涂料的水性化|工业涂料论坛

思成达水性漆

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[复制链接] 只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2015-12-15

涂料的水性化

20世纪90年代初，世界发达国家进行的“绿色革命”对涂料业是个挑战，促进了工业涂料向“绿色”涂料方向大步迈进。以工业涂料为类，在北美和欧洲，1992年常规溶剂型涂料占49%，到2000年降为26%；水性涂料、高固体分涂料、光固化涂料和粉末粉料由1992年的51%增加到2002年的74%。今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在“水性化、粉末化、高固体分化和光固化”——即“四化”上，50%以下固体含量的溶剂型涂料则是衰退中的技术。
由于水性涂料的优越性十分突出，近十年来，水性涂料在涂料领域的应用日益扩大，已经替代了不少惯用的溶剂型涂料。随着各国对挥发性有机物及有毒物质的限制赿来赿严格，以及树脂、配方的优化和适用助剂的开发，可以预计，水性涂料在金属防锈涂料、家庭装饰涂料、建筑涂料的市场份额将不断提高，逐步占领溶剂型涂料的市场。在水性涂料中，乳胶涂料占绝对优势，此外，水分散体涂料在木器、金属涂料领域的技术、市场发展很快。水性涂料代表着低污染涂料发展的主要方向。为了不断改善其性能，扩大其应用范围，近半个世纪以来，国内外对水性涂料进行了大量的研究，其中无皂乳液聚合、室温交联技术、紫外光固化、水性聚氨酯改性、水性树脂共混、水性叔碳酸树脂乳化技术是目前该领域的研究热点，并将成为水性涂料发展的关键技术。
水性涂料可分为水性醇酸涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸树脂涂料、水性聚氨酯树脂涂料、丙烯酸树脂改性水性聚氨酯涂料、水性叔碳酸金属带锈防腐漆等。
    1、水性醇酸树脂涂料  水性醇酸树脂涂料是较早开发的水性涂料，其成膜机理同传统溶剂型醇酸树脂类似，组分中的不饱和脂肪酸通过氧化交联固化成膜，因此水性醇酸树脂漆无须添加助溶剂（成膜助剂），使挥发性有机化合物的含量可能减为零；此外，水性醇酸树脂对颜填料的润湿性好，承载力强，因此水性醇酸在木器漆中得到了一定的应用，主要用来生产水性木器实色漆。目前采用的水性醇酸树脂已非传统单一的醇酸体系，一般为自乳化型且经过丙烯酸或聚氨脂改性。水性醇酸树脂具有良好的渗透性、流平性、和丰满度，多用于生产色漆，特别是装饰性漆。缺点是聚合物链接较易水解，涂膜的耐久性较差，催干剂易被颜填料吸附，降低了涂料的干燥速度。由于干性较差，保光性不好，所以现在许多公司（如Vianova公司、Servo公司、OMG公司等）正在开发新型络合催干剂，以改善其干性，通过选用耐水解的单体（如用间苯代替邻苯，长碳链多元醇代替短碳链多元醇）和控制中和度来解决醇酸树脂易水解的问题，用丙烯酸乳液或脂肪族聚氨酯乳液提高其保光性。
2、水性环氧树脂涂料  由环氧乳液和亲水的胺加成物固化剂组成的双组人分涂料，用前按比例混合均匀后施工，不仅可以涂装木材，还可以用作水性防腐涂料、水泥涂料等。
