水性防腐涂料在工業涂裝領域的應用和研究

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，可以有效降低環境污染和對人體的傷害，實現低碳環保的目的。水性防腐涂料也成為了水性涂料發展不可改變的趨勢，對于工業涂裝領域來說也有著很大的影響。

2 法規依據

1986年德國制定了《大氣凈化技術綱要TA-LUFT》。1988年日本制定了《碳化氫排出抑制指導方針》。1990美國通過的CAAA《清潔空氣法修正案》要求采取嚴格措施。1992年UNEP國際議定書通過《大氣污染的防治VOC消減計劃》。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年美國啟用更為嚴格的VOC法規，工業維護涂料的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，國家質檢總局2001年12月10日發布了《10項室內裝飾裝修材料中要害物質限量的強制性標準》。2005年國家環境保護總局頒布了HJ/T201―2005《環境標志產品技術要求―水性涂料》明確規定了水性工業漆產品的VOC含量小于250g/L。2010年6月1日發布的強制性國家標準GB24409-2009《汽車涂料中有害物質限量》對汽車涂料中VOC含量進行了限制。

3 水性漆的大致分類和特點

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、水性環氧酯類、水性氨基類、雙組份水性環氧類、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用面最廣的一類水性漆。該類產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異附著力或優異耐腐蝕性的乳液，等等。因而可以制成不同性能要求的水性漆。如側重于耐腐蝕性的水性防銹型丙烯酸漆，側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、漆膜豐滿等諸多優點。但也存在一些不足之處，比如環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格，輕微的底材銹蝕或雜質即可能造成大面積的閃銹發生。

2）傳統的醇酸樹脂漆在油漆的使用中占有相當大的比例，將醇酸樹脂水性化，在技術上可行，從可持續發展角度也非常必要，因為生產水性醇酸樹脂所需的原材料基本不依賴于石油產品。水性醇酸樹脂干燥速度較慢，同時其涂膜早期硬度、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。為進一步提高水溶性醇酸樹脂的性能，需要對其進行各種改性。常用的改性方法有有機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，克服了常規水性醇酸樹脂涂料貯存穩定性差，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劑在高溫下反應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、生產效率高等諸多優點，是汽車工業或流水涂裝作業的理想水性漆產品。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，會對VOC的控制有影響。

4）水性環氧涂料以水性環氧乳液、防銹顏料、功能填料、水性助劑配以水性環氧固化劑組成。水性環氧樹脂以相反轉乳化法制備的水性環氧乳液在穩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的吸引力。而且環氧樹脂分子中沒有不飽和鍵，漆膜固化時收縮力小，僅為2%左右，分子中的醚鍵使分子鏈柔軟便于旋轉，可以消除冷熱變化造成的內應力，這樣可以保證整個配套漆膜在受到外界環境破壞時，整個漆膜的良好配套性。

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、機械強度、耐磨性等十分優異。高聚物分子之間可形成非環和環形氫鍵，在外力作用下，氫鍵可分離而吸收外來的能量。當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性使漆膜具有高度的可修復性和耐光老化性。

4 水性漆應用的特點和注意事項

我們在生產、使用等各個環節應該正確把握水性漆的特點，發揮其長處避免其缺點，無論在生產還是使用，水性漆除了環保，還有易清潔、現場環境好清理、火災隱患低等優點。最大的問題是如何保證良好的施工質量和漆膜性能。

由于水的特性較有機溶劑有較大的差別，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，但應用基本影響不大。

水的汽化溫度高，會導致涂料噴涂時不易揮發、霧化時不易蒸發、蒸發時受環境濕度影響大。溶劑的揮發受溫度影響大，但可以采用不同沸點的溶劑進行調整；水的蒸發受濕度影響大，只能通過環境濕度調整。

大多數水性漆為非牛頓流體，在施工粘度上有別于溶劑性油漆，可以通過試驗確定在原漆中的加水比例，因為加水量和粘度變化并非呈線性關系。

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

5 水性漆的市場應用分析

水性漆的研究方向和應用領域主要集中在四個大的領域：鋼結構行業、汽車零部件和機械設備、汽車涂裝、軌道交通涂裝等。

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

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

汽車是油漆涂料行業的用漆大戶，用量僅次于建筑涂料，汽車漆也是性能要求最高，涂裝技術要求最高的品種。水性汽車漆的應用時間較短，經過了十多年的發展，其涂膜性能與溶劑型涂料相比不相上下，但受設備投資大、作業環境要求嚴格等制約，推廣和普及還需時日。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品。其中水性中涂漆為水性聚酯氨基類產品，水性底色漆以水性丙烯酸氨基類產品為主。

軌道交通車輛用涂料的發展也趨于水性化，歐美發達國家已經逐步將水性漆在軌道車輛上開始應用，阿爾斯通公司、西門子公司、龐巴迪公司都有水性漆項目在應用。國內尚處于起步階段。軌道車輛用水性漆基本采用自干或低溫烘干雙組份體系，涂層結構為水性環氧底漆+水性聚氨酯中涂+水性丙烯酸聚氨酯面漆。水性環氧底漆具有附著力好、耐腐蝕性優、配套性好的特點；水性聚氨酯中涂具有封閉膩子層缺陷、提高被涂物表面平整度、易打磨的優點，同時與底、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，兼具保護性和裝飾性于一體。

6 結語

我國涂料行業正處于轉型升級的關鍵時期，國家對于環保政策的實施和推行，都表明了發展環境友好型水性涂料是未來發展的趨勢，也是中國涂料企業責無旁貸的義務。不僅可以改善我們的生活環境，還可以為國家創造綠色GDP，同時也是在縮小國內涂料企業與國外涂料巨頭之間的技術差距，體現民族工業的創造力和創新力。而對于水性工業涂料使用者來說，也應該加大設備改造投入力度，改善施工涂裝環境，為水性漆的應用創造良好條件。