无机水性涂料环保性能研究

赵胤

(辽宁石油化工大学 辽宁抚顺 113001)

金属材料有着优良的导电性和导热性，在产业开发和人们的日常生活中广泛使用。但是，使用中的这些金属材料，由于腐蚀性粒子的侵蚀，容易受到腐蚀，严重情况下，也会引起安全事故。因此，为了防止金属材料的腐蚀，需要采取特定的对策。在无机水性涂料薄膜上，亲水性基团的残留物在涂层内形成极性通道，使水分子和各种腐蚀性粒子增加到达金属基面，引起金属材料的腐蚀与溶剂相比，防腐蚀层涂层更耐用。

1 无机水性涂料研究

水性涂料是水性釉药的水性油性树脂涂层，包括灰度机专用的特殊水性分级油、柔性版本的水性分级油、凹版用的水性分级油、水性分级油、水性膜复合粘合剂等。作为无机水性涂料的基础材料使用的树脂中，含有醇酸、环氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯树脂。此外，还需要添加共溶剂、乳化剂、皮膜形成剂、增稠剂、消泡剂、干燥机、霉菌杀菌剂、防腐剂等各种添加剂。在金属基板上进行无机水性涂料的情况下，如果涂层膜不干燥的话，基板容易腐蚀，所以选择适合水性涂料的腐蚀防止剂非常重要，必须同时考虑防腐剂的有效性和毒性，一般使用钼酸钠、碳酸钠、苯甲酸锌等。

曹泽宇等人认为，研究了不同水灰比对以煤矸石煅烧高岭土为主要原料的无机水性涂料性能影响的规律。结果表明：在其他条件相同的情况下，当水灰比＜0.5时，由于矿物水化反应不完全而导致涂层遇水出现裂纹，脱落等现象；当水灰比＞0.7 时，涂料在干化过程中矿物聚合物由三维网状结构向二维链状过渡，从而导致涂层性能开始下降，出现粉化现象；当水灰比为0.5～0.6 时，涂层耐洗刷次数在4 万次以上，硬度在5 H以上，耐水性能良好，涂层性能满足国家标准要求[1]。王勋等人认为，简单介绍了水利工程钢结构用水性无机富锌涂料的应用要求，并对水性无机富锌涂料用原材料及制备工艺进行了阐述。重点研究了水性无机富锌涂料中基料、锌粉、硅烷偶联剂等原材料对涂料性能的影响，并进行了初步分析[2]。

简彦红等人认为，综述了以硅酸盐溶液为主要原材料的无机涂料分类、应用，以及对无机涂料达到的技术成果进行介绍，最后阐述了无机涂料的发展现状及对其今后发展的愿景[3]。陈刚等人认为，采用半连续乳液聚合法，以丙烯酸酯类单体，配以环氧丙烯酸酯，乙烯基硅氧烷功能单体，合成了一种硅丙乳液，以此作为有机成膜物质添加至无机硅酸钾溶液中，与锌粉混合制备高附着力高柔韧性水性无机富锌涂料[4]。

2 汽车涂料研究

水性汽车涂料是以环保材料为基础的环保产品，这些优点对环境和人类的影响很少，没有带来危害的倾向。目前，减少有毒有害物质包括在传统的汽车涂层中最直接的方法是使用水性汽车涂层，这已经成为汽车涂层行业的一般发展趋势。根据调查可知，制造汽车的很多工厂，从以前的汽车表面涂层变成了水性涂层。

水腐蚀介质中金属的腐蚀，因此引起设备损坏和金属离子，漆膜不仅颜色发黄，而且漆降低膜防蚀的能力。水性涂料的涂漆的吸收，因此，需用不锈钢容器和输送管路应制作、化学钝化处理。

