水性涂料的發(fā)展難題及重要性研究

 

       1·發(fā)展水性涂料的重要性

 

       從“水性”兩個字上，我們并看不出這有什么重要意義，水對我們?nèi)粘５纳�活中已�?jīng)司空見慣而習(xí)以為常。這里之所以突出水的重要性而經(jīng)常不提或不重點(diǎn)提及涂料中其它的成分是因?yàn)�，在這種涂料中“水”取代了或大部分取代了其他種類涂料中討厭的而經(jīng)常是帶來種種問題的“有機(jī)溶劑”。而且從實(shí)際工程應(yīng)用的角度來看，涂料的性能在很大程度上是由溶劑的特性決定的。

 

       水性涂料現(xiàn)在越來越得到人們的關(guān)注而取得了長足的進(jìn)步。其科技進(jìn)步的動力是對向大氣中排放有機(jī)溶劑的限制，這也是粉末型涂料和高固含量涂料發(fā)展進(jìn)步的動力所在。減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)既有環(huán)保上的又有經(jīng)濟(jì)上的重要意義。最早的環(huán)�？紤]始于美國，其最早開始制定政府的法規(guī)約束有機(jī)溶劑如烯烴、芳香化合物和支鏈酮等光敏性等揮發(fā)物。最早的法規(guī)是LosAngels郡在1966年7月制定的“六六法規(guī)”。原因是LosAngels深受有機(jī)溶劑引起的環(huán)境問題的困擾，因?yàn)槠涞乩憝h(huán)境特點(diǎn)使揮發(fā)的有機(jī)溶劑聚集在城市上空而經(jīng)久不散。它們徘徊在城市的上空，常常引起光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大霧而給城市帶來極大的煩惱。美國政府早在1970年就制定了全國范圍內(nèi)的法規(guī)來控制碳?xì)浠�合物的排放－就是著名�?ldquo;清潔空氣法案（ClearAirAc）t”。

 

       水性涂料除了環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)點(diǎn)之外，還有其他的許多好處。特別是對于在涂料行業(yè)進(jìn)行施工的工人，水性涂料的廣泛使用可以是他們少受或不受有機(jī)涂料潛在的毒害以及免除火災(zāi)發(fā)生的隱患。在廢物的處理方面，一般水性涂料產(chǎn)生的垃圾和溶劑性涂料相比更容易進(jìn)行無毒化處理。從經(jīng)濟(jì)上來說水性涂料更加惹人喜愛，因?yàn)樗�是工程用溶劑中最便宜和最容易循環(huán)利用的溶劑。和經(jīng)常受石油價格影響的有機(jī)溶劑相比，水是最經(jīng)濟(jì)最穩(wěn)定的選擇。

 

       據(jù)報道太原一位高工家里搞裝修，一天高工去工地時，發(fā)現(xiàn)3個油漆工都昏死過去，經(jīng)過緊急搶救后，仍有一人死亡。據(jù)了解，由于給家具刷油漆時不能開窗以防止油漆的龜裂，油漆工們晚上覺得氣味難聞，就躲到另一間未刷漆的房間睡覺，沒想到還是中毒了。尤其以在涂料的使用過程中危害最大，而油漆工人往往是最大的受害者。除此之外，涂料使用后的3-6個月中也是最容易危害人體健康的時期。涂料所含的有害物主要有揮發(fā)性中苯及苯系物是主要污染物。據(jù)了解，苯已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌物質(zhì)，可引發(fā)癌癥、血液病等。除了施工中的污染不可忽視外，入住后的危害也不能小覷。

 

       正是由于前面提到的水性涂料的種種好處，盡管一些保守主義的涂料使用者還在彷徨猶豫，各種水性涂料已經(jīng)越來越得到人們的青睞。很多涂料領(lǐng)域的科研工作者越來越多的投身到水性涂料的研究。

 

       2·水性涂料綠色推薦標(biāo)準(zhǔn)及范圍

 

       2002年7月份中國環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證委員會秘書處與國家環(huán)�？偩止餐�頒布了新的《水性涂料環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求》，《要求》對現(xiàn)在家庭裝修中使用比較普遍的水性涂料的環(huán)保、綠色、健康、安全等標(biāo)準(zhǔn)做了強(qiáng)制性規(guī)定。大家熟悉的多樂士、立邦、富亞等成為首批通過新標(biāo)準(zhǔn)的涂料。全國8000多家涂料企業(yè)只有30多家的100多種水性涂料達(dá)標(biāo)。

 

       首先是方方面面最關(guān)注的VOC（volatile organic compound）指標(biāo)。由于定義不清，許多企業(yè)自以為自己的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了比國際標(biāo)準(zhǔn)還高的水平。這種誤解源于國家質(zhì)檢總局頒布的內(nèi)墻涂料有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)、北京市質(zhì)監(jiān)局頒布的安全健康質(zhì)量評價規(guī)則兩個有影響的標(biāo)準(zhǔn)，都把VOC定義為一升涂料中揮發(fā)性有機(jī)物VOC值國標(biāo)為VOC的含量。但是，世界各國的VOC定義指的是一升涂料中扣除水分干重中VOC的含量，這一差別，導(dǎo)致北京規(guī)則的VOC≤125克／升指標(biāo)，不過相當(dāng)于國外的250克／升，這是國外水性涂料與溶劑性涂料的分界限。而國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的200克／升指標(biāo)，則相當(dāng)于國外的410克／升以上，已經(jīng)出了水性涂料的界限。所以，許多人單憑數(shù)值，就說1999年環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的250克／升限值寬于北京規(guī)則和國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是不對的。由于與國際標(biāo)準(zhǔn)的VOC計量準(zhǔn)則相同，1999年的環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上嚴(yán)于上述兩個強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，2002年的環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定內(nèi)墻涂料≤100克／升，是按美國ASTM方法正確測試計算VOC值，限值與美國標(biāo)準(zhǔn)相同，更嚴(yán)于上述兩個標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了綠色推薦產(chǎn)品的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。