3、水性聚丙烯酸脂涂料  丙烯酸乳液涂料具有固含量高、干燥速度快、硬度高、成本低及耐候性好等特点。常用的普通丙烯酸乳液存在成膜性较差、光泽低、不耐溶剂及热黏冷脆等缺点。成膜助剂的加入使VOC很难降低，不易作高档装饰性面漆，常用于配制水性底漆或中低档面漆。采用无皂聚合、核壳聚合以及引入活性—Si(OR)x等自交联基团和共混、共聚改性技术，可以提高其硬度、抗划伤性、抗粘连性、柔韧性、耐化学品性、耐油污性、耐久性、抗紫外线性、抗热回黏性和低温成膜性等。综合运用这些先进的聚合技术，可制备出适用于高性能木器涂料用的低温成膜性好、涂膜硬度高、耐水性好、抗热回黏性好的丙烯酸乳液。随着水分散多异氰酸脂固化剂的问世，许多公司，如Rohm&Haas、BASF、Bayer等开发了含羟基丙烯酸酯乳液，与水性聚氨酯固化剂配合使用，可使涂膜的耐溶剂性得到很大提高，基本接近溶剂型双组分分散聚氨酯的性能。
4、水性聚氨酯涂料
（1）单组分水性聚氨酯涂料  聚氨酯的研究始于20世纪30年代，50年代后大量科研人员开始从事水性聚氨酯的研究工作，70年代水性聚氨酯产品被成功地开发出来并商业化，逐步发展成阴离子型、阳离子型及非离子型3种水性聚氨酯产品。在水性漆中使用的是阴离子型水性聚氨酯树脂。聚氨酯树脂由硬链段和软链段组成的大分子结构决定了其既坚硬又柔韧的独特性能，通过调节软硬链两组结构使水性聚氨酯具有优异的低温成膜性、流平性及柔韧性，而且耐磨、硬度高，非常适用于配制各种高档的水性木器面漆，如家具漆和地板漆。采用聚氨酯树脂制备的木器漆具有耐磨性好、丰满度高、低温成膜性好、柔韧性好、手感好及抗热回黏性好等优点，但价格昂贵。
单组分水性聚氨酯分散体涂料为单组分体系，它的水性化主要是通过在聚合物的主链上引入亲水基团而实现的，属热塑性树脂，聚合物相对分子质量较大，成膜过程中不发生交联，具有方便施工的优点。但单组分水性聚氨酯涂料和耐水性、硬度、耐磨性、耐化学品性和成本等一直是限制其发展的主要问题。
交联改性可以提高聚氨酯水分散体涂料的力学性能和耐化学品性能。通过选用多官能度的合成原材料如多元醇、多元胺扩链剂和多异氰酸酯交联剂等可以合成具有内交联结构的水性聚氨酯分散体。使用脂肪酸、醇解植物油等对聚氨酯水分散体进行改性，可以提高涂料对底材表面润湿性，降低清漆表面张力，也可以降低涂料的成本，提高涂料的干燥性、填充性、透明度、光泽、湿附着力和流平性。
（2）双组分水性聚氨酯涂料  双组分水性聚氨酯涂料由水可分散体多异氰酸酯固化剂（甲组分）和水性聚合物多元醇（乙组分）组成。两者可在常温或加热下交联固化成膜，具有成膜温度你、光泽高、耐候性好、附着力强、耐化学品性好、耐磨性好、硬度高等优点，广泛用于汽车、钢结构、木器、皮革和建筑等领域的防护和装饰。该产品符合环保的要求，其性能也已接近或达到溶剂型聚氨酯涂料的水平。按水性聚合物的胶体结构，可将其分为两大类：一类是水分散型多元醇，另一类是乳液型多元醇。
与溶剂型双组分聚氨酯木器涂料相比，水性双组分聚氨酯木器涂料的VOC含量很低，可减少70%~90%的溶剂用量，且干燥速度较快，其光泽、物化性能及使用期均能满足木器涂料的要求，故常温固化双组分水性聚氨酯木器涂料是显著提高水性漆涂膜性能的一个重要方案。水性双组分聚氨酯木器涂料经过两组分融合、粒子凝结、羟基和水与多异氰酸酯的竞争反应等一系列过程后固化成膜。