束树军认为，零部件种类繁多且复杂，文章归纳总结了汽车零部件的分类，并对汽车零部件材料类型以及所用涂料类型进行了分类汇总，总结分析了水性汽车零部件涂料的研究进展，分享了两个水性创新案例。汽车零部件水性涂料发展较快，具有较大的潜在应用市场[5]。李秀苗等人认为，通过自由基聚合，以丙烯酸单体、环氧酯、有机硅单体合成三元杂化体（LH-302），再添加DIC 环氧分散体（EPICLONH-502-42W），得到水性快速复合成膜体系。实验结果表明：m（三元杂化体）∶m（DIC环氧分散体）配比为4∶1，其制得的涂膜综合性能佳，耐盐雾，耐油性，附着力优良[6]。王辉认为，水性汽车涂料在高温烘烤后，清漆已经高度交联，重涂时中涂，色漆想要在其上层附着，难度很大。若要提升附着力，可从两个方面入手：一是物理方法，通过对清漆层进行打磨处理，提升其表面积，进而改善附着力；二是化学方法，通过对中涂，色漆中的树脂和助剂进行筛选和调整，改善其刚性和对下层基材的咬合能力，从而提升其对清漆层的附着力[7]。于全蕾等人认为，介绍了轨道交通车辆用水性环氧底漆，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测试试验研究情况，选取了具有代表性的国内外轨道交通涂料厂商的水性涂料样品，着重研究了耐中性盐雾性能，耐紫外老化性能，有害物质含量和防火性能，并对这些性能做了对比分析和影响因素的机理探讨[8]。

3 无机水性涂料环保性能研究

水性涂料是水性釉药的水性油性树脂涂层，包括灰度机专用的特殊水性分级油、柔性版本的水性分级油、凹版用的水性分级油、水性分级油（压力分级粘合剂）、水性膜复合粘合剂等。作为水性涂层的基础材料使用的树脂中，含有醇酸、环氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯树脂。此外，还需要添加共溶剂、乳化剂、皮膜形成剂、增稠剂、消泡剂、干燥机、霉菌杀菌剂、防腐剂等各种添加剂。日本、英国、德国在霉菌杀菌剂的研究中更具体系性，水性涂层主要是有机硫醇和一些无机金属离子抗菌剂，在金属基板上进行水性涂层的情况下，如果涂层膜不干燥的话，基板容易腐蚀，所以选择适合水性涂层的腐蚀防止剂非常重要，必须同时考虑防腐剂的有效性和毒性，一般使用钼酸钠、碳酸钠、苯甲酸锌等。

无机水性涂料的优点是污染少、安全性高、结构方便，但也有以下缺点：（1）无机水性涂料的基本材料和添加剂是有机物质，有机物的量系统内的溶剂为2%～12%，持续引起对环境的污染；（2）特别是在低温、高湿环境下，皮膜形成干燥时间变长；这是因为水的蒸发热比有机溶剂大，为了促进水的蒸发，需要采取对策；（3）由于水的表面张力高，所以很难弄湿基材的涂层；（4）作为溶剂使用水的话，金属矩阵容易腐蚀；（5）树脂和水溶性差，涂料储藏稳定性差；（6）水的凝固点比几乎所有的有机溶剂都高，所以涂层的稳定性降低；（7）易受微生物损伤。

水性涂层的干燥速度比传统涂层的干燥速度快得多，采用标准操作方法。在同一条件下，喷涂水性涂料所需的时间约为10 min，但传统的喷涂完成需要约为20 min。此外，汽车在性能方面不仅有涂层的优点，还有以下优点：（1）与传统的汽车涂层相比，在同一区域，色彩更加完善，覆盖能力更强，车的涂层较低，大大缩短了工作时间提高生产效率和顾客满意度；（2）与传统的汽车涂层相比，水性汽车涂层与较薄的涂料、更光滑、更高水平的外部涂料相结合，呈现出全色光泽良好的外观；（3）颜色稳定性高，不易受到各种涂装技术的影响，不易发生凹凸、光滑等问题。比起以前的涂料，修补汽车刮蹭更简单。除了汽车自身的性能外，由于由于水性涂料喷涂、修补汽车更加简单、工作效率高，汽车无机水性涂料被广泛使用。

