無機水性涂料環保性能研究

趙胤

(遼寧石油化工大學 遼寧撫順 113001)

金屬材料有著優良的導電性和導熱性，在產業開發和人們的日常生活中廣泛使用。但是，使用中的這些金屬材料，由于腐蝕性粒子的侵蝕，容易受到腐蝕，嚴重情況下，也會引起安全事故。因此，為了防止金屬材料的腐蝕，需要采取特定的對策。在無機水性涂料薄膜上，親水性基團的殘留物在涂層內形成極性通道，使水分子和各種腐蝕性粒子增加到達金屬基面，引起金屬材料的腐蝕與溶劑相比，防腐蝕層涂層更耐用。

1 無機水性涂料研究

水性涂料是水性釉藥的水性油性樹脂涂層，包括灰度機專用的特殊水性分級油、柔性版本的水性分級油、凹版用的水性分級油、水性分級油、水性膜復合粘合劑等。作為無機水性涂料的基礎材料使用的樹脂中，含有醇酸、環氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯樹脂。此外，還需要添加共溶劑、乳化劑、皮膜形成劑、增稠劑、消泡劑、干燥機、霉菌殺菌劑、防腐劑等各種添加劑。在金屬基板上進行無機水性涂料的情況下，如果涂層膜不干燥的話，基板容易腐蝕，所以選擇適合水性涂料的腐蝕防止劑非常重要，必須同時考慮防腐劑的有效性和毒性，一般使用鉬酸鈉、碳酸鈉、苯甲酸鋅等。

曹澤宇等人認為，研究了不同水灰比對以煤矸石煅燒高嶺土為主要原料的無機水性涂料性能影響的規律。結果表明：在其他條件相同的情況下，當水灰比＜0.5時，由于礦物水化反應不完全而導致涂層遇水出現裂紋，脫落等現象；當水灰比＞0.7 時，涂料在干化過程中礦物聚合物由三維網狀結構向二維鏈狀過渡，從而導致涂層性能開始下降，出現粉化現象；當水灰比為0.5～0.6 時，涂層耐洗刷次數在4 萬次以上，硬度在5 H以上，耐水性能良好，涂層性能滿足國家標準要求[1]。王勛等人認為，簡單介紹了水利工程鋼結構用水性無機富鋅涂料的應用要求，并對水性無機富鋅涂料用原材料及制備工藝進行了闡述。重點研究了水性無機富鋅涂料中基料、鋅粉、硅烷偶聯劑等原材料對涂料性能的影響，并進行了初步分析[2]。

簡彥紅等人認為，綜述了以硅酸鹽溶液為主要原材料的無機涂料分類、應用，以及對無機涂料達到的技術成果進行介紹，最后闡述了無機涂料的發展現狀及對其今后發展的愿景[3]。陳剛等人認為，采用半連續乳液聚合法，以丙烯酸酯類單體，配以環氧丙烯酸酯，乙烯基硅氧烷功能單體，合成了一種硅丙乳液，以此作為有機成膜物質添加至無機硅酸鉀溶液中，與鋅粉混合制備高附著力高柔韌性水性無機富鋅涂料[4]。

2 汽車涂料研究

水性汽車涂料是以環保材料為基礎的環保產品，這些優點對環境和人類的影響很少，沒有帶來危害的傾向。目前，減少有毒有害物質包括在傳統的汽車涂層中最直接的方法是使用水性汽車涂層，這已經成為汽車涂層行業的一般發展趨勢。根據調查可知，制造汽車的很多工廠，從以前的汽車表面涂層變成了水性涂層。

水腐蝕介質中金屬的腐蝕，因此引起設備損壞和金屬離子，漆膜不僅顏色發黃，而且漆降低膜防蝕的能力。水性涂料的涂漆的吸收，因此，需用不銹鋼容器和輸送管路應制作、化學鈍化處理。

