水性涂料的優(yōu)勢及面臨的問題
水性涂料的優(yōu)勢及面臨的問題
［摘 要］ 對比溶劑型涂料，介紹了水性涂料在保護(hù)環(huán)境、降低風(fēng)險(xiǎn)、減少成本等方面的發(fā)展優(yōu)勢，同時(shí)歸納了水性涂料面臨除油須徹底、豐滿度較差和認(rèn)知度差等問題，提出開展基礎(chǔ)性研究和改善使用性能等意見。
［關(guān)鍵詞］ 水性涂料；溶劑型涂料；乳膠
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國的涂料產(chǎn)量和用量正以驚人的速度增長，在“十一五”期間成為世界第一大涂料生產(chǎn)和消費(fèi)國。但是相比發(fā)達(dá)國家，我國的涂料消費(fèi)結(jié)構(gòu)不盡合理，高污染的溶劑型涂料占相當(dāng)大的比重。溶劑型涂料由于在生產(chǎn)和使用過程中釋放出大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物（以下簡稱VOC），會對人體健康帶來嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，涂料加工和生產(chǎn)釋放出來的VOC 量占其排放總量的20%~25%，僅次于汽車尾氣的排放而位居VOC 污染量第二位。
面對日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問題和巨大的資源、能源消耗，很多國家制定了嚴(yán)格的法律、法規(guī)和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)來限制揮發(fā)性有機(jī)物的排放，以鼓勵(lì)和推廣使用綠色環(huán)保、節(jié)能節(jié)材的新產(chǎn)品。在我國，《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2010〕33 號）、《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》等文件相繼實(shí)施，要求采取區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控措施，控制揮發(fā)性有機(jī)物、氮氧化物等重點(diǎn)污染物，揮發(fā)性有機(jī)物的污染防治在環(huán)境管理中的重要性逐步凸顯。《中國涂料行業(yè)“十二五”規(guī)劃》中鼓勵(lì)符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境友好型涂料生產(chǎn)（水性木器涂料、水性工業(yè)涂料、水性船舶涂料、輻射固化涂料，以及在生產(chǎn)、使用、施工及后處理過程中對環(huán)境不造成污染或?qū)Νh(huán)境質(zhì)量有所改善的涂料生產(chǎn)）。因此，環(huán)境友好型涂料是涂料行業(yè)發(fā)展的趨勢。其中，水性涂料因無毒無害、易于凈化、低成本、低粘度、無刺激、不燃等特點(diǎn)，成為當(dāng)今的研究重點(diǎn)。
1 ·水性涂料簡介
水性涂料是指用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，包括水溶性涂料、水稀釋性涂料、水分散性涂料（乳膠涂料）3 種。水溶性涂料是以水溶性樹脂為成膜物，主要有聚乙烯醇及其各種改性物及水溶醇酸樹脂、水溶環(huán)氧樹脂及無機(jī)高分子水性樹脂等。水稀釋性涂料主要以乳化乳液為成膜物，以此來溶解樹脂，然后在乳化劑的幫助下依靠強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌使樹脂分散在水中形成乳液，稱為后乳化乳液，制成的涂料在施工中可用水來稀釋。水分散涂料主要是指以合成樹脂乳液為成膜物配制的涂料。
溶劑型涂料是由顏填料、樹脂、溶劑和各種助劑四大部分組成。水性涂料與溶劑型涂料的組成大體相同，但水性涂料需用的助劑更多，配方更復(fù)雜，主要由水性樹脂、顏填料助劑、中和劑、水等組成。
2· 水性涂料的發(fā)展優(yōu)勢
2.1 環(huán)境友好
水性涂料從原料來源到生產(chǎn)及使用的全生命周期，均有利于環(huán)境的健康發(fā)展。它不僅在生產(chǎn)過程中將易揮發(fā)的有機(jī)溶劑替代，而且使用時(shí)涂裝工具可用水清洗，也減少了清洗溶劑的消耗。有機(jī)溶劑的生產(chǎn)需要消耗化石原料，在資源緊缺的現(xiàn)階段是對資源的一大挑戰(zhàn)，水性涂料的出現(xiàn)，解決了這一問題。同時(shí)，溶劑的削減，大大減少了生產(chǎn)及使用過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，為改善周邊大氣環(huán)境作出了積極的貢獻(xiàn)。馬春慶專家 等人對比了不同涂裝體系的VOC排放量，結(jié)果表明“溶劑型中涂+ 溶劑型色漆+ 單組份罩光清漆”工藝體系的VOC 排放量為120 g/m3，而“水性中涂+ 水性色漆+ 水性罩光清漆”工藝體系的排放量僅為28 g/m3，排放量大幅度降低。
