涂料工业的世纪进展———绿色涂料

hhy11 · 发表于 2007-6-21 08:58:04

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1　序言

   绿色涂料是从80年代以来高度重视生态环境后产生的新名词。所谓绿色涂料也就是对生态环境不构成危害,对人类健康不产生负面影响的涂料,也有人称为环境友好涂料。因此,绿色涂料必须是不含有害的有机挥发物和重金属盐的涂料,后者主要指作为涂料的颜料使用的对生物有害的铅、铬、汞、镉等重金属盐。从环保的角度考虑,“绿色涂料”主要分为以下几大类。

1.1　水性涂料

   水性涂料是60年代初期研制出的一类新型涂料,根据树脂的类型可分为稀释型、胶体分散型、水分散型或乳胶型三种主要类型。

   水性涂料的主要品种有醋酸乙烯酯漆、水性环氧自干漆、水性醇酸氨基烘干漆、水性聚氨酯漆、有机硅丙烯酸酯和含氟丙烯酸酯等系列高级涂料。水性涂料的最大特征是以水取代有机溶剂作溶剂,与溶剂型涂料相比,不仅具有成本低、施工方便、不污染环境等特点,而且从根本上消除了溶剂型涂料在生产和施工过程中因溶剂挥发而产生的火灾隐患,也减少了有害有机溶剂对人体的危害,深受广大用户的喜爱。水性涂料对建筑涂料的前瞻产品是十分重要的,在汽车和木器家具方面也有非常乐观的应用前景。欧、日、美等发达国家对水性涂料的开发和应用非常重视,水性涂料已占德国建筑涂料总量的93%,发展最慢的挪威也已经有47%的建筑涂料实现水性化。到上世纪末,水性涂料的产量已占世界涂料总产量的30%左右,与溶剂型涂料基本相当。预计到2015年,水性涂料将占世界涂料市场40%的分额。

1.2　高固体份涂料

   高固体份涂料还没有非常确切的定义,所谓的高固体份涂料的固含量一般为60%～80%,而溶剂型涂料的固含量为40%～60%。高固体份涂料除可有效减少ＶＯＣ的排放外,还有如下优点:制造和施工所用设备均与普通涂料相近,无需增加新的设备投资;高固体分涂料分子量小、粘度小,涂装时对基材润湿性好,流平性及丰满度佳,不易产生缩孔等缺陷;由于高固体分涂料的固含量大于75%,其施工固含量大于60%,所以一次喷涂就可得到较厚涂层,在得到同样满意涂层的情况下,省时,省力,省能源,并减少环境污染。

   从环保的意义上来说,高固体份涂料还不算是真正的绿色涂料。高固体份涂料正向着100%固体份发展,本人认为水性高固体份涂料也是一个很有前途的发展方向。

1.3　粉末涂

   粉末涂料与传统的溶剂型涂料、水性涂料不同,它不含大量有机溶剂或水,以固体粉末状态生产和涂装。粉末涂料分为热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。前者主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、热塑性聚酯、聚苯硫醚、氟树脂等粉末涂料品种。后者主要有环氧、聚酯、环氧-聚酯、聚氨酯、丙烯酸、丙烯酸-聚酯、丙烯酸-环氧、氟树脂等粉末涂料品种。

   自20世纪70年代初世界发生石油危机以来,粉末涂料就以其环境友好性、良好的经济性、劳动生产率高、便于自动化生产、涂膜性能优良等特点,成为发展迅猛的涂料新品种和新工艺。1999年世界粉末涂料总产量为73.05万吨,预计到2005年,产量将会增加到121万吨。我国于70年代后期开始研制粉末涂料,到1997年产量已达到7万吨。预计未来十年内,粉末涂料世界总体增长率将会维持在6.5%左右。

   粉末涂料拥有诸多优点的同时,也有一些缺陷:粉末涂料的生产和喷涂需要专用设备,这就提高了生产成本;热固化粉末涂料的固化温度较高,一般在180℃以上,限制了其只能用于金属等耐热基材,而木材、塑料、合金等热敏基材则不能使用;热固化粉末涂料的熔融流平和固化开始阶段有一定重叠,以致稍微掌握不好,涂层就会出现平整度上的缺陷,如缩孔、桔皮等令人头痛的问题。固化温度过高是阻碍粉末涂料进一步发展的瓶颈。粉末涂料的发展方向是,低温和快速固化、薄膜化、功能化、专用化和美术型粉末涂料。解决这些问题的途径主要有合成新的可低温固化的树脂和采用新的固化工艺。此外,新型涂装设备的研制对粉末涂料的发展也有很重要的作用。