束樹軍認為，零部件種類繁多且復雜，文章歸納總結了汽車零部件的分類，并對汽車零部件材料類型以及所用涂料類型進行了分類匯總，總結分析了水性汽車零部件涂料的研究進展，分享了兩個水性創新案例。汽車零部件水性涂料發展較快，具有較大的潛在應用市場[5]。李秀苗等人認為，通過自由基聚合，以丙烯酸單體、環氧酯、有機硅單體合成三元雜化體（LH-302），再添加DIC 環氧分散體（EPICLONH-502-42W），得到水性快速復合成膜體系。實驗結果表明：m（三元雜化體）∶m（DIC環氧分散體）配比為4∶1，其制得的涂膜綜合性能佳，耐鹽霧，耐油性，附著力優良[6]。王輝認為，水性汽車涂料在高溫烘烤后，清漆已經高度交聯，重涂時中涂，色漆想要在其上層附著，難度很大。若要提升附著力，可從兩個方面入手：一是物理方法，通過對清漆層進行打磨處理，提升其表面積，進而改善附著力；二是化學方法，通過對中涂，色漆中的樹脂和助劑進行篩選和調整，改善其剛性和對下層基材的咬合能力，從而提升其對清漆層的附著力[7]。于全蕾等人認為，介紹了軌道交通車輛用水性環氧底漆，水性聚氨酯中涂漆，水性聚氨酯面漆，水性聚氨酯底色漆和水性聚氨酯清漆的性能測試試驗研究情況，選取了具有代表性的國內外軌道交通涂料廠商的水性涂料樣品，著重研究了耐中性鹽霧性能，耐紫外老化性能，有害物質含量和防火性能，并對這些性能做了對比分析和影響因素的機理探討[8]。

3 無機水性涂料環保性能研究

水性涂料是水性釉藥的水性油性樹脂涂層，包括灰度機專用的特殊水性分級油、柔性版本的水性分級油、凹版用的水性分級油、水性分級油（壓力分級粘合劑）、水性膜復合粘合劑等。作為水性涂層的基礎材料使用的樹脂中，含有醇酸、環氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯樹脂。此外，還需要添加共溶劑、乳化劑、皮膜形成劑、增稠劑、消泡劑、干燥機、霉菌殺菌劑、防腐劑等各種添加劑。日本、英國、德國在霉菌殺菌劑的研究中更具體系性，水性涂層主要是有機硫醇和一些無機金屬離子抗菌劑，在金屬基板上進行水性涂層的情況下，如果涂層膜不干燥的話，基板容易腐蝕，所以選擇適合水性涂層的腐蝕防止劑非常重要，必須同時考慮防腐劑的有效性和毒性，一般使用鉬酸鈉、碳酸鈉、苯甲酸鋅等。

無機水性涂料的優點是污染少、安全性高、結構方便，但也有以下缺點：（1）無機水性涂料的基本材料和添加劑是有機物質，有機物的量系統內的溶劑為2%～12%，持續引起對環境的污染；（2）特別是在低溫、高濕環境下，皮膜形成干燥時間變長；這是因為水的蒸發熱比有機溶劑大，為了促進水的蒸發，需要采取對策；（3）由于水的表面張力高，所以很難弄濕基材的涂層；（4）作為溶劑使用水的話，金屬矩陣容易腐蝕；（5）樹脂和水溶性差，涂料儲藏穩定性差；（6）水的凝固點比幾乎所有的有機溶劑都高，所以涂層的穩定性降低；（7）易受微生物損傷。

水性涂層的干燥速度比傳統涂層的干燥速度快得多，采用標準操作方法。在同一條件下，噴涂水性涂料所需的時間約為10 min，但傳統的噴涂完成需要約為20 min。此外，汽車在性能方面不僅有涂層的優點，還有以下優點：（1）與傳統的汽車涂層相比，在同一區域，色彩更加完善，覆蓋能力更強，車的涂層較低，大大縮短了工作時間提高生產效率和顧客滿意度；（2）與傳統的汽車涂層相比，水性汽車涂層與較薄的涂料、更光滑、更高水平的外部涂料相結合，呈現出全色光澤良好的外觀；（3）顏色穩定性高，不易受到各種涂裝技術的影響，不易發生凹凸、光滑等問題。比起以前的涂料，修補汽車刮蹭更簡單。除了汽車自身的性能外，由于由于水性涂料噴涂、修補汽車更加簡單、工作效率高，汽車無機水性涂料被廣泛使用。

