水性涂料的化学配方应用及其发展前景

2018-07-12成绵江

科技视界 2018年22期

成绵江

（广东产品质量监督检验研究院，广东广州 510000）

0 引言

不可再生资源的过度采集将石化资源推上风口浪尖，涂料行业的发展受到了石化能源的限制，人们急需一种环保高效的涂料替代传统涂料。而在这时，水性涂料的出现使得涂料市场重现生机，但水性涂料在我国发展缓慢，主要是大众对于涂料方面认知的欠缺所致，因此，在发展水性涂料的道路上我们还有很长的路要走。

1 水性涂料及其种类

1.1 概念

现在市场上也出现了各种各样的水性涂料，但是消费者往往对于其是什么东西并没有统一的概念，仿佛只是听起来“高端”一些。其实水性涂料就是把水作为分散质或者溶剂的新式涂料，它可以根据其中包含的粘合剂划分成为合成树脂型以及天然型两种。

1.2 种类

1.2.1 聚氨酯型

在分析聚氨酯结构的时候人们发现，其中包含有氨基甲酸酯这种聚合物质，这个物质分子之间有着范德华力和氢键，这两者可以大大提高分子之间的强度，使得制作出来的水性材料内聚力更强，同时粘性更大。这种水性涂料还有着低温成膜的特点，有着传统涂料难以比拟的耐久度和黏力。

1.2.2 环氧树脂型

这种水性涂料以环氧树脂为主要原料，能够在水中分散，这就使其具备了清洗方便的特点，如果需要更换直接用水洗就可以除去，并且它所含有的有机化合物和溶剂含量不高，给环境带来的负面影响较小，绿色环保。这样的属性涂料优点在于能够带来不小的经济效益，将其同其他水性物质混合，能够提高其效果，节省资金。

1.2.3 丙烯酸酯型

这种水性涂料含有多种物质，包括甲基丙酸、乙烯系单体和丙烯酸等，具有独特的保持性能，能够确保颜色鲜亮[1]。

2 现今水性涂料的应用

2.1 涂装木制品

木制品的涂装主要是通过以下三种方式应用水性涂料的：①水性UV漆；②双组份水性漆；③单组分水性漆。这三种方式分别是通过紫外线、固化剂和水稀释的方式形成膜。其中，单组分水性涂料的使用方式是最绿色环保的，直接通过水稀释就可以达到使用的目的，由于这样的特点被广泛应用在儿童用家具上。

2.2 涂装电梯

其实原有的电梯涂装方式并非不绿色环保，而是在实际使用过程当中受到了不小的限制，曾经的喷粉涂装方式污染并不大，所需要的支出也没有多少，但一旦涂装完成之后，经过一些时间的积累后就难以换颜色了。在水性涂料正在发展的今天，电梯当中逐渐发展出了叫做静电水性涂料的新式涂料，它能够用水替代原有的有机溶剂，使电梯的环保系数更上一个档次，对人体的伤害也更小。

2.3 涂装汽车

众所周知，汽车涂装需要小心翼翼，无论是所用涂料还是涂装手艺都要求十分严格，而水性涂料在汽车涂料行业中使用比例在我国还非常低，比起国外还有巨大的差距，原因主要在于涂装价格高昂，一般人都不会选择这样的方式涂装自己的爱车。不过在近几年我国汽车涂装当中采用水性涂料的车主越来越多，说明我国市民对于水性涂料的认知正在飞速发展，相信在未来水性涂料的市场产油率能够到达一个新的高度[2]。

2.4 涂装塑料

不光是机械涂装领域，塑料的涂装同样可以使用水性涂料，比起金属设备，塑料制品往往更加贴近我们的生活，使用水性涂料涂装，能够降低有机溶剂的危害。改良后的水性涂料甚至可以防火防细菌，更多的涂装功能还有待开发，这就要求我国的研究者们在水性涂料的研究上追求更多的功能。

3 水性涂料在我国发展中遇到的问题

3.1 对水分的要求

水性涂料对于环境湿度的要求很高，这是由于水性涂料当中所含的水有着高沸点，因此难挥发，但如果周边环境的湿度很低，水性材料就有可能快速挥发而导致开裂的发生。但是因为涂料是水性的，因此涂抹在物体上形成的涂层是非常忌讳水的，哪怕空气中水蒸汽含量变高也能够使涂膜产生变形和褶皱[3]。

