水性树脂涂料的研究现状

水性树脂涂料的研究现状

摘 要：水性树脂涂料是一种以水基性上光油为主体水性树脂涂料。综述了

水性树脂涂料的分类及成膜机理，重点介绍了我国水性环氧树脂涂料、水性丙烯酸酯涂料、水性聚氨酯涂料的研究现状，并介绍了水性树脂涂料在机械制造方面的应用，最后指出了我国水性树脂涂料的发展方向。

关键词：水性树脂涂料；成膜机理；水性环氧树脂涂料；水性丙烯酸酯涂料；

水性聚氨酯涂

Research of the waterborne coatings

(Hebei Union University of Light Industry College, Tangshan 063000) Abstract: Water-based paint is water-based varnish is the main variety of water-based resin paint. Reviewed the classification of waterborne coatings and film formation mechanism, focusing on the research status of China's water-based epoxy coatings, water-based acrylic paints, water-based polyurethane coatings, and describes the application of water-based paint in the machinery manufacturing, and concluded that our direction of development of waterborne coatings.

Keywords: water-based paint; film-forming mechanism; water-based epoxy resin coating; water-based acrylic paint; waterborne polyurethane coating 前言

水性树脂涂料是以水基性上光油为主体的一种水性树脂涂料．包括专用上光机用水性光油、柔性版水性光油、凹版水性光油、水性磨光油(压光胶)，以及水性薄膜复合粘合剂等。水性树脂涂料由于采用水作为分散介质，无火灾隐患，生产成本低，具有无色、无味、无毒、低粘度、快干、透明度强、高固含量、无有机挥发物、成本低、来源广、可用水稀释和清洗、对操作要求相对较宽等特点，符合绿色生产要求。故具有十分广阔的发展前景。可作水性树脂涂料基料的树脂包括醇酸、环氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯树脂等。另需添加各种添加剂，如助溶剂、乳化剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、催干剂、防霉杀菌剂、缓蚀剂等。日本、英国、德国对防霉杀菌剂的研究系统。水性树脂涂料所用的防霉杀菌剂主要

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是有机噻唑类及一些无机金属离子抗菌剂。水性树脂涂料应用于金属基体上，在涂膜未干时易引起基体腐蚀，因此选用合适的水性树脂涂料用缓蚀剂也是很关键的。选用缓蚀剂时应同时考虑其效能和毒性问题，常用的有钼酸钠、碳酸钠、环烷酸锌等 。尽管水性树脂涂料具有污染性小，安全系数高，施工方便等优点。

1 水性树脂涂料的成膜机理

涂料被涂覆在被涂物上。由液态变成无定形的固态薄膜的过程。称为涂料的成膜过程或涂料的固化。一般称为涂料的干燥。涂料主要靠溶剂蒸发、熔融、缩合、聚合等物理或化学作用而成膜，其成膜机理随涂料的组分和结构的不同而异。常用涂料的成膜方式主要有物理机理干燥和化学机理干燥等几种。水溶性涂料主要依靠化学反应发生成膜。这种成膜就是涂料中的成膜物质在施工后聚合，称为高聚物的涂膜的过程，可以说是一种特殊的高聚物合成方式，它完全遵循高分子合成反应机理．例如：醇酸涂料、环氧涂料、聚氨酯涂料、酚醛涂料等。但是涂料大多不是以一种单一的方式成膜．而是依靠多种方式最终成膜的。

2 常见水性树脂涂料的种类

水性树脂涂料以水为分散介质和稀释剂，与溶剂型和非水分散型涂料相比较，最突出的优点是分散介质水无毒无害、不污染环境，同时还具备价廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点。常见的水性树脂涂料类型主要为：水性聚氨脂型、环氧树脂型、丙烯酸树脂型、无机水性树脂涂料型4种。下面阐述几种常用水性树脂涂料的研究进展。

2.1 水性环氧树脂涂料

环氧树脂具有优异的物化性能，如良好的附着力，优异的耐化学品性和耐溶剂性，硬度高，耐腐蚀性和热稳定性优良，因此，一直引起人们的关注。

水性环氧树脂涂料是由双组份组成：一种组分为疏水性环氧树脂分散体（乳液）；另一种组份为亲水性的胺类固化剂，其中的关键在于疏水性环氧树脂的乳化。该乳化过程的研究经历了几个阶氧树脂的乳化。该过程为：1975~1977年主要以聚乙烯醇为乳化剂，并开始研究多酰多胺与环氧化合物的加成物、聚乙氧撑醚等作为乳化剂。1982~1984年采用含环氧基团的乳化剂，并且出现自乳化型环