另一方面，水性涂料僅采用少量低毒性醇醚類有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑揮發(fā)量減少，極大改善了工作場所的環(huán)境，有利于工作人員的身體健康。一般的水性涂料有機(jī)溶劑（占涂料）在10％～15％之間，而現(xiàn)在的陰極電泳涂料已降至1.2％以下，對降低污染節(jié)省資源效果顯著。
2.2 減少風(fēng)險(xiǎn)
以溶劑中最常見的甲苯和二甲苯為例：甲苯的閃點(diǎn)為4℃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 1.2%～7.0%（體積）；二甲苯閃點(diǎn) 29℃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限約為1%～7%（體積）。兩者均為易燃物質(zhì)。因此，溶劑型涂料的易燃易爆原料儲存和使用的場所，具有發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)。在我國，涂料廠的溶劑儲罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故屢見報(bào)道。
水性涂料的生產(chǎn)和使用，減少了對易燃易爆原材料的需求，極大地降低了風(fēng)險(xiǎn)。
2.3 降低成本
2.3.1 原料成本
隨著人們對資源能源的需求日益增大，在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)資源能源短缺的問題，導(dǎo)致石油乃至下游產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上漲，作為下游產(chǎn)品的有機(jī)溶劑也不例外。資源價(jià)格的壓力下，以水作為稀釋劑的價(jià)格優(yōu)勢正得以逐漸顯現(xiàn)[4]。
2.3.2 環(huán)境成本
傳統(tǒng)的溶劑型涂料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的有機(jī)廢氣，為了達(dá)到排放要求，企業(yè)需要配置尾氣處理設(shè)施及相關(guān)的配套設(shè)施，并負(fù)擔(dān)日常運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。水性涂料的有機(jī)廢氣排放很少，為企業(yè)減輕了負(fù)擔(dān)。
2.3.3 安全成本
水性涂料以水作為稀釋劑，使之成為更為安全的涂料，從生產(chǎn)到運(yùn)輸再到應(yīng)用中的火災(zāi)隱患較傳統(tǒng)溶劑性涂料大幅降低。對于管理者來說，安全方面的投入成本也將相應(yīng)的降低。綜合考慮原材料成本、設(shè)備成本、安全成本、職業(yè)病減少等因素，水性涂料是具有市場競爭力的。
2.4 施工條件及外觀性能
水性涂料由于透氣性比較好，基層內(nèi)部的水蒸氣可以向外擴(kuò)散；而溶劑型涂料成膜致密，如基層的含水率高，水蒸氣無法從涂膜揮發(fā)掉，容易起泡，因此在對基層的要求上，水性涂料施工的基層含水率應(yīng)小于10％，溶劑型涂料施工的基層含水率應(yīng)小于8％，含水率的要求比水性涂料嚴(yán)格。水性涂料對材質(zhì)表面適應(yīng)性好，涂層附著力強(qiáng)，在潮濕環(huán)境中可直接涂覆施工。水性涂料中水的揮發(fā)主要依靠溫度和濕度控制，而溶劑型涂料可通過調(diào)整稀釋劑的蒸發(fā)速率來調(diào)整涂著固體份。通常，溶劑型涂料的涂著固體份高達(dá)60%~70%，而水性涂料的涂著固體份僅為20%~30%，由此可見，水性涂料的平滑性相對較好。
3· 水性涂料普及的難點(diǎn)
3.1 技術(shù)方面
雖然水性涂料對環(huán)境的濕度和基層含水率的要求方面優(yōu)于溶劑型涂料，但在其他方面的適用性不及溶劑型涂料。
（1） 因水的表面張力大，難以浸潤底材，易產(chǎn)生縮孔，水性涂料對施工過程中及材質(zhì)表面清潔度要求也較高。不論是溶劑型涂料還是水性涂料，工件表面除油質(zhì)量的好壞，都將影響涂膜的質(zhì)量。對于溶劑型涂料的噴涂，工件表面除油不徹底，在外觀上不易立即顯現(xiàn)；但水性涂料的噴涂，如果工件表面除油不徹底，那么其表面就難以形成完整的漆膜。
（2） 兩種類型的涂料分散介質(zhì)的熔點(diǎn)差異很大，水為0℃，而有機(jī)溶劑的熔點(diǎn)相對低很多，甲苯為–95℃，二甲苯為–25℃左右。因此，對于施工溫度，水性涂料施工一般要求在5℃以上，而溶劑型涂料在0℃也可以施工。這一要求，嚴(yán)重限制了水性涂料的使用范圍。