按树脂组成可分为水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性醇酸树脂和水性聚氨酯树脂等；羟基分散体的相对分子质量一般低于羟基乳液，羟基含量太高或玻璃化温度太高都不利于同水性固化剂的融合，进而影响涂层性能；粒径小时，粒子的比表面积增大，固化分子分散进入粒子内部的行程较短，从而提高了羟基的利用率，可以改善涂膜硬度和外观。另外，随着粒度的降低，在成膜过程中会出现毛细作用，这些作用也有利于两组分的聚结；水性双组分聚氨酯漆的适用期通常在4h左右，加入固化剂后黏度变化不大，但若超过适用期，流平性、光泽、透明性、耐溶剂性、耐水性以及耐久性等性能将下降；体系中的反应包括异氰酸酯与羟基的反应以及与氨基甲酸酯、脲和水的反应，非常复杂。
5、水性聚氨酯-丙烯酸树脂杂化体（PUA）涂料  水性聚氨酯-丙烯酸树脂杂化体（PUA）可将聚氨酯较高的拉伸强度、耐冲击性、优异的柔韧性和耐磨性能与丙烯酸树脂良好的耐水性、硬度、附着力、耐候性、耐化学品性及对颜料的润湿性等性能结合在一起，制备出高固含量、低成本的水性树脂。PUA乳液的制备方法较多，主要包括：物理共混；带碳碳双键的不饱和聚氨基甲酸酯大分子单体和丙烯酸酯单体共聚；采用PU乳液作种子，进行种子乳液聚合；也可采用接枝互穿网络（IPN）进行改性。其中物理共混在水相中和涂膜中存在聚氨酯与丙烯酸树脂的两相本征区，随着丙烯酸树脂添加量的增加，涂膜的耐磨和耐冲击性线性下降，聚氨酯丙烯酸树脂的共聚物乳液与纯的聚氨酯乳液性能相似，具有较小的乳液粒径和较好的成膜性能，乳液的固含量较高，涂膜具有更好的耐磨性和耐冲击性。新型PUA复合乳液主要集中在有关PUA的互穿聚合物胶乳、核壳乳液、超浓乳液、封端型乳液、氟硅改性乳液等的合成与性能研究，其中具有核壳结构微乳液的结构与性能关系的研究尤其重要。
6、水性叔碳酸金属带锈防腐漆  由叔碳酸乙烯脂共聚乳液与其他树脂（除锈树脂）、防锈助剂及颜料组成的单组分自除锈防锈涂料，可用于钢结构、船舶、海洋设施等的腐蚀防护。
叔碳酸乙烯酯共聚乳液是英国壳牌化学公司30多年前研制开发的产品。其综合性能优良，目前在日本、东南亚及欧洲的建筑涂料中已得到广泛使用，但国内尚未大规模生产。
由于叔碳酸乙烯酯的结构特点：α-碳原子上烷基基团的位阻效应，聚合物侧链上的酯基难以水解，可显著提高涂层的耐碱性，使得它与醋酸乙烯酯及丙烯酸酯的共聚物及涂层具有优越的耐碱性；由于α-碳原子上烷基基团的屏蔽作用，决定了叔碳酸乙烯酯及其共聚物的抗氧化及耐紫外性能优异，由它制成的涂层历经十年以上曝晒而不破坏，远远优于聚醋酸乙烯酯乳液、醋丙乳液及苯丙乳液等制成的涂层；由于α-碳原子上三烷基的位阻效应，使得分子之间不能紧密地排列，柔韧性大，因此，由它配制的涂层不易发生龟裂，有很好的抗裂纹性能；由于α-碳原子上三个烷基取代基为柔性取代基，且位阻较大，所以，其共聚物的玻璃化温度低（-3℃），而聚醋酸乙烯酯的玻璃化温度为28℃，所以，共聚物辅以适当的成膜助剂制成的乳胶漆，成膜温度为3℃左右，低温成膜性好，便于冬季施工；随着中国经济的发展和人们对建筑涂料要求的提高，该共聚乳液制成的金属防腐涂料在中国将会有广阔的市场。

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a88174040

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2017-12-14