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氧树脂。自乳化的方法是将环氧树脂同带有表面活性基团的化合物反应，生成带有表面活性的环氧树脂。其中选择中和所用的胺是最重要的技术配方问题。胺相对于水性树脂涂料的其他材料来说是比较昂贵的，而且会增加VOC的排放，为提高环氧树脂与固化剂的相溶性和室温固化性能，水性环氧树脂涂料可广泛地用作高性能涂料、设备底漆、工业厂房地板漆、运输工具底漆、汽车维修底漆、工业维修面漆等。

2.2 水性聚氨酯涂料

水性聚氨脂涂料包括水溶性型、水乳化型、水分散型。按分子结构可分为线型和交联型。都存在单组份和双组份两种体系。水性聚氨脂涂料除具备溶剂型聚氨脂涂料的优良性能外，还具有硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂、挥发性有机物含量低、难燃，无毒无污染，易贮运、使用方便等优点。但与溶剂型聚氨酯涂料相比水性聚氨酯涂料还是存在许多不足之处。比如：干燥时间较长、涂膜易产生CO2气泡、部分原材料成本较高、由于新型助剂缺乏，导致涂膜性能和外观效果不够高要求等。针对水性聚氨脂涂料存在的缺陷，进行改性的研究。目前，水性聚氨脂涂料的发展主要还受原材料、固化剂、封闭剂、交联剂等的限制。因此，研制相应的原材料和助剂也是发展水性聚氨脂涂料的关键。 2.3 水性丙烯酸酯类涂料

水性丙稀酸树脂涂料具有易合成、耐久性、耐低温性、环保性以及制造和贮运无火灾危险等优点；同时也存在硬度大、耐溶剂性能差等问题。大致可分为：单组份型、高性能型、高固化型3种类型。要将不耐溶剂的丙烯酸树脂原料制备成耐溶剂的水性丙烯酸树脂涂料是比较困难的事情，因此现在很少研究传统的单组份丙烯酸树脂涂料的生产。目前研究的热点在于丙烯酸树脂原料的改性，这种技术被称为“活聚合”。这种技术可以很好地控制丙烯酸树脂的分子量及其化学结构（单体排列顺序等）与分布。水性丙烯酸树脂涂料的用途很广泛：交联型丙烯酸树脂涂料用于建筑业；丙烯酸-4-羟丁酯、单丙烯酸环己二甲醇酯等交联型功能性化合物可用来制备汽车涂料、粉末涂料；紫外线固化丙烯酸树脂涂料具备优异性能；特别值得关注的是丙烯酸树脂防腐涂料，是防腐涂料系中一大体系。

2.4 水性醇酸树脂涂料

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醇酸树脂是一种重要的涂料用树脂，其单体来源丰富、价格低、品种多、配方变化大、化学改性方便，且性能好。水性醇酸树脂的开发经历了外乳化和内乳化2个阶段，目前主要使用内乳化法合成水性醇酸树脂分散体。所谓内乳化法是将聚合物中的羧基或氨基分别用适当的碱或酸中和，使聚合物可分散于水中。尽管水性醇酸树脂涂料具有很好的涂刷性和润滑性等优点，但也存在涂膜干燥缓慢，硬度低，耐水性和耐腐蚀性差，户外耐候性不佳等缺点，需要通过改性来满足这些性能要求。目前，人们对水性醇酸树脂的改性主要包括物理改性和化学改性，其中以丙烯酸树脂、有机硅树脂和苯乙烯改性的效果最为显著。近年来，随着对聚氨酯的研究日趋成熟，聚氨酯改性醇酸树脂的研究也日趋增多。王瑞宏等人用自干型水性烯酸改性醇酸树脂。