 

       其次，關(guān)于苯、甲苯、二甲苯、乙苯、鹵代烴、甲醛及甲醛聚合物以及重金屬鉛、鎘、鉻、汞等，公眾不清楚，這些都是不得添加的，因此沒有含量高與低之差別，只有遵守“不得添加”這一規(guī)則的守法違法問題。許多企業(yè)以這些指標(biāo)作為健康涂料的依據(jù)，也是不符合水性涂料實(shí)際的。為此，國家環(huán)�？偩謽�(biāo)準(zhǔn)中明確說明，所有上述物質(zhì)，只是為控制雜質(zhì)帶入的有害物限量，即對顏料、鈦白粉、乳液等因成分不純帶入的有害物予以限制，絕不是允許人為添加。

 

       第三是水性涂料的范圍，除廣為使用的內(nèi)墻、外墻涂料外，水性木器漆、水性防腐涂料、水性防水涂料、水性聚氨酯涂料也進(jìn)入綠色推薦標(biāo)準(zhǔn)范圍。僅舉水性木器漆一例，2004年雅典奧運(yùn)會，全部場館都指定用水性木器漆，因?yàn)閷�家庭裝飾裝修，德國、法國已規(guī)定，不能讓左鄰右舍聞到有機(jī)溶劑的氣味。為適應(yīng)這一以人為本的潮流，更多地支持各類水性涂料，是這一新標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。

 

       3·水性涂料的常見困難

 

       水性涂料和有機(jī)溶劑涂料在有些地方是相似的。但是在有些情況下，水性涂料經(jīng)常要面對一些在有機(jī)溶劑涂料沒有的困難。這兩種體系的最大差別在于成膜過程中揮發(fā)物的連續(xù)相的逐漸消失機(jī)理的不同。而成膜過程又對涂料的最終性能有很大的影響因而在受到極大的關(guān)注。3.1水性涂料中的水有很高的沸點(diǎn)因此揮發(fā)過程十分緩慢，強(qiáng)烈的依賴與環(huán)境的濕度。在低濕度情況下，它可能干燥的很快有時會引起裂縫。在高濕度情況下（如熱帶國家尼加拉瓜濕度經(jīng)常達(dá)到78－85％），成膜過程將十分緩慢造成涂料的松垂。需要更多的能量使其干燥，甚至是溶劑型油漆的四倍因?yàn)樗�的比熱較大。

 

       3.2水性涂料對施工過程中及材質(zhì)表面清潔度要求高，因水的表面張力大，很不容易侵潤，易使涂膜產(chǎn)生縮孔。在油脂性表面這個問題尤其突出。

 

       3.3水性涂料對抗強(qiáng)機(jī)械作用力的分散穩(wěn)定性差，輸送管道內(nèi)的流速急劇變化時，分散微粒被壓縮成固態(tài)微粒，使涂膜產(chǎn)生麻點(diǎn)。要求輸送管道形狀良好，管壁無缺陷。

 

       3.4水性涂料對涂裝設(shè)備腐蝕性大，尤其是對鐵制設(shè)備的銹蝕。經(jīng)常需采用防腐蝕襯里或不銹鋼材料，設(shè)備造價高。水性涂料對輸送管道的腐蝕，金屬溶解，使分散微粒析出，涂膜產(chǎn)生麻點(diǎn)，也需采用不銹鋼管。

 

       3.5烘烤型水性涂料對施工環(huán)境條件（溫度、濕度）要求較嚴(yán)格，增加了調(diào)溫調(diào)濕設(shè)備的投入，同時也增大了能耗。

 

       3.6水的蒸發(fā)潛熱大，烘烤能量消耗大。陰極電泳涂料需在180℃烘烤；而乳膠涂料完全干透的時間則很長。

 

       3.7沸點(diǎn)高的有機(jī)助溶劑等在烘烤時產(chǎn)生很多油煙，凝結(jié)后滴于涂膜表面影響外觀。

 

       3.8形成的涂料層常常對水是敏感的，即使空氣中的水蒸汽含量的增加就會引起涂料的褶皺。

 

       水性涂料雖然存在諸多問題，但通過配方及涂裝工藝和設(shè)備等幾方面技術(shù)的不斷提高，有些問題在工藝上得到防止，有些通過配方本身得到改善和提高。

 

       4·結(jié)論及展望

 

       試圖對于水性涂料的要求、特點(diǎn)和困難作一簡要的涉獵。作為一種新興的“朝陽”類型，水性涂料已經(jīng)而且還將繼續(xù)得到飛速的發(fā)展。鑒于對環(huán)保、能源和健康的與日俱增的關(guān)注，發(fā)展水性涂料在可見的將來會得到政府和科技工作者持續(xù)而執(zhí)著的任務(wù)。

 

       從技術(shù)創(chuàng)新來講，在水溶性、交聯(lián)劑和表面活性劑是科研的重點(diǎn)所在。最近在水性涂料的研究發(fā)展方向致力于抗應(yīng)力和環(huán)境溫度的變化、提高整體綜合性能、進(jìn)一步減少共同溶劑的使用。在乳液集合的發(fā)展使膠束有自聚結(jié)的能力，這種活性聚結(jié)物可以減少共同溶劑的使用。水性涂料的綜合性能的提高得力于基于聚氨酯和混合聚合物的新配方以及使用新的交聯(lián)成膜方式（如紫外照射）。