孟令巧等人认为，综述了近年来国内外相关各类环保型水性涂料的研究进展与成果，介绍了水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂及其改性树脂在涂料中的应用，并对水性涂料在未来工业应用中的发展前景和方向做出了展望[9]。李艳昊认为，环保节能型水性聚氨酯涂料由于其具有较低的挥发性排放而被广泛地应用在建筑行业中，发挥着极其重要的作用。建筑行业需要大量的涂料，造成了能源消耗和环境污染，因此，应利用环保节能型水性聚氨酯研制环保节能的建筑涂料，减少建筑工程中的能源浪费，节省工程造价，推动建筑行业更加快速、稳定地发展[10]。荆凡迎等人认为，以50%含量的水性环氧树脂和50%含量的固化剂为成膜物，添加防锈颜填料配置成一种水性环氧防锈涂料。分别选择了滑石粉、氧化铁红、三聚磷酸铝、磷酸锌为颜填料，固定颜填料体积浓度为25%，考察不同颜填料组成对附着力、硬度、耐盐水和耐盐雾试验等性能的影响。结果表明颜填料中滑石粉、氧化铁红、三聚磷酸铝和磷酸锌的质量比为1∶1∶1∶1时，漆膜的附着力为0级，硬度为4 H，在3.5%盐水中浸泡360 h无变化，在盐雾实验中720 h 无变化，具有最优的性能[11]。

刘峰认为，随着人们生活水平的提高，越来越重视绿色环保对身体健康的重要性。国家开始大力发展环保事业，在日常生活中，其实也随处可见一些不环保的材料，比如涂料。涂料是日常生活中最常见的一种物质，而涂料中含有大量的有害物质，会危害人的身体健康，尤其是对于孩童来说，涂料的杀伤力更强。而通过相关的实验研究发现，水性涂料对人体没有伤害，也不污染环境，使用起来非常方便，因此水性涂料得到了很大的发展和提升，被广泛应用在各个领域中。主要结合水性涂料的特点，探讨水性涂料性能检测的有效性[12]。庞宇认为，随着我国社会经济的不断发展和进步，各行各业的运作模式与过去相比也都有了非常大的变化，其中的涂装领域也不例外。社会的发展也让国家对大气VOC排放提出了更高的要求，国家规划对污染物排放总量也在不断降低，且对车间清洁生产提出了更高的要求。另外，传统涂装工作会比较注重涂装的装饰性与高防腐性能，所以只有不断对新材料、新技术进行创新，这样才能更好地满足行业发展需要[13]。于伟等人认为，从水性涂料理化性能、环保性、施工工艺及施工成本分析等方面，通过与溶剂型涂料对比，得出水性涂料综合性能优良，施工VOC排放降低70%以上，施工环境窗口相对较窄，基本能够满足工程机械行业更高的绿色环保涂装要求。但在工程机械行业现阶段推广应用要综合衡量涂料成本、涂装作业量、环保达标排放指标、涂装线体设备改造投入、VOC末端处理设备投入及运行成本等，以降低涂装综合成本，顺应环保绿色涂装的发展方向[14]。

4 结语

近年来，世界汽车制造业遭遇金融危机，产量急剧减少，但中国汽车制造业迎来了快速发展的时期。基于无机水性涂料的开发受到对重型机械的投资和工作环境的严格要求的限制，因此很难在没有技术预备设计的情况下变革20世纪建设的汽车涂覆线。近年来，中国的汽车制造业构筑了近20条水性涂料生产线，无机水性涂料的开发有利于节约资源，改善环境污染，实施清洁生产，实现有效的社会和经济效益。随着无机水性涂料技术的不断进步和创新，价格、性能和建筑技术将得到进一步提升，对无机水性涂料设备的投资将会减少，有望有更大的发展空间来促进。扩大无机水性涂料的适用领域。在我们国家提倡的“绿色环保”的背景下，水性车的镀膜与传统的车相比有更多的优点和优点。一般来说，人们现在更注重健康，所以各种各样的人相关产业的发展，最终将进一步发展为汽车无机水性涂料的趋势。但是，中国现在面临着汽车无机水性涂料的问题，相关研究比较落后，技术比较不成熟，造成了严重损失。因此，中国的汽车水性涂料的开发将进一步推进，期待中国提倡的绿色环保的想法能早日实现。