水性涂料的特点及其应用发展

陈春霖，孟晓伟，唐 毅，周胜之，黄 榜，宋 磊

(1.重庆中科检测技术服务有限公司，重庆 401121；2.重庆市计量质量检测研究院，重庆 401121)

目前，我国是涂料生产和消费的第一大国，且绝大部分采用溶剂型涂料。溶剂型涂料在生产、施工和固化过程中会排放对空气造成严重污染的挥发性有机化合物。据统计，涂料生产和加工过程中排放的VOC含量占其排放总量的20%～25%，是VOC污染制造的第二个大因素。因此，对于走可持续发展道路的我国来说，环境友好型水性涂料是我国涂料发展的发展方向和必然趋势。

20世纪70年代，联合国郑重宣告保护和改善人类环境已成为人类一个迫切的任务。许多西方国家已经颁布了相关法令政策限制VOC的排放。20世纪末，我国相继修订了环境保护法律6项，增添了与资源利用相关的法律10项、多项环保条例、多项环境法规，还制定了427项环境保护行业标准，并将“危害环境资源罪”添加进《刑法》中。从以上法律法规的颁布可以看出，国家对环境保护的高度重视推动了环境友好型水性涂料的快速发展。

1 水性涂料

1.1 水性涂料特点

水性涂料是指以水为溶解介质的涂料，组成中70%～90%均为水，不含有苯、醛类以及卤代烃等有毒有机溶剂和甲醛、铅、铬等重金属化合物，具有无毒环保、基本不含可挥发性物质、无不友好气味以及性质稳定等特点，是一种安全无污染的环保型涂料[1]。

1.2 水性涂料的优点

水性涂料具有以下优点：

(1)水性涂料采用水作稀释剂，挥发出的水对环境和人体完全无害，可以解决目前大部分溶剂型涂料挥发有害气体的问题，使制造和施工的一线工人的健康问题得到改善。

(2)水性涂料采用树酯成膜，原材料的获得具有安全性和可持续性，对自然资源的依赖程度也大大降低，符合我国可持续发展的要求。

(3)水性涂料本身防火、防爆，所以运输、储存和使用的安全性很好。同时，施工时无需专业技术，一般人可涂刷，特别适用于当前我国建筑装修行业的一线施工人员水平不高的条件[2]。

(4)漆膜密度高，易修复，具有优异的防腐性能。

(5)适用范围广泛：适用于地坪工程、汽车车辆、船舶锅炉、钢结构网架、机械设备制造、集装箱、铁路桥梁、内外墙建筑等国民经济的各行各业。

1.3 水性涂料面临的问题

(1)水表面张力大不容易浸润底材，容易发生缩孔现象，且对施工过程中的清洁度和材质表面的清洁度要求都较高，材质表面就很难形成完整漆膜。

(2)水性涂料和溶剂型涂料的分散介质的熔点差异很大，溶剂型涂料在0 ℃可以进行施工，但是水性涂料的施工温度一般需要在5 ℃以上，这一条件严重限制了水性涂料的使用范围[3]。

(3)水性涂料中溶剂水的蒸发潜热较大，所以需要的烘干温度较高，烘干时间较长。同时在需要烘干时，如果加入了高沸点的助剂，则会产生油烟，影响漆膜外观。

(4)水性涂料对涂装设备腐蚀性较大，所以底材必须要采用防腐蚀衬里或者不锈钢材料，设备造价较高。

(5)水性涂料成本价格较高、生产销售原材料厂家多而杂，低价格的原材料不能满足性能要求，所以在原材料的选择上比油性涂料要求严格，价格贵得多，这点是任何水性工业涂料生产厂家都无法规避的一个问题。

2 水性涂料的应用

2.1 汽车工业的应用

目前，汽车工业比较发达的国家基本上都已经将水性涂料代替了溶剂型涂料。我国汽车工业由于在国家政策和环境保护意识增强的情况下，目前对水性涂料的研究和使用也逐渐增多。2014年8月，一汽丰田宣布北京23家一汽丰田经销店在2014年全面导入水性涂料[4]。

当然，水性涂料在汽车行业的使用还存在一些问题。由于溶剂水的沸点低，蒸发较困难，受环境湿度的影响较大，表面张力高，易形成气泡，电阻较低等特点，使得涂料存在易流挂，产生缺陷等问题。张华丽对水性涂料的这些问题进行了研究，并在涂料制备和涂装设备方面提出了防治方法[5]。

2.2 电力机车与城轨车辆的应用

我国水性涂料的应用还在起步阶段，应用在轨道车辆的水性涂料还很少。南车株洲电力机车有限公司与德国西门子公司进行合作，将水性涂料应用在电力机车与城轨车辆上，进行了大量的试验性工作，为涂料水性化方面的推广积累了一定的经验。

