料安全、不易燃易爆、可以在潮濕環(huán)境中直接使用，適用于噴涂、刷涂、電泳涂裝等多種方法，以及于各種材質(zhì)及形狀的物品，受涂裝方法和固化條件的限制小。并且這種涂料疏松多孔，透氣性良好，不容易起泡，對施工的基層含水率要求更為寬松。

以水作為原料既有好處也有缺點。水較難蒸發(fā)，水性涂料需要更高的烘干溫度或更長的烘干時間，這種涂料對噴漆室的濕度也有一定的要求，在環(huán)境相對濕度85%以上時表干緩慢，水溶劑在較飽和濕度環(huán)境下無法正常揮發(fā)，當(dāng)相對濕度過高（I>90%）時，在被涂物上的涂膜會流淌下來[7]。因此還需要在有良好的空氣循環(huán)的噴漆室中，保持適當(dāng)?shù)臏囟鹊那闆r下使用。并且水性涂料現(xiàn)在無法像有機(jī)溶劑型涂料一樣，應(yīng)用于高裝飾性場合。

2涂料成膜機(jī)理

涂料的成膜或者固化主要是指涂料涂覆在固體上，隨著溶劑的揮發(fā)以及交聯(lián)固化的發(fā)生，從液態(tài)變成固態(tài)膜，主要有物理和化學(xué)兩種方式。

有機(jī)溶劑涂料、水性涂料及粉末涂料這三種主流涂料均可進(jìn)行物理成膜，雖然同屬物理成膜，但粉末涂料和其余兩種的成膜方式并不相同，粉末涂料主要是通過靜電或熱的辦法將其附在基材表面上，并加熱至熔融溫度以上，熔融的聚合物粘流體流平后，冷卻即得固體漆膜。而水性涂料和有機(jī)溶劑涂料則主要是通過溶劑蒸發(fā)，乳液顆粒靠近變形并變得密集，之后互相擴(kuò)散，當(dāng)干燥溫度達(dá)到一定時，最終成膜。并且水性涂料和有機(jī)溶劑涂料可以通過各種活性基團(tuán)相互之間反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)成膜，形成交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜。

3總結(jié)與展望

本文綜述了主流涂料的發(fā)展現(xiàn)狀和其成膜機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)雖然水性涂料和粉末涂料對環(huán)境污染相對較小，但由于水性涂料無法滿足高裝飾性要求的場合的需要，粉末涂料不能用于非金屬底材、特大型金屬件和形狀復(fù)雜的金屬件，無法完全替代污染較大的有機(jī)溶劑型涂料，因此有機(jī)溶劑型涂料仍占主要地位。此外發(fā)現(xiàn)了在涂料成膜過程中污染產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，如有機(jī)溶劑涂料成膜過程中溶劑的蒸發(fā)會對大氣造成污染。由此關(guān)于涂料未來的發(fā)展提出自己的看法：有機(jī)溶劑型涂料相對其他涂料性能較好，是主要使用的涂料，但污染較大，未來需要改進(jìn)制備和成膜方法，減少污染物的排放。水性涂料污染較小，但無法滿足高裝飾性要求，未來應(yīng)著重對其改性的研究，提升其性能，以滿足高裝飾性場合的需要。粉末涂料則需要改進(jìn)粉塵處理技術(shù)和制備工藝，減少超細(xì)粉的污染并降低能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳暉.苯甲酸型縮水甘油酯和幾種潛在固化劑的合成探索[D]. 南京理工大學(xué)，2014.

[2]左國慶.水性電機(jī)面漆涂膜的性能及改進(jìn)[C]//高功能涂料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)研討會暨氟硅材料在涂料中的應(yīng)用技術(shù)研討會.2003.

[3]胡利平，曹有名.低溫固化聚酯/環(huán)氧粉末涂料研究[J].廣東化工，2015，42（11）：30-32.

[4]李文淵.低溫固化環(huán)氧粉末涂料及MDF粉末靜電噴涂工藝研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

[5]師立功.未來環(huán)保涂料市場粉末涂料能否異軍突起笑傲江湖[J].涂料工業(yè)，2018，48（05）：80-87.

[6]石星麗，張亞娟，馮瀟.水性涂料的化學(xué)配方應(yīng)用及其發(fā)展探究[J].化工設(shè)計通訊，2017，43（10）：61.

[7]羅帥.水性涂料的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2015，18（12）：1-6.

作者簡介：霍原非（2000-），男，河北省唐山市人，民族：漢，職稱：無，學(xué)歷：本科生。研究方向：材料材料物理化學(xué)。