水性防腐涂料在工業(yè)涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用和研究

1 引言

防腐涂料主要是用來防止基材生銹腐蝕，我國防腐涂料主要是溶劑型涂料，但是該種涂料含有大量的溶劑，對環(huán)境和人體有著很大的損害，而且易燃易爆，安全問題也屢屢發(fā)生。因此，國家近兩年大力推行水性涂料，用水作為主要溶劑，可以有效降低環(huán)境污染和對人體的傷害，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的目的。水性防腐涂料也成為了水性涂料發(fā)展不可改變的趨勢，對于工業(yè)涂裝領(lǐng)域來說也有著很大的影響。

2 法規(guī)依據(jù)

1986年德國制定了《大氣凈化技術(shù)綱要TA-LUFT》。1988年日本制定了《碳化氫排出抑制指導(dǎo)方針》。1990美國通過的CAAA《清潔空氣法修正案》要求采取嚴(yán)格措施。1992年UNEP國際議定書通過《大氣污染的防治VOC消減計(jì)劃》。1994年歐洲提出了《限制汽車涂裝過程中排放物溶劑控制指令》。2005年美國啟用更為嚴(yán)格的VOC法規(guī)，工業(yè)維護(hù)涂料的VOC含量限制在350g/L，其中底漆和中涂的VOC含量限制在250g/L。我國政府也越來越重視涂料中VOC的問題，國家質(zhì)檢總局2001年12月10日發(fā)布了《10項(xiàng)室內(nèi)裝飾裝修材料中要害物質(zhì)限量的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)》。2005年國家環(huán)境保護(hù)總局頒布了HJ/T201―2005《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求―水性涂料》明確規(guī)定了水性工業(yè)漆產(chǎn)品的VOC含量小于250g/L。2010年6月1日發(fā)布的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB24409-2009《汽車涂料中有害物質(zhì)限量》對汽車涂料中VOC含量進(jìn)行了限制。

3 水性漆的大致分類和特點(diǎn)

按成膜樹脂分目前較成熟的水性漆可分為單組份水性丙烯酸類、水性醇酸類、水性環(huán)氧酯類、水性氨基類、雙組份水性環(huán)氧類、和雙組份水性聚氨酯類等。

1）水性丙烯酸類是水性漆中使用量最大應(yīng)用面最廣的一類水性漆。該類產(chǎn)品以水性丙烯酸樹脂（乳液）為成膜基料，附以其他成分可以制備出非常豐富的水性丙烯酸涂料。由于水性丙烯酸樹脂（乳液）采用不同的軟硬單體，制備出不同硬度甚至彈性的乳液；采用特殊的功能單體，可以制備在多種底材上具有優(yōu)異附著力或優(yōu)異耐腐蝕性的乳液，等等。因而可以制成不同性能要求的水性漆。如側(cè)重于耐腐蝕性的水性防銹型丙烯酸漆，側(cè)重于耐光老化和高裝飾性的水性丙烯酸面漆。水性丙烯酸類涂料具有助溶劑含量少、漆膜干燥速度快、施工效率高、色彩豐富、漆膜豐滿等諸多優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些不足之處，比如環(huán)境溫度和濕度的變化對漆膜干燥和性能影響較大，對底材處理要求比較嚴(yán)格，輕微的底材銹蝕或雜質(zhì)即可能造成大面積的閃銹發(fā)生。

2）傳統(tǒng)的醇酸樹脂漆在油漆的使用中占有相當(dāng)大的比例，將醇酸樹脂水性化，在技術(shù)上可行，從可持續(xù)發(fā)展角度也非常必要，因?yàn)樯a(chǎn)水性醇酸樹脂所需的原材料基本不依賴于石油產(chǎn)品。水性醇酸樹脂干燥速度較慢，同時(shí)其涂膜早期硬度、耐水性和耐溶劑性也較差，另外，由于水性醇酸樹脂在油類選擇和油度確定上還沒有像溶劑型醇酸樹脂那么豐富，因此，高裝飾性、高豐滿度、色彩艷麗的水性醇酸漆，還有待深入開發(fā)。為進(jìn)一步提高水溶性醇酸樹脂的性能，需要對其進(jìn)行各種改性。常用的改性方法有有機(jī)硅改性和丙烯酸改性。通過改性后可以獲得良好的保色性、保光性、耐候性、耐久性、耐腐蝕性、快干性及高硬度等，克服了常規(guī)水性醇酸樹脂涂料貯存穩(wěn)定性差，干燥速度慢，早期硬度、耐水性和耐溶劑性較差等弊病。