我国科研人员也在不断地对应用在电力机车与城轨车辆的水性涂料进行研究。孙剑爽从轨道客车涂装功能性及水性涂料涂层设计、轨道车辆用水性涂料性能要求等角度分析了水性涂料与传统溶剂型涂料的差异，同时结合在一种城铁车上试用水性涂料存在的问题，分析了轨道车辆上应用水性涂料的可行性[6]。敬俊娥借鉴国外先进经验，在水性涂料性能标准基础上，分析了轨道车辆用水性涂料体系包括底漆、中涂漆和面漆的选择、性能要求、检测标准和施工工艺，对施工过程中存在的的问题提供了一些解决方案[7]。高猛等人也就水性涂料的特点对涂料体系、施工工艺等进行了研究[8]，他总结出应用在轨道客车上的水性涂料在施工工艺上应严格控制涂装的作业环境，为国内轨道客车使用水性涂料体系涂装提供参考依据。黄春辉等人以运辆客车[2015]73号25型客车用涂料技术条件为技术标准，对水性涂料的产品性能进行了系统测试，水性涂料在产品性能、施工窗口方面已经满足轨道客车行业的需求，并且环保优势突出，能够替代现有溶剂型涂料来作为轨道客车的主要涂装材料[9]。

应用在电力机车和城轨车辆上的水性涂料虽然存在一些问题，但是对涂料本身或涂装工艺环境设备等方面进行改进，这些问题会逐渐得到解决，相信水性涂料会在电力机车与城轨车辆中得到广泛的应用。

2.3 防腐领域的应用

重防腐涂装行业应用水性化涂料是涂装工程实现节能、减排的重要手段之一，水性涂料的开发与推广应用受到了国家和相关单位的高度重视。但水性重防腐涂料在性能和施工上还存在一定短板，发展速度缓慢，据不完全统计，2016年重防腐涂料在各个行业的应用不足3.5%[10]。

2.3.1 海洋重防腐领域的应用

水性涂料在应用上相比于溶剂型涂料还存在一定的劣势，在海洋、石油石化等工业的重防腐领域的应用经验还是非常有限的。

金如君分别对水性涂料进行了抗闪锈、耐水、可目视存罐时间、低温贮存与运输性能进行了测试[11]。结果表明，施工过程中，如果保持通风，干燥良好，水性涂膜理论上是具备一定耐水性的；伦敦的Penguard WF双组分水性环氧底漆能够达到目视存罐时间，并且能够在-10 ℃条件下保存28 d而不影响其使用性能。

2.3.2 石油石化重防腐领域的应用

石油石化企业始终暴露在易燃易爆的化工液体和气体中，其设施设备也常年处于高腐蚀环境。由于水性涂料绿色环保，不燃不爆，所以采用水性涂料不仅可以在涂装过程中避免火灾隐患，保证施工安全，并且能够对设施设备起到防腐作用，延长设备的使用寿命。

李洪岩对应用在石油石化重防腐领域的水性涂料的配套方案，配套应用，技术指标等进行了系统的研究，给出了很多具有参考价值的数据，指出水性涂料的合理配套使用能够应用在石油石化防腐蚀中[12]。

2.3.3 混凝土防腐中的应用

在混凝土的防腐中，水性涂料主要用在大气区中的弱腐蚀和中腐蚀环境中，对强腐蚀的环境要降低防腐年限。水性涂料可以使用在潮湿地区，一般不可以使用在浸水区，在浸水区使用时需要采用水性环氧体系且适当降低防腐年限。

武德涛结合混凝土在桥梁防腐涂料标准、防腐技术条件和实际实践对水性涂料体系进行了研究。他认为用于混凝土防腐的水性涂料可以根据使用环境的不同，要求的防腐年限以及被保护混凝土的情况来选择。水性涂料在混凝土重防腐领域已经逐渐开始被使用。根据不同的环境，采用不同的体系，合理设计配方，即能达到一定的防腐年限。

3 结语

水性涂料是未来我国涂料的发展趋势。目前，我国在环保方面的政策法规还非常有限，一些生产企业还需在技术方面进一步革新，水性涂料的成本需要降低以及大众对水性涂料的认知和认可程度还有待提高。以上这些问题的存在使得我国对水性涂料的研制和应用依然在起步阶段，市场上使用的水性涂料多是国外产品，所以我国的相关工作者和研究者需要不断地吸取优秀经验，积极开发出高性能的水性涂料。相信在不远的将来，水性涂料在我国一定可以大显神通。