（3） 噴涂水性涂料對噴漆室的濕度也有一定的要求，水性涂料在環(huán)境相對濕度85% 以上時(shí)表干緩慢，水溶劑在較飽和濕度環(huán)境下無法正常揮發(fā)，當(dāng)濕度過高（達(dá)到90% 以上）時(shí)，在被涂物上的涂膜會流淌下來[5]。因此需要噴漆室有良好的空氣循環(huán)，保持適當(dāng)?shù)臐穸取?/span>
（4） 由于水的蒸發(fā)潛熱大，是一般溶劑的5~7 倍，往往需提高烘干溫度或延長烘干時(shí)間。
3.2 性能方面
目前，水性涂料具有普通溶劑型涂料的防護(hù)與裝飾功能，但是在高裝飾性要求的場合，無法達(dá)到很高的豐滿度，需要溶劑型涂料來實(shí)現(xiàn)。
3.3 思維慣性
目前，對于水性涂料的使用尚未出臺強(qiáng)制性的要求，而傳統(tǒng)的溶劑型涂料廣泛地扎根于社會生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，專業(yè)人士早已熟知其性能，不論是生產(chǎn)方面，還是使用方面都得心應(yīng)手。要想駕馭水性涂料這一新生事物，需要花費(fèi)額外的精力去了解和熟悉它的特性。因此受使用慣性的影響，多數(shù)人也不愿主動(dòng)放棄原已穩(wěn)定使用的溶劑型涂料而承擔(dān)一定的投資風(fēng)險(xiǎn)去使用水性涂料，這也是水性涂料普及應(yīng)用遇到的一大障礙。
4· 展望
以水作為稀釋劑的水性涂料較溶劑型涂料VOC 含量大幅降低，對環(huán)境友好，對施工者、使用者的健康無害，在國內(nèi)已有不少水性涂料企業(yè)的成功案例。
今后，大力開展基礎(chǔ)性研究，降低水性涂料的施工難度、改善使用性能，是水性涂料拓展應(yīng)用領(lǐng)域、大規(guī)模普及應(yīng)用的當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)，加強(qiáng)對政策指引、推廣技術(shù)、轉(zhuǎn)變思想觀念、消除公眾對水性涂料的偏見及顧慮等相關(guān)工作的重視，也將對水性涂料的應(yīng)用發(fā)展起到推動(dòng)的作用?？傊诎l(fā)展涂料工業(yè)三原則( 無污染，省資源，節(jié)能) 和“4E”原則（經(jīng)濟(jì)、效率、生態(tài)、能源）的指導(dǎo)下，水性涂料將有更大的發(fā)展。
近年來很多國內(nèi)油漆涂料企業(yè)都對水性工業(yè)漆這塊市場非?？春茫娂娂尤氲竭@場升級換代的趨勢中來，但由于水性工業(yè)漆在鹽霧試驗(yàn)、豐滿度、硬度、干燥時(shí)間上等性能上的技術(shù)要求比較高，一般企業(yè)很難解決這樣的問題，導(dǎo)致許多油漆廠家在前期投入后，發(fā)現(xiàn)市場回報(bào)并不明顯，缺乏耐心。不聲不響地停止了水性工業(yè)漆的研發(fā)，或干脆退出市場。
多年來湖南德謙一直致力于水性工業(yè)油漆的開發(fā)與應(yīng)用，早年引進(jìn)美國Sherwin-Williams公司技術(shù)，經(jīng)過多年的消化吸收改進(jìn)，積累實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，取得了長足的進(jìn)步，成為水性工業(yè)漆的行業(yè)先鋒的領(lǐng)軍企業(yè)。德謙新材水性工業(yè)涂料技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)有同種類的部分產(chǎn)品的性能與油性工業(yè)涂料同等，從長遠(yuǎn)來看，水性工業(yè)漆取代油性工業(yè)漆勢在必行，只是早晚的問題。
湖南德謙水性工業(yè)漆的種類及特點(diǎn)
一．以水性丙烯酸為主要成分的水性漆，主要特點(diǎn)是附著力好，不會加深顏色，但耐磨及抗化學(xué)性較差，因其成本較低且技術(shù)含量不高，是市場上的初級產(chǎn)品，多用在對光澤和裝飾效果不高的鋼結(jié)構(gòu)上。二．以水性醇酸樹脂為主成膜物質(zhì)的水性漆，以水為主要稀釋劑，具有干燥快、防護(hù)性能優(yōu)等特點(diǎn)，可用于金屬底材的底層保護(hù)用涂料。該涂料可采用浸涂、淋涂、噴涂等方法施工，此品種是德謙運(yùn)用業(yè)績最多的產(chǎn)品，多運(yùn)用在家具支架，汽車底盤，汽車板簧的浸涂，特別適用于出口鋼材表面的保護(hù)涂飾。
四，以水性環(huán)氧樹脂為主要成分，不含苯、甲醛、鉛、汞等有害物質(zhì)，固含量高，附著力強(qiáng)，具有優(yōu)異的防腐性能。并且具有低播焰性，解決漆膜在高溫烘烤或燃燒時(shí)，釋放的煙氣與毒性物質(zhì)對人體和環(huán)境的污染問題，提高了產(chǎn)品的安全性能與耐溫性能，其開發(fā)和運(yùn)用是當(dāng)前船舶涂料的發(fā)展方向。