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水性涂料三大改革

在人们不断追求“绿色、环保、低碳”的生活方式。作为与人们生活息息相关的涂料产品更是应该符合健康、绿色、环保、低碳的理念。近年来得到突飞猛进的发展。

涂料中可挥发的有机化合物对于环境及人体的危害强大,而水性涂料相对于传统溶剂型涂料能极大地减少VOC的排放,可有效降低了对环境的影响。还有助于降低职业病发生的潜在机率,减少火灾风险和储存隐患,简化及降低企业通风,水处理等方面的流程及成本等。因此水性涂料的发展是大势所趋。

但目前来看,中国水性涂料的发展似乎遇到了些许阻碍,主要表现在技术革新的加强、大众认知的普及、以及政策法规的完善这三方面。

技术革新
我国对于水性涂料高性能的主要技术开拓体现在以下几方面:

1、建筑涂料与防水功能融合

涂料技术发展促进开发出了一批对水泥混凝土容忍性好的弹性树脂乳液,使得聚合物水泥混凝土类涂抹型防水材料有了长足的进步,加之对防水材料的无毒化、水性化、浅色化要求提高,使得建筑防水出现了刚性防水柔性化、柔性材料高弹化,尤其是立面防水与建筑装饰涂装近乎融于一体。这种趋势正向室内、屋面和地下扩展。由于建筑涂料耐水耐污耐久功能要求的提高和建筑立面防水问题日益被重视,建筑涂装与防水功能的融合日益明显,尤其是建筑物隔热保温要求的提高,内外保温层的广泛使用,保温层的防水与装饰保护对涂料的依赖日益增加。由于近年涂料耐久性的显著提高,建筑方面对防水涂料的使用信心大为增加。


2、乳液合成技术的新进展

涂料性能的最基本决定因素是成膜物质。水性涂料高性能化的最基本决定因素自然是成膜物的乳液粘结剂。为实现水性涂料高性能化,近二三年中,国内外的水性涂料用乳液合成技术上的主要技术进展在以下方面:

无皂乳液聚合技术——为乳胶涂料从根本上改进其耐水性提供了技术与基本物质基础。

自交联技术——为改进涂料涂膜硬度以增加其耐沾污性和抗老化性提供了可靠的技术途径。

多种功能团改性技术——如有机硅聚氨酯等不同单体改性丙烯酸聚合乳液及氟硅乳液一大批高性能乳液的出现,为不同性能要求的涂料配制提供了胶结材料,为开发相应的高性能涂料提供了物质基础保障。这些技术与产品在这二、三年中迅速地经国外公司、国内的合资公司到国内的销售公司、生产公司、形成技术扩散,逐步扩大应用。

核壳结构与互穿网络技术——为调和乳胶涂料低温成膜性和高温抗沾污性矛盾及大幅度降低乳胶涂料的有机挥发物配入提供了有力的保障。


3、高性能助剂、高分散技术与设备的开发应用

涂料助剂品种繁多,是高技术机密性的精细化工产品,其生产应用涉及的技术面广。过去由于国内涂料厂家生产技术条件有限,对此不够重视或难以重视,近年已有较大改观;众多的国内外专业助剂生产公司大量推出助剂新产品,并为销售其产品而对涂料生产厂家大大加强了技术服务力度。我们从涂料技术开发与服务角度也在不遗余力地宣传:涂料助剂要用得恰当,用得精。不能以简单的价钱、用量分好坏,要以恰到好处为原则。这些需要精细的研究试验。助剂生产厂家的产品服务和销售服务是代替不了涂料生产厂家的产品开发试验的。由于不同成膜物质和大量助剂品种上的不断推陈出新,凭一个配方开涂料厂的年代确实已经成为过去。

成膜粘结剂是涂料的基本物质基础;恰当的助剂应用是制备性能优良的涂料的关键技术点,高分散技术与设备是高性能涂料制备的工艺保障。这是涂料产品制造的三个主要技术环节。

涂料还有一个重要组分就是颜填料。随着超细填料的普遍使用,一些新的分散技术与设备在涂料生产中得到应用。最典型的是高剪切乳化系统取代过去涂料生产常用的高速搅拌分散—研磨—调整的工艺流程,连续流态工艺取代间歇工艺。新工艺与新设备的采用,大大提高了对于涂料配制至关重要的物料分散性,在提高产品性能和质量保障的同时,大大减少了先前工艺的多次清洗造成的物料损失和废水污染处理负担。


4、纳米材料与纳米技术应用

纳米材料与纳米技术是近年利弊参半的炒作进入平常百姓话题的一个高新技术概念。纳米材料和纳米技术确有其神奇之处,纳米粒子具有小尺寸效应、大比表面积与界面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等,只有将这些效应真正发挥出来,真正达到较之为的“纳米效应”,其神奇之处乃现。能为涂料有可能利用的纳米效应主要有:小尺寸效应、大比表面积、界面效应与量子效应。

小尺寸效应——如涂料常用的颜料钛白粉Ti02和氧化铁Fe0X,通常已视为微细、超微细的粉体,其粒径在微米(μm)级范围内越细、遮盖力越高。有资料介绍,TiO2粒径达到最短波长可见光的半波长,即0.2μm左右的水平,其遮盖力最高。而当其粒径再细至纳米(nm)级(1~100nm,1000nm=1μm),其对可见光完全透明,变成全无遮盖力。Fe0X亦如此。还有SiOX,在微米级,对紫外光无明显吸收与反射,而达到纳米级,则有明显的吸收与反射屏弊作用。这些特性就可以用来做无机透明颜料用于涂料,大大提高有色涂料的抗老化性。

