以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展

以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展 以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展 第2O卷 2000生 第4期 11月 高师理科学刊 JournalofScienceofTeacher3CollegeandUnivermty Vo12ONo4 N.2000 (齐齐暗尔大学)(齐齐喑尔市自来术公司)(齐齐喑尔大学) 摘要讨论1合有有机挥发物(voc)涂料对环境和生物的危害,以及低污染涂料的重 叙 要性. 的50%从1988年到1994年世界涂料年增长率呈下降趋势,其原因是受VOC排放量的限制.全世界每 年排放到大气中的溶剂约1000万t.涂料的有机溶剂是大气污染的一个重要来源,占大气污染的5%, 10%,同时也造成资源和能源的巨大浪费. 排放到大气中的挥发性溶剂能直接威胁人类和其他生物的健康,主要是通过呼吸系统进入体内,还可 以通过皮肤接触导致中毒.可能引起生物体慢性中毒,过敏,皮肤疾病,甚至可以致癌常见的有机溶剂中 甲醛,苯,二氯甲烷可致癌,丙酵可以导致畸变,环己酮可伤害胚胎发育,肝肾受损,还可造成白内障. 挥发的有机物在紫外线的作用下会发生光化学反应,产生的光化学雾破坏生态平衡,同时挥发性物质 中的卤代烃破坏高层大气中的臭氧,从而导致紫外线过量穿透大气层对人类和其他生物拘成威胁有机 挥发物大多是易燃,易爆的,银容易引起火灾,是溶剂型涂料生产,施工中潜在的危险. 1绿色涂料 为了保护人类赖以生存的环境,以发达国家为代表的许多国家对溶剂涂料的限制越来越严格,从而促 使涂料向低污染方向发展.我国有1979年颁布的(环境法(试行)),但对涂料VOC限制等具体细则并未 出台,所以生产涂料的企业并未受到多少约束.我国环境污染已达到相当严重的地步,涂料的绿色化和保 护生态环境的重要性已引起社会广泛关注.上海市1998年l0月起实旆了地方标准<健康型建筑内墙涂 料)(DB31/T15--'1998)对我国绿色化,特别是绿色涂料的发展起到大力推动作用."绿色涂料"是人类从 80年代以来高度重视生态环境保护后产生的新名词.所谓"绿色涂料"即对生态环境不造成危害,对人类 健康不产生负面影响的涂料,也有人称之为"环境友好涂料".它必须是不含有害的有机挥发物和重金属盐 的涂料.后者主要指对生物有害的铅,铜,镉,汞等作为颜料的重金属盐. 从减少VOC排放量的手段考虑,涂料发展方面有1,涂料水性化;2,高固体分化;3,粉末化.对2000 年世界涂料品种的预测:水性涂料占有量由30%增加到40%,粉末涂料由3%增加到10%.高固体分涂料 由4%增加到8%,可见绿色涂料在涂料工业中占据丑益重要的地位. 1.1粉末涂料 粉末涂料是发展最快的涂料品种.目前世界粉末涂料的总产量为70万t.西欧占总产量的50%粉末 涂料有2种类型:热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料.热塑性粉末涂料以热塑性树脂作为成膜物质,要求 热塑性树脂具有很高的分子量以显示涂膜所具有的耐化学性和韧性,故价格较高, 只有在特殊用途的厚 保护涂层或功能性涂层,例如绝缘涂层才选用这种涂料.热固性粉末涂料成膜物质是热固性树脂和固化 剂,热固性甜脂的分子量较高,但比热塑性甜脂分子量低,固化剂的分子量较低.在固化期间,低分子物的 流动性和表面浸润性好,因而对底材有较强的附着力.涂膜有较好的外观.近年来世界研究开发的最为瞩 目的粉末涂料是低温固化型粉末涂料(烘烤温度在150'C之下):其次是预涂用粉末涂料和氟树脂粉末涂 车文2000年6月10日收刊 高师理科学刊第20卷 料等功能性粉末涂料:再次是消光,高光泽及高鲜映性等美术型粉末涂料并开始研究开发薄膜化,高耐 候型,耐热型,提高涂装效率粉末涂料品种. 1.2高固体分涂料 高固分涂料的固含量在60%,80%,在调节粘度高低的同时,保证涂膜性能和涂料应用性能达到一般 溶剂型热固性涂料的水平或更高,这是一个十分复杂的课题.普通涂料中聚台物分子量大,在交联成膜 时,只需不多的基团参与反应,而高固体分涂料中的聚合物分子量低,交联成膜需要更多的基团参与反应, 才能达到预期的分子量,保证官能团如何分布均匀的聚台技术对高固体分涂料制备是十分重要的,其低聚 物制备,目前主要以缩聚反应和自由基聚合为主.应用树脂主要是丙烯酸树脂低聚物,作为高固体分化的 手段是橱脂改性(低分子量化,低极性化和粒子化),添加活性稀释剂等高固体分涂料最终目标一般认为在 80%(质量)左右.目前涂料工业最先进的美国也不过才实现中等水平的固体分今 后随着合成树脂方法 的发展,高固体分涂料的开发竞争将会更加激烈. 13水性涂料 滁料的水性化的研究进展非常迅速,最近建筑涂料水性化率已超过45%.美国的工业涂料中水性涂 料已占18%,西欧和日本水性化较迟,仅占5%,8%我国建筑涂料水性化率已达到50%,但在今后5年 将会成倍增加,在水性涂料领域,由各国的竞相研究与开发已实现具有接近溶剂型涂料的乳胶涂料,研制 出耐水型,耐候型等物性优良的涂料 2水性涂料的发展 水性涂料分为水溶性和水乳性两大类水性涂料水为溶剂,使成膜物质均匀分散或溶解在水中.