孟令巧等人認為，綜述了近年來國內外相關各類環保型水性涂料的研究進展與成果，介紹了水性聚氨酯、水性丙烯酸樹脂、水性環氧樹脂及其改性樹脂在涂料中的應用，并對水性涂料在未來工業應用中的發展前景和方向做出了展望[9]。李艷昊認為，環保節能型水性聚氨酯涂料由于其具有較低的揮發性排放而被廣泛地應用在建筑行業中，發揮著極其重要的作用。建筑行業需要大量的涂料，造成了能源消耗和環境污染，因此，應利用環保節能型水性聚氨酯研制環保節能的建筑涂料，減少建筑工程中的能源浪費，節省工程造價，推動建筑行業更加快速、穩定地發展[10]。荊凡迎等人認為，以50%含量的水性環氧樹脂和50%含量的固化劑為成膜物，添加防銹顏填料配置成一種水性環氧防銹涂料。分別選擇了滑石粉、氧化鐵紅、三聚磷酸鋁、磷酸鋅為顏填料，固定顏填料體積濃度為25%，考察不同顏填料組成對附著力、硬度、耐鹽水和耐鹽霧試驗等性能的影響。結果表明顏填料中滑石粉、氧化鐵紅、三聚磷酸鋁和磷酸鋅的質量比為1∶1∶1∶1時，漆膜的附著力為0級，硬度為4 H，在3.5%鹽水中浸泡360 h無變化，在鹽霧實驗中720 h 無變化，具有最優的性能[11]。

劉峰認為，隨著人們生活水平的提高，越來越重視綠色環保對身體健康的重要性。國家開始大力發展環保事業，在日常生活中，其實也隨處可見一些不環保的材料，比如涂料。涂料是日常生活中最常見的一種物質，而涂料中含有大量的有害物質，會危害人的身體健康，尤其是對于孩童來說，涂料的殺傷力更強。而通過相關的實驗研究發現，水性涂料對人體沒有傷害，也不污染環境，使用起來非常方便，因此水性涂料得到了很大的發展和提升，被廣泛應用在各個領域中。主要結合水性涂料的特點，探討水性涂料性能檢測的有效性[12]。龐宇認為，隨著我國社會經濟的不斷發展和進步，各行各業的運作模式與過去相比也都有了非常大的變化，其中的涂裝領域也不例外。社會的發展也讓國家對大氣VOC排放提出了更高的要求，國家規劃對污染物排放總量也在不斷降低，且對車間清潔生產提出了更高的要求。另外，傳統涂裝工作會比較注重涂裝的裝飾性與高防腐性能，所以只有不斷對新材料、新技術進行創新，這樣才能更好地滿足行業發展需要[13]。于偉等人認為，從水性涂料理化性能、環保性、施工工藝及施工成本分析等方面，通過與溶劑型涂料對比，得出水性涂料綜合性能優良，施工VOC排放降低70%以上，施工環境窗口相對較窄，基本能夠滿足工程機械行業更高的綠色環保涂裝要求。但在工程機械行業現階段推廣應用要綜合衡量涂料成本、涂裝作業量、環保達標排放指標、涂裝線體設備改造投入、VOC末端處理設備投入及運行成本等，以降低涂裝綜合成本，順應環保綠色涂裝的發展方向[14]。

4 結語

近年來，世界汽車制造業遭遇金融危機，產量急劇減少，但中國汽車制造業迎來了快速發展的時期。基于無機水性涂料的開發受到對重型機械的投資和工作環境的嚴格要求的限制，因此很難在沒有技術預備設計的情況下變革20世紀建設的汽車涂覆線。近年來，中國的汽車制造業構筑了近20條水性涂料生產線，無機水性涂料的開發有利于節約資源，改善環境污染，實施清潔生產，實現有效的社會和經濟效益。隨著無機水性涂料技術的不斷進步和創新，價格、性能和建筑技術將得到進一步提升，對無機水性涂料設備的投資將會減少，有望有更大的發展空間來促進。擴大無機水性涂料的適用領域。在我們國家提倡的“綠色環保”的背景下，水性車的鍍膜與傳統的車相比有更多的優點和優點。一般來說，人們現在更注重健康，所以各種各樣的人相關產業的發展，最終將進一步發展為汽車無機水性涂料的趨勢。但是，中國現在面臨著汽車無機水性涂料的問題，相關研究比較落后，技術比較不成熟，造成了嚴重損失。因此，中國的汽車水性涂料的開發將進一步推進，期待中國提倡的綠色環保的想法能早日實現。