3.2 对墙体要求高

水性材料的特性更偏向于水，因此就对于墙体清洁度有着不小的要求。如果墙体磕磕巴巴，水性涂料会因为水的表面张力而难以将其灌满或者涂抹均匀，导致涂装完成后的墙体也是缩孔百出，尤其是在和水不相容的油性表面上，这样的问题难以解决。

3.3 抗性较差

水性涂料涂装完成的物体面对强大的机械力往往难以保证涂膜完整，比如使用水性涂料涂装的管道，如果遇到强大的水流，水性涂料当中那些分散的分子会被强制压在一起，宏观上看就是一个固体小颗粒，这样就会在管道上形成一个又一个的小麻点。

3.4 腐蚀设备

使用水性涂料涂装的设备或多或少都会对设备产生腐蚀作用，如果设备是铁质的，则腐蚀作用更强。因此在一些特定场合需要使用水性涂料，又无法避免金属设备，利用不锈钢可以获得良好的防腐蚀效果，但这就需要额外的资金。在解决水性涂料腐蚀金属的研究当中，各国都遇到了很大的阻力，无论在国内还是国外，不腐蚀金属的水性涂料的开发都不顺利，生产和应用都只是很小的一部分，且大多数还处于实验性质。不过难题没有阻止各国学者对于水性金属涂料开发的热情，这些年来相关的新涂料不断涌现，虽然还远远不能够达到溶剂型金属涂料的水平，但各国致力于减少腐蚀作用的研究数不胜数，相信在未来结合更先进的工艺，我国可以在水性金属涂料的研究中拔得头筹。

4 水性涂料在我国的发展前景

4.1 重要性

水性涂料的特性在于它有着水所拥有的一些特点，与传统涂料不同，但水这种物质在我们的生活当中可以说再熟悉不过了，不管是洗衣做菜还是饮用都离不开它，所以这种涂料当中水性只能表现出它的性质像水，但它真正成功的地方在于降低了涂料当中有机溶剂的占比，甚至完全替代有机溶剂。之所以得到这样的结论，是因为传统涂料当中所包含的有机溶剂为人类的生活带来了太多的困扰，但在水性涂料出现之前，人们必须接受传统涂料带给人们的负面作用。

其次，水性涂料的优点不仅限于保护环境，它还能够保护施工的人员，工作在涂料行业的工人肯定都或多或少的受到了传统涂料的毒害，甚至有的人还经历过有机物质燃烧的火灾。而水性涂料的出现使得无毒化处理变得更加简单，对于工人的毒害更小，为了环境着想的同时也要为那些工作在一线的涂料工人送去健康。

最后，从价格上来说水性涂料有着更加经济实用的性价比，传统溶剂当中含有的有机溶剂受到石油的制约，而水性涂料因为含有很少有机溶剂，甚至直接不含有机溶剂，所以受到的制约很小，且价格很便宜。因此，比起使用有机溶剂却要受到其他国家石油价格的影响，自己创新开发水性涂料就好比是挣脱枷锁一般的存在，谁能够开发出自己的水性涂料并广泛应用，就可以缓解通过有限的石化能源开发有机溶剂的压力，也能够为国家之后的经济带来不小的效益。由此可以看出，水性涂料的开发不光只是涂装行业的一种趋势，更是国家提高自身竞争力和缓解石化能源压力的新途径。

4.2 前景

我国的水性涂料发展还在摸索当中，现今在工业等领域的占比还比较小，多种因素都在影响着水性涂料的发展，开发价格，技术条件制约以及相关法律的不完善都导致其发展缓慢，在国外水性涂料的销售占比可以达到大概八成，但我国只有四成，这就显示出我国在水性涂料发展当中的不足。不过这些年来我国环保政策的出台以及全国人民环境保护意识的提高都促进了水性涂料的发展，投身水性涂料的研究当中的年轻人也越来越多，未来水性涂料在我国的发展形势一片大好[4]。同时，石化能源的缺乏给水性涂料的发展带来了新的机遇。因为石油资源属于不可再生资源，在石油资源日益紧缺的大环境下，世界石油价格飞速上涨，和石油有关的相关产品价格也就相应升高，这个时候人们注意到了水性涂料的优点，因此近年来我国工业涂装方面使用水性涂料的例子越来越多，而根据国家的环保政策，水性涂料的特点能够很好响应其号召，这是难得的发展契机。