除了添加水性丙烯酸外，还在醇酸乳液中添加中和剂、催干剂和助溶剂。改性后的水性醇酸树脂涂料具有良好的保色性、保光性、耐候性、耐久性、耐腐蚀性、快干性及高硬度等，克服了常规水性醇酸涂料贮存稳定性差，干燥速率慢，早期硬度、耐水性和耐溶剂性差等弊病，拓宽了水性醇酸涂料的应用领域。周丽琼等人研发了磺酸盐改性的水性醇酸树脂，与常规的水性醇酸树脂相比，改性后树脂的水溶性有大幅度提高，降低了助溶剂的用量。水性醇酸树脂的主链含有多元醇与多元酸聚合而成的酯键，而酯键受到酸、碱（中和剂）的攻击容易断裂，所以在合成改性水性醇酸树脂时，采用水溶性磺酸盐预聚物，可大幅度提高树脂的水溶性，只需加入少量胺中和剂，即可获得良好的水溶性，大大减弱了中和剂对酯键的攻击。经改性后的水性醇酸树脂除水溶性有了大幅度提高外，还具有优良的柔韧性、附着力和耐冲击性。聚氨酯涂料是综合性能优良的涂料品种。因此，人们希望将聚氨酯的优良性能引入醇酸树脂中，用它改进醇酸树脂的物理机械性能、耐候性和耐化学腐蚀性。实际上，目前已形成产量大、性能介于溶剂型醇酸和双组分聚氨酯之间的一类涂料，即所谓的氨酯油或单组分聚氨酯涂料，而氨酯油的水性化则是当前研究的热点。氨酯油-丙烯酸酯的微细乳液杂化聚合改性是其水性化的一种新探索。而杂化改性工艺的主要难点是氨酯油在分散介质中难分散，在杂化聚合之前要增加超声波预分散工序，才可获得稳定、性能好的杂化微细乳液体系。这是水性醇酸树脂结合聚氨酯涂料优点的一种重要途径。

除了上述的水性树脂涂料外，近几年水性聚酯、水性无机富锌等涂料的研究也有了很大的进展。

3 水性树脂涂料的应用

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国内外水性树脂涂料主要集中在建筑涂料和木器涂料上，也有一些水性塑料涂料等，在金属物件上的水性树脂涂料比较少。近年来，水性树脂涂料已经在汽车、自行车、电梯等制造业使用．下面主要介绍它在这方面的应用。

3．1 水性树脂涂料在汽车涂装线中的应用

国内应用水性漆的厂家并不多，仅有5家汽车生产厂家使用。目前，中涂、色漆均采用水性树脂涂料的汽车生产厂家为：北京奔驰、武汉本田、广州本田二工厂、江淮汽车乘用车涂装二厂。色漆采用水性树脂涂料的汽车生产厂家为：上海通用、烟台通用、天津丰田。2009年1—11月，我国涂料产量已超过822万吨。国产汽车产销量突破130o万辆，其涂料用量虽无统计数据，但按汽车产量增加比例估计应在60～8O万吨(包括修补用涂料)，约达到当年涂料总产量的6．8％ ～8．8％ 。在涂料市场中，汽车涂料占有相当份额，有资料统计。在发达国家，汽车涂料约占本国涂料总产量的20％ 。

表1 2008年国内轿车水性树脂涂料的应用 公司 名称 生产线条通用 本田 上汽 日产 现代 戴姆勒奔驰 1 起亚 丰田 6 2 2 3 2 4 4 3．2 水性树脂涂料在电梯涂装中的应用

目前国内大部分电梯的涂装为喷粉涂装，因喷粉涂装具有生产成本低、环保等优点而得到广泛应用。但喷粉涂装因换色困难、装饰性不如喷漆好，使用受到一定限制。2008年，国产水性漆静电涂装在日立电梯(中国)有限公司首次应用成功。它在涂料调配和喷枪清洗时用纯水代替有机溶剂，实现了真正的环保涂装，且降低了综合生产成本．同时在自然条件下可静电喷涂生产而不需要在恒温恒湿的条件下进行涂装，另外还实现了电泳涂装和静电喷漆共线生产，产品耐盐雾性、装饰性和生产效率有较大的提高。这一技术环保、可施工性好、产品质量高、装饰性好、综合使用成本低。各项性能满足使用要求。具有广阔的应用前景。

3．3 水性树脂涂料在自行车静电喷涂中的应用

国内自行车行业绝大多数都采用传统的溶剂型涂料进行静电喷涂．污染十分严重，既不利于职工的身体健康，也不符合环保的要求。2008年，天津振东涂料

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有限公司依靠其拥有的雄厚技术实力，通过大量的实验，研制出了可以大规模应用于自行车静电涂装的水性树脂涂料。水性静电涂料的研制及富士达自行车有限公司静电喷涂试验的成功，首次将水性工业涂料应用于自行车静电涂装，填补了国内该行业的技术空白。

4 结语

随着我国经济持续快速的增长，通过对水性树脂涂料及助剂的关注，基础设施的大量建设，人们环保意识的逐渐增强，我国涂料行业必将走向环保、水性化的道路，而水性树脂涂料及助剂也必将迎来更广阔的发展空间。

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