水性涂料的优势及存在的问题

作者:王师傅 分类:涂料 日期:2021-06-21 19:23:17 浏览:318

介绍了与溶剂型涂料相比,水性涂料在环保、降低风险和降低成本方面的发展优势。同时,总结了水性涂料面临的除油彻底、丰满度差、识别性差等问题,并提出了开展基础研究、提高性能的建议。

【关键词】水性涂料;溶剂型涂料;乳状液

[中国图书馆分类编号]TU56[文件标记代码]A[条款编号]1001n dash;523 x(2015)02 ndash;0066ndash03

随着国民经济的快速增长,我国涂料的产量和消费量正以惊人的速度增长。“十一五”规划;在此期间,它成为世界上大型涂料的生产商和消费者。但是,与发达国家相比,我国涂料的消费结构并不合理,高污染的溶剂型涂料占相当大的比例。溶剂型涂料在生产和使用过程中会释放出大量的挥发性有机化合物(VOC),对人体健康会产生严重的影响。据统计,涂料加工生产释放的VOC占其总排放量的20%~25%,在VOC污染中排名第二,仅次于汽车尾气排放[1]。

面对日益严峻的环境问题和巨大的资源能源消耗,许多国家制定了严格的法律法规和环保排放标准,限制挥发性有机化合物的排放,以鼓励和推广使用绿色、节能、节材的新产品。在我国,《关于推进大气污染联合防治提高区域空空气质量的指导意见》(国办发[2010]33号),“重点地区大气污染防治;“十二五”规划;规划等文件陆续实施,要求区域联合防控措施控制挥发性有机化合物、氮氧化物等重点污染物,挥发性有机化合物污染防治在环境管理中的重要性逐渐凸显。中国涂料工业;“十二五”规划;《规划》鼓励生产符合标准的环保涂料(水性木器涂料、水性工业涂料、水性海洋涂料、辐射固化涂料以及在生产、使用、施工和后处理过程中不污染环境或改善环境质量的涂料)。因此,环保型涂料是涂料行业的发展趋势。其中,水性涂料因其无毒、无害、易净化、成本低、粘度低、无刺激性和不燃性而成为当今研究的热点。

1middot水性涂料简介

水性涂料是指以水为溶剂或分散介质的涂料,包括水溶性涂料、水稀释性涂料和水分散性涂料(乳胶涂料)。水溶性涂料以水溶性树脂为成膜材料,主要包括聚乙烯醇及其各种改性、水溶性醇酸树脂、水溶性环氧树脂和无机高分子水性树脂。乳化乳液是在水稀释性涂料中作为成膜物质来溶解树脂,然后在乳化剂的帮助下,将树脂分散在水中形成乳液,称为后乳化乳液。所制备的涂料可以在施工过程中用水稀释。水分散性涂料主要是指以合成树脂乳液为成膜材料制备的涂料。

溶剂型涂料由颜填料、树脂、溶剂和各种添加剂组成。水性涂料的组成与溶剂型涂料大致相同,但水性涂料需要的添加剂较多,配方也比较复杂,主要由水性树脂、颜填料添加剂、中和剂、水等组成。

2middot水性涂料的发展优势

2.1环境友好性

水性涂料从原材料的来源到生产和使用的整个生命周期,都有利于环境的健康发展。它不仅取代了生产过程中的挥发性有机溶剂,而且用水清洗涂装工具,减少了清洗溶剂的消耗。有机溶剂的生产需要消耗化石原料,在资源短缺的现阶段,这是对资源的巨大挑战。水性涂料的出现解决了这个问题。同时,溶剂的减少大大减少了生产和使用过程中挥发性有机化合物的排放,为改善周围的大气环境做出了积极的贡献。马、等[3]对比了不同涂料体系的VOC排放情况,结果表明:溶剂型中涂+溶剂型色漆+单组分罩光清漆;工艺系统的VOC排放量为120g/m3,而;水性中涂+水性色漆+水性罩光清漆;工艺系统排放量仅为28g/m3,大大降低。

另一方面,水性涂料只使用少量低毒醇醚类有机溶剂,减少了有机溶剂的挥发,大大改善了工作场所环境,有利于工人健康。一般水性涂料的有机溶剂(占10% ~ 15%),但目前的阴极电泳涂料已降至1.2%以下,对减少污染、节约资源有显著效果。

2.2降低风险

以溶剂中常见的甲苯和二甲苯为例:甲苯的闪点为4℃,蒸气可与空气体形成爆炸性混合物,爆炸极限为1.2% ~ 7.0%(体积);二甲苯闪点29℃,蒸气可与空气体形成爆炸性混合物,爆炸极限约为1% ~ 7%(体积)。两者都是易燃物质。因此,溶剂型涂料易燃易爆原料存放和使用的场所存在火灾爆炸事故的风险。在我国,油漆厂溶剂储罐火灾爆炸事故屡见不鲜。

水性涂料的生产和使用减少了对易燃易爆原料的需求,大大降低了风险。

2.3降低成本

2.3.1原材料成本

随着对资源和能源需求的不断增加,全球资源和能源短缺,导致石油甚至下游产品价格不断上涨,作为下游产品的有机溶剂也不例外。在资源价格的压力下,以水为稀释剂的价格优势逐渐显现[4]。

