浅谈水性工业涂料取代油性工业涂料

2021-07-20诸峰

探索科学(学术版) 2021年6期

诸峰

浙江罗星实业有限公司浙江嘉兴 314000

引言

随着国际社会对环保的重视程度加深,减少涂料行业中挥发性有机化合物(VOC)使用的压力越来越大,这导致了水性体系的发展,并且已经进行了广泛的研究并将其用于工业涂料中。与此同时,随着水性涂料标准出台,我国工业涂料生产企业纷纷“下水”。在这种情况下,水性工业涂料取代油性工业涂料成为未来我国涂料行业的主要趋势。

1 新型水性工业涂料的特点及局限

在生活用品的生产和使用领域,更加天然、环保、高品质的水性涂料产品已经成为国内涂料市场的新宠儿。一方面,这与现代社会对生活品质的追求提升有关;另一方面,也与更加严格的环境法规有关。随着环保法规的日益严格,传统溶剂型工业涂料向水性、粉末等环保产品转型进程加快,水性工业涂料近年来一直是重要的研究重点。

在众多水性工业涂料中,水性聚氨酯涂料、水性环氧树脂涂料和水性丙烯酸树脂涂料最受关注。以水为基础的聚合物晶格分散体(水性工业涂料)通过降低最终产品的挥发性有机物含量(voc),为有机溶剂型涂料(油性工业涂料)提供了一种可行的替代品。这一领域的主要研究方向包括研究涂料成膜过程中粒子的聚合、不同聚合物晶格的成膜能力、粒子聚合过程中聚合段的互扩散以及乳胶涂料的机械和粘弹性能[1]。

水性工业涂料反应体积小,无回流,循环过程中反应温度易于控制。乳化剂(阴离子型、非离子型)和其混合物、立体稳定剂(聚乙烯醇(pvoh)、羟乙基纤维素、聚乙二醇、新型保护胶体等)和一般的可聚合表面活性剂成功地稳定了水性乳胶。醋酸乙烯酯(vac)乳液均聚物和共聚物(latexes)广泛用作水性室内外建筑涂料、涂料和黏合剂中的黏合剂,因为它们具有比双单体均聚物更高的机械性能和耐水性能[2]。醋酸乙烯酯与丙烯酸酯类单体共聚,可以根据乳化剂的分子结构、共聚物组成、引发体系和聚合过程中的保护胶体等因素,生产出具有广泛力学性能和分子性能的乳酸酯。最重要的是混凝土与二氧化碳的碳化反应,主要是氯化物盐的作用,是造成混凝土降解的主要原因。水性涂层可作为抗腐蚀剂的物理屏障,有助于提高混凝土结构的耐久性。

机械强度一直是阻碍日化水性涂料实际应用的关键因素。水性涂料表面的微观纳米结构很容易被外力破坏,特别是机械摩擦,这会导致涂层失去疏水性,这也成为水性涂料的局限之一。此外,水性涂料及其大多数必须受到保护,以免受到微生物的破坏。为此,涂料工业减少挥发性成分的尝试,增加了水性涂料对细菌侵袭的敏感性。

2 水性工业涂料取代油性工业涂料的必要性

采用传统油性工业涂料的目的在于防止吸水;防止涂层表面,涂层界面以及本身的微生物感染;保护免于过多的水分吸收和紫外线;减少涂料水分的快速波动或尺寸变化;降低涂料气穴,气孔和边缘润湿不良的缺陷。然而,随着技术的进步和发展,新型的水性工业涂料将是未来工业涂料发展的主要方向。

在具体研究中,将水性工业涂料的机械性能与三种不同的油性工业涂料的性能进行比较,通过扫描电子显微镜的形态学表征表明,新型水性工业涂料涂覆的KP类似于层状结构,其中,部分涂层保留在表面上,并且部分涂层被KP吸收;与油性工业涂料相比,新型水性工业涂料表现出最高的拉伸刚度和压缩强度;水性工业涂料的出色机械性能与环保工艺相结合,可使用生物基溶剂获得可回收的EPS,从而为水性涂料应用带来了诸多优势[3]。这是由于新型水性工业涂料的一个关键特征是胶体稳定系统不会引入水敏感性,实际上湿粘合特性与现有的粘合促进型涂料具有完全的可比性。其中胶体稳定剂旨在与钛螯合物(如Tilcom AT23)相互作用,从而建立一种弱的凝胶结构,该结构可以被剪切力分解。

交联是由在所需的互扩散程度之后发生的刺激触发的。用于智能水性涂料的不同类型的交联涉及功能基团,例如烷氧基硅烷,羧酸,碳二亚胺,氮丙啶,异氰酸酯和多元醇,其中触发因素可能是p H,温度或温度的变化含水量。这类水性工业涂料可以与缔合性增稠剂(及其掺合物)和钛螯合物一起配制,因此提供了相当大的配方灵活性,这是常规的表面活性剂稳定的油性工业涂料无法实现的。

新型水性工业涂料的另一个好处是利用众所周知的二氧化钛(锐钛型)的氧化特性,发挥了光催化作为自清洁工艺的潜力,以用于日常生活用品的表面自清洁。涂料采用低温原位合成以获得在聚苯乙烯(PS)载体上的催化层。该技术通过引入钛螯合物会大大提高水性工业涂料的低剪切速率黏度,加速表面污垢的分解。最终加工者无需花费任何精力进行现场上光或固化。在成型过程中,可以观察到以裂纹形成和分层形式出现的透明涂层损坏。可以预见的是,生活用品领域水性工业涂料取代油性工业涂料已成定局。