3）水性烘干漆通常以含羥基的水性聚酯樹脂或水性丙烯酸樹脂與水性氨基樹脂或水性封閉型多異氰酸酯為交聯(lián)劑在高溫下反應(yīng)固化成膜的一類涂料。該類涂料具有附著力好、耐水性、硬度高、韌性好、光澤高、外觀效果好、生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是汽車工業(yè)或流水涂裝作業(yè)的理想水性漆產(chǎn)品。但是為了滿足烘干涂裝效果，水性烘干漆中還是要加入一定量的助溶劑，會(huì)對VOC的控制有影響。

4）水性環(huán)氧涂料以水性環(huán)氧乳液、防銹顏料、功能填料、水性助劑配以水性環(huán)氧固化劑組成。水性環(huán)氧樹脂以相反轉(zhuǎn)乳化法制備的水性環(huán)氧乳液在穩(wěn)定性和耐腐蝕性方面較佳，分子中含有極性的羥基、醚鍵等，對多種底材形成較強(qiáng)的吸引力。而且環(huán)氧樹脂分子中沒有不飽和鍵，漆膜固化時(shí)收縮力小，僅為2%左右，分子中的醚鍵使分子鏈柔軟便于旋轉(zhuǎn)，可以消除冷熱變化造成的內(nèi)應(yīng)力，這樣可以保證整個(gè)配套漆膜在受到外界環(huán)境破壞時(shí)，整個(gè)漆膜的良好配套性。

5）雙組份水性聚氨酯涂料一般使用含大量羥基的水分散型多元醇制漆，配以脂肪族異氰酸酯固化劑固化成膜，因樹脂中酯鍵和脲鍵的存在，漆膜的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性等十分優(yōu)異。高聚物分子之間可形成非環(huán)和環(huán)形氫鍵，在外力作用下，氫鍵可分離而吸收外來的能量。當(dāng)外力去除后可重新形成氫鍵，如此的氫鍵裂開又形成的可重復(fù)性使漆膜具有高度的可修復(fù)性和耐光老化性。

4 水性漆應(yīng)用的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)

我們在生產(chǎn)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該正確把握水性漆的特點(diǎn)，發(fā)揮其長處避免其缺點(diǎn)，無論在生產(chǎn)還是使用，水性漆除了環(huán)保，還有易清潔、現(xiàn)場環(huán)境好清理、火災(zāi)隱患低等優(yōu)點(diǎn)。最大的問題是如何保證良好的施工質(zhì)量和漆膜性能。

由于水的特性較有機(jī)溶劑有較大的差別，熟知這些差異非常重要。水的表面張力比有機(jī)溶劑大的多，但是可以通過加入助劑的方法降低表面張力，對底材潤濕、表面流平方面略遜于溶劑性油漆，但應(yīng)用基本影響不大。

水的汽化溫度高，會(huì)導(dǎo)致涂料噴涂時(shí)不易揮發(fā)、霧化時(shí)不易蒸發(fā)、蒸發(fā)時(shí)受環(huán)境濕度影響大。溶劑的揮發(fā)受溫度影響大，但可以采用不同沸點(diǎn)的溶劑進(jìn)行調(diào)整；水的蒸發(fā)受濕度影響大，只能通過環(huán)境濕度調(diào)整。

大多數(shù)水性漆為非牛頓流體，在施工粘度上有別于溶劑性油漆，可以通過試驗(yàn)確定在原漆中的加水比例，因?yàn)榧铀亢驼扯茸兓⒎浅示€性關(guān)系。

水性漆的應(yīng)用需特別控制氣泡的產(chǎn)生。水性涂料采用與溶劑型涂料相同的烘烤工藝，易導(dǎo)致漆膜中水分的殘留從容產(chǎn)生氣泡，因此在水性涂料中導(dǎo)入預(yù)熱工藝，從而防止烘烤時(shí)出現(xiàn)氣泡、控制因體積收縮造成的流掛以及表面流平。