2.3.2环境成本

传统的溶剂型涂料会产生大量的有机废气。为了满足排放要求,企业需要配置尾气处理设施及相关配套设施,并承担日常运行维护费用。水性涂料的有机废气排放量很小,为企业减轻了负担。

2.3.3安全成本

水性涂料使用水作为稀释剂,使其成为更安全的涂料,从生产到运输到应用的火灾危险性比传统的溶剂型涂料大大降低。对于管理者来说,安全的投入成本会相应降低。综合考虑原材料成本、设备成本、安全成本、减少职业病等因素,水性涂料具有市场竞争力。

2.4施工条件和外观性能

由于水性涂料透气性好,基层内部的水蒸气可以向外扩散;但溶剂型涂料成膜致密,如基层含水率高,使水蒸气无法从涂膜中挥发,容易起泡。因此,就对基层的要求而言,水性涂料施工基层的含水量应小于10%,溶剂型涂料施工基层的含水量应小于8%,比水性涂料严格。水性涂料对材料表面适应性好,附着力强,可直接应用于潮湿环境。水性涂料中水的挥发主要取决于温度和湿度的控制,而溶剂型涂料可以通过调节稀释剂的蒸发速率来调节涂层的固含量。一般溶剂型涂料的涂层固含量高达60%~70%,而水性涂料的涂层固含量只有20%~30%,说明水性涂料的平整度比较好。

3middot水性涂料推广的难点

3.1技术方面

虽然水性涂料在环境湿度和基层含水量方面优于溶剂型涂料,但在其他方面不如溶剂型涂料合适。

(1)由于水的表面张力高,很难浸透基材,容易产生缩孔。水性涂料对施工过程和材料表面的洁净度要求较高。无论是溶剂型涂料还是水性涂料,工件表面除油的质量都会影响涂膜的质量。喷涂溶剂型涂料,工件表面除油不彻底,外观上不易立即出现;然而,如果通过喷涂水基涂料不能完全去除油,很难在工件表面形成完整的漆膜。

(2)两种涂料分散介质的熔点相差很大,水为0℃,而有机溶剂的熔点低得多,甲苯为ndash95℃时,二甲苯为ndash25℃左右。因此,对于施工温度,水性涂料的施工一般要求在5℃以上,溶剂型涂料也可以在0℃施工。这一要求严重限制了水性涂料的应用范围。

(3)喷涂水性涂料对喷漆室的湿度也有一定的要求。当环境相对湿度超过85%时,水溶剂在饱和湿度环境下无法正常挥发。湿度过高(超过90%)时,被涂物上的涂膜会流下[5]。因此,喷漆室需要有良好的空空气循环,并保持适当的湿度。

(4)由于水的蒸发潜热较大,是普通溶剂的5~7倍,往往需要提高干燥温度或延长干燥时间。

3.2性能方面

目前,水性涂料具有普通溶剂型涂料的保护和装饰功能,但在装饰要求高的场合不能达到高丰满度,需要溶剂型涂料才能达到。

3.3思维惯性

目前,对水性涂料的使用没有强制性要求,而传统的溶剂型涂料广泛植根于社会生产生活的各个方面,专业人员已经熟悉其性能,生产和使用都很方便。想要驾驭水性涂料这个新事物,需要花费额外的精力去了解和熟悉它的特性。所以由于惯性的影响,大部分人都不愿意自愿放弃已经使用稳定的溶剂型涂料,承担一定的投资风险使用水性涂料,这也是水性涂料推广应用遇到的一大障碍。

4middot前景

与溶剂型涂料相比,以水为稀释剂的水性涂料的VOC含量大大降低,对环境友好,对施工人员和使用者的健康无害。我国水性涂料企业已经有很多成功的案例。

今后,大力开展基础研究,降低施工难度,提高水性涂料的应用性能势在必行。同时,通过更加注重政策引导、普及技术、转变观念、消除公众对水性涂料的偏见和关注,也将促进水性涂料的应用和发展。简而言之,发展涂料工业的三大原则(无污染、节约资源和能源)和;4E;在原则(经济、高效、生态、能源)的指导下,水性涂料会有更大的发展。

参考

[1]多伦·K,弗赖塔格·W,斯托耶·D .水性涂料[M]。这

环保替代品。汉斯出版社,1994年

[2]李,刘,等.水性工业涂料的发展现状及趋势[J].现代涂料和绘画。2010(13)1:35 ndash;37.

马,康惠春,严,等.第13届表面工程创新与实用技术研讨会:水性涂料应用中应注意的问题[C]. 2010:134 ndash;142.

孙志远。引用该论文王志平,王志平,王志平.涂料技术和文摘。2008(10):9 ndash;12.[5]张学敏。绘画技术[M]。北京:化学工业出版社,2008。

杨四新,吴莲。引用该论文王志平,王志平,王志平.建筑技术,2002,33 (9): 673-673。

陈敏珠

(江苏昆山环境保护科学研究所,215300)



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