量子效应——当粉体进入纳米级,粒子尺寸小至某一值时,原子键价状况改变,电子能级由连续变为离散,分子轨道能级能隙变宽而呈量子化,将导致一些粉体的光量子吸收催化特性。所谓纳米材料在光的作用下催化,杀菌正是这一特性的体现,由此可以制作杀菌和降解有机物的清洁型涂料。

大比表面积界面效应——粉体材料粒径尺寸从数微米细至数纳米,比表面积从约1m2/g降至450m2/g。每个粉体表面积原子数占粉体原子数的比例从1%增至>80%。这个变化将导致粉粒表面活性大大提高,在涂料中与成膜胶结物的结合力大为改观,便出现了小分子无机填料对高分子有机物同时增硬又增韧的奇特现象(一般微米级填充增硬时会随之降韧)。由此,便可大大改进涂料的涂膜性能。


5、氟树脂及其涂料技术

氟树脂因其分子结构中的氟碳原子间的强力结合形成的氟碳键的极高键能和氟碳键的空间效应对氟碳聚合物中的碳碳链形成特殊保护,而具备极为独特的优良机械性能和极强的抗老化性能,因而氟树脂做成的塑料被称为塑料王。利用氟树脂的这一独一无二的特性制作的涂料,众所周知的便是不粘锅及不沾油排油烟机的表层不粘涂料。最主要的是用其不沾油不沾水的表面能特性。因其不沾而带来的弊处是难粘结、难涂覆,要使用高温烘烤的办法涂覆。将氟树脂做成涂料用于建筑涂料涂装,始于美国,是用高温烘烤的办法涂覆的。在铝合金板上做成幕墙,耐沾污、抗老化性极好,但极贵,又不能用于现场施工。日本人后来将其改造成常温可涂的双组份反应固化型涂料,可用于现场施工。国内前几年开始开发此涂料,并被称为氟碳漆投入市场。但因其用油性有毒溶剂配制,污染环境,且涂层不透气,而且是双组份产品,现场搅拌,施工不便,因此近年来重点进入单组份和水性化的开发。笔者及研究组已在水性化开发方面取得了重要研发成果,申报了中国专利,并获有自主知识产权。本项技术成果推介后,反响较大,近一年来开发水性氟树脂,氟树脂涂料的进程明显加快。

提升消费者认知度


虽然我国已经跻身涂料第一生产大国,但人均使用量依旧很低,消费者对水性漆的产品性能并不了解,装修过程中,更多的是听从油漆工建议,选择涂料产品进行涂刷。同时由于我国涂料企业规模较小,不具备普及推广产品的投资能力,也导致水性漆在推广中乏力,不能直面消费者。因此,涂料需要潜移默化向消费者渗透水性漆对于健康和环保的重要意义,拉动整个产业链的运转。利用不同的推广方式,让消费者真正了解水性漆的涵义,以缩短中国涂料工业与世界先进国家之间的差距,让消费者感受到真正的“健康、环保、安全”。

油性涂料被应用已经有很长历史了,其被取代不是一朝一夕的事,需要全世界的涂料工作者不懈的努力和推广。在漫长的过程中,各个环节都要面临很大的挑战,产品研发、产品推广、产品施工,需要各阶段人群态度的转变,配方的转变,设备的转变,施工工艺的转变等等,即是整个水性漆产业链与油性漆的不同,均要涂料企业进行综合考量。我国油性木器漆的施工工艺已经非常成熟,由于油性木器漆的各种性能已经在人们心中根深蒂固,与水性漆某些不够完美的性能对比,人们仍旧选择油性木器漆作为施工首选但无可否认的是,水性涂料取代溶剂型涂料是工业和社会发展的必然趋势。涂料水性化不是一蹴而就的事情,是需要经过长期发展的过程,被消费者熟悉并最终接受。

政策法规


在过去,我国实施的涂料行业法规对环保概念的体现就很有限,所实施的一些法规都已经过时。然而近两年,我国政府也积极采取措施,对过时的标准进行了修改的完善,比如:2009年9月1日实施的GB18583-2008《室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》、2008年10月1日实施的GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》及正在报批过程中的GB18581-2008《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》均是我国在标准工作中所做积极努力的表现。

回顾欧美等国的水性涂料发展历史,政策法规在其中扮演了至关重要的角色,相继出台的严厉政策法规迫使很多的涂料企业不得不进行产业升级,走上水性化的道路。相反,由于政策法规的不完善使得涂料企业没有真正重视水性涂料的发展,而企业的短视会造成对水性涂料市场的投入不大,从而不能影响消费者实现最终的购买行为,而消费者的行为又会影响政策规范制定者及企业对水性涂料市场的判断。

总的来说,相对于国外涂料企业来说,我国涂料企业相对规模较小,对水性化技术的掌握与大型企业或国外涂料企业还有很大差距,随着消费者对涂料环保性要求越来越高,国内大中型企业现在正投入力量,提高研发能力,积极与高科技接轨。

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