5 水性漆的市場應(yīng)用分析

水性漆的研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在四個(gè)大的領(lǐng)域：鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)、汽車零部件和機(jī)械設(shè)備、汽車涂裝、軌道交通涂裝等。

鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)用水性漆品種以水性丙烯酸、水性醇酸、水性環(huán)氧酯、水性無機(jī)富鋅、水性環(huán)氧類為主，其中水性丙烯酸、水性醇酸、水性環(huán)氧酯以防銹為主，水性無機(jī)富鋅、水性環(huán)氧漆可以達(dá)到中度耐腐蝕的要求，從產(chǎn)品性能和應(yīng)用結(jié)果來看，總體效果不錯(cuò)，性能有保障。但是也暴露出一些問題，由于施工環(huán)境差、溫濕度難控制、室外作業(yè)和底材處理不到位等原因，漆膜易出現(xiàn)閃銹、開裂、干燥慢、防銹性變差等問題。

基于環(huán)保、降低工人危害、降低火災(zāi)隱患的要求，汽車零部件（車橋、傳動(dòng)軸等）、機(jī)械設(shè)備等的涂裝越來越多的由溶劑型油漆更換成水性漆。應(yīng)用的品種以水性丙烯酸漆、水性醇酸漆、水性環(huán)氧酯漆為主，根據(jù)不同的施工條件選用不同的產(chǎn)品。該類漆可以滿足汽車零部件對油漆性能的要求，某些產(chǎn)品的性能甚至超過了溶劑型同類產(chǎn)品。但同樣在施工環(huán)境方面需要改進(jìn)，以適應(yīng)水性漆的特點(diǎn)。

汽車是油漆涂料行業(yè)的用漆大戶，用量僅次于建筑涂料，汽車漆也是性能要求最高，涂裝技術(shù)要求最高的品種。水性汽車漆的應(yīng)用時(shí)間較短，經(jīng)過了十多年的發(fā)展，其涂膜性能與溶劑型涂料相比不相上下，但受設(shè)備投資大、作業(yè)環(huán)境要求嚴(yán)格等制約，推廣和普及還需時(shí)日。目前比較成熟的水性汽車漆配套體系為陰極電泳漆+水性中涂漆+水性底色漆，罩光清漆還采用溶劑型產(chǎn)品。其中水性中涂漆為水性聚酯氨基類產(chǎn)品，水性底色漆以水性丙烯酸氨基類產(chǎn)品為主。

軌道交通車輛用涂料的發(fā)展也趨于水性化，歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐步將水性漆在軌道車輛上開始應(yīng)用，阿爾斯通公司、西門子公司、龐巴迪公司都有水性漆項(xiàng)目在應(yīng)用。國內(nèi)尚處于起步階段。軌道車輛用水性漆基本采用自干或低溫烘干雙組份體系，涂層結(jié)構(gòu)為水性環(huán)氧底漆+水性聚氨酯中涂+水性丙烯酸聚氨酯面漆。水性環(huán)氧底漆具有附著力好、耐腐蝕性優(yōu)、配套性好的特點(diǎn)；水性聚氨酯中涂具有封閉膩?zhàn)訉尤毕?、提高被涂物表面平整度、易打磨的?yōu)點(diǎn)，同時(shí)與底、面層的配套性良好；水性丙烯酸聚氨酯面漆具有耐老化、光澤高、耐污染的特點(diǎn)，兼具保護(hù)性和裝飾性于一體。

6 結(jié)語

我國涂料行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時(shí)期，國家對于環(huán)保政策的實(shí)施和推行，都表明了發(fā)展環(huán)境友好型水性涂料是未來發(fā)展的趨勢，也是中國涂料企業(yè)責(zé)無旁貸的義務(wù)。不僅可以改善我們的生活環(huán)境，還可以為國家創(chuàng)造綠色GDP，同時(shí)也是在縮小國內(nèi)涂料企業(yè)與國外涂料巨頭之間的技術(shù)差距，體現(xiàn)民族工業(yè)的創(chuàng)造力和創(chuàng)新力。而對于水性工業(yè)涂料使用者來說，也應(yīng)該加大設(shè)備改造投入力度，改善施工涂裝環(huán)境，為水性漆的應(yīng)用創(chuàng)造良好條件。