它 具有下优专:l,水来源方便,易于净化:2,施工贮运过程中无火灾危险;3,不舍苯类等有机溶剂,有益于 人类健康:4,可采用喷,刷,涂,流:浸电泳等多种施工,容易实现自动化涂装. 制备水性涂料的关键是在高分子化合物的分子上引入亲水性集团,获得水溶性树脂,通常有以下几种 方法: 1)成盐法:通过反应将聚合物主链转变成阳离子或阴离子.如带羧基的聚台物以胺类中和成盐(如阳 极电沉积树脂).带氨基的聚合物以羧酸类中和成盐(如阴极电沉积树脂) 2)在聚台物中引入非离子集团,如在聚合物主链或倒链上f入羟基 3)将聚台物转变成两性离子中间体. 在这3种方法中,成盐法运用最普遍,大多数工业化的水性涂料均采用这种方法,而形成两性离子中 间体法得到使用的例子还不多. 目前.国内水溶性高聚物的生产已初具规模,年产量已达47万t.占世界总消费量(461.02万t)的 10%上.此外水溶性缩台树脂,如承溶性环氧树脂,醇酸树脂,氨基树脂,酚醛树脂,聚氨酯树脂都早已 广泛用于涂料工业. 2.1水溶性醇酸树脂 水溶性醇酸树脂的主要成分包括多元醇,多元酸,植物油,脂肪酸等国内醇酸树脂占涂料用树脂总量 1/2上.美,13,英等也占30%,40%.这是固为:该树脂在技术上,经济上有无可比拟优越性.原料易得, 工艺简便,涂膜柔韧.抗冲击,耐水性,耐酸性,耐盐水性,耐溶剂性极佳使醇酸树脂水性化的方法有: 1)在醇酸树脂中引入偏苯三酸,均苯四酸等多元酸,制成高酸值醇酸树脂用氨中和. 2)用顺丁烯二酸与醇酸树脂中的双键加成引入羧基.然后用氨中和增溶,在醇酸树脂的制备中,多元 醇最好是难水解的三羟甲基丙烷和三羧甲基乙烷,多元酸用苯二甲酸.干燥性能和硬度较好,脂肪酸以亚 麻油酸的干燥性能较好. 2.2水溶性环氧树脂 水溶性环氧树脂有两种类型.一种是阴离子型.另一种是阳离子型.前者可用于阳极电泳漆.后者用于 第4期姜彦等:以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展 阴极电泳漆.阴离子型水溶性环氧树脂主要原料为环氧树脂,顺酐,油酸.阳离子型水溶性环氧树脂主要 原料是环氧树脂,三亚乙基四氨,正新酵和正癸酵缩水甘油醚.水性环氧树脂具有很好的附着力,耐水性, 耐化学性,防腐性,最适宜作底漆.水性环氧树脂还可对丙烯酸涂料进行改性,提高其耐化学品性及硬度 等性能.鉴于水性环氧树脂涂料在生态和安全上的优点,许多国家投入大量的研究工作.以期解决水性环 氧涂料的施工时限,干燥时间和闪锈等性能.f 2.3水溶性聚氨醋树脂 水溶性聚氯酯树脂由多羧基化合物和脂及酸酯化然后再与二异氰酸脂反应生成.反应产物中有过剩 的羧基f可用多元酸交联也可用油和多元酵酵解然后再与二异丁氟酸脂反应再加入顺酐加成.也可将部分 游离的二异丁氰酸脂用低级一元醇或酚类化合物封闭,再用含羧基和仲胺基的化合物反应.这样生成的是 阳离子型聚氨酯. 水溶性聚氨酯涂料具有优良的耐磨性,柔韧性和力学性能.光泽高,防紫外线,耐水,耐溶剂性能好并 可以室温固化.在国外水性聚氪脂地板漆作为溶剂型聚氨酯涂科的替代品受到用户的青睐. 3结束语 由于VOC对人类自身及生态环境的严重威胁日益明显,绿色涂料代替溶剂性涂料刻不容缓.而水性 涂料符合经济,节能,环保,安全的原则,是绿色涂料的代表之一,它的开发和推广是21世纪涂料的方向 水溶性环氧树脂和水溶性聚氯酯等特殊高挡专用涂料的开发是目前绿色涂料的主攻方向 参考文献 刘学英.朱万章VOC和绿色建筑睬抖.缘料与应用.1999.3:46 澍芳诚.剂固杰等.最新馀料品种和配方和工艺集.北京:中国轻工业出版社.1995 工光鞯郝明等.涂料与馀装技术.北京:国防工业出舨社,1994 严瑞璋术溶性高聚物在馀料中的应用涂科工业.1999,4:57 虞兆年涂料工艺.北京:化学工业出舨社.1996 TheProgressofEnvironment——friend—'coatings RepresentedbyWaterBornePaints L.uF12d QiqiharUniverlsty)fQiqiharWaterSupplyCompany)(QiqlharUniverlsty) AbstractInthispaper,thenegativeoffcetsofcoatingscontainingvolatileorganicc.mp.und(V0C)on theenvironmentandbiologyandthe[mprotanceofenvironmentalfriendpaintsweredicussed.Wealso describedthepresentsituationandtheprogressofenvironment—friend— coatingsrepresentedcoatings KeyWordsVOC(volatileorganiccompound)Environment—friend— coatingWaterbornecoat— ingsHighsolidcoatingsPowdercoatingsWaterbornealkydresinWaterborneepoxyresinWater bornepolyurethaneresin