1.4　辐射固化涂料

   辐射固化涂料是以采用辐射固化技术为特征的环保节能型涂料。根据固化时采用的辐照源不同,可分为电子束(ＥＢ)固化涂料和紫外光(ＵＶ)固化涂料。其中ＵＶ固化涂料产量约占总产量的90%。辐射固化涂料的最大特征是固化速度快,固化时间由原来的以分钟或小时计算,缩短为以秒计算,使生产效率大大提高,尤其适合流水线生产。此外,ＵＶ固化液态涂料还具有低ＶＯＣ排放、固化温度低、适合涂覆热敏基材等优点,发展非常迅速。

   ＵＶ固化液态涂料的不足之处是涂料配制过程中必须加入活性单体稀释剂以调节涂料的粘度,而活性单体稀释剂又会部分渗入基材,对环境可能仍有一定的污染。辐射固化涂料的发展方向是水性化、固体化和进一步扩大应用市场。

1.5　ＵＶ固化粉末涂料

   ＵＶ固化粉末涂料是一项将传统粉末涂料加工技术和ＵＶ固化技术结合起来的新技术。ＵＶ固化粉末涂料的最大特征是工艺上分为两个明显的阶段,涂层在熔融流平阶段不会发生树脂的早期固化,从而为涂层充分流平和驱除气泡操作提供了充裕的时间,这样就从根本上克服了热固化粉末涂料的顽疾,也消除了ＵＶ固化液态涂料的不足。采用ＵＶ固化技术可以明显降低加热和固化过程的温度(100～140℃),提高生产效率,不但更加节省资源、能源、人力、时间和空间,而且避免了对基材的过分加热,开辟粉末涂料更广阔的应用领域,如用于木材、塑料、纸张、热敏合金和含有热敏零件的金属元件等方面。

   ＵＶ固化粉末涂料的报道始见于上世纪70年代中期,至上世纪90年代中期,相关报道才大量出现,但多见于专利。近两年才渐有产品上市,如ＵＣＢ公司生产的ＵｖｅｃｏａｔＴＭ系列紫外光固化粉末涂料专用树脂。随着ＵＶ固化粉末涂料专用树脂、光引发剂、添加剂及固化设备的不断开发应用,ＵＶ固化粉末涂料必将成为绿色涂料家族中的重要一员。

2　结论

   总体而言,世界涂料工业正向着绿色化、集团化、规模化和专业化方向发展。我国涂料工业经过近百年的发展,产量仅次于美、俄、日本、居世界第四位。品种和技术水平也有了长足的进步,其中水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等符合世界涂料工业发展潮流的涂料品种,在1998年已占到总产量的26%。

   同时我们也看到,与发达国家相比我们还存在很大的差距,主要表现在:产业结构不合理;涂料工业的技术水平相对落后;绿色涂料覆盖率低;环境污染严重等。要真正实现涂料的绿色化还有很长的一段路要走,需要我们不懈的努力。

新洁电子 · 发表于 2007-6-21 09:04:51

绿色涂料界定　
　第一个层次是涂料总有机挥发量(VOC)，有机挥发物对我们的环境我们的社会和人类自身构成直接的危害。涂料是现代社会中的第二大污染源。第一污染源是交通运输业带来的，比如汽车尾气、油品渗透等。因此，涂料对环境的污染问题越来越受到重视。美国洛杉矶地区在1967年实施了限制涂料溶剂容量的66法规，
　　自此以后，国外对涂料中溶剂的用量的限定也愈来愈严格。开始只对一些可发生光化学反应的溶剂实施限制，但后来发现几乎所有的溶剂都能发生光化学反应（除了水、丙酮等以外）。我们应该尽量减少这些溶剂的用量。
　　第二个层次是溶剂的毒性，亦即那些和人体接触或吸入后可导致疾病的溶剂。大家熟知的苯、甲醇便是有毒的溶剂。乙二醇的醚类曾是一类水性涂料常用的溶剂，在20世纪70年代，它作为无毒溶剂而被大量的使用；但在20世纪80年代初发现乙二醇醚是一类剧毒的溶剂，那时，实验室的此类溶剂都被没收，严禁使用。
例如，聚乙烯吡咯烷酮是一类人造血浆，制备它的单体乙烯基吡咯烷酮曾被认为是一种无毒的化学品，80年代末曾被介绍给光固化涂料界，被认为是一种具有高稀释效率、高聚合速度的活性单体，而且用它作为活性稀释剂所得漆膜性能优异。但是不久就发现它是一种致癌物，因此被禁止使用。有毒的溶剂对生产和施工人员都会造成直接危害。
第三个层次是对用户安全问题：一般说来涂料干燥以后，它的溶剂基本上可以挥发掉，但这要有一个过程，特别是室温固化的涂料，有的溶剂挥发得很慢，这些溶剂的量虽然不大，但由于用户长时间的接触，溶剂若有毒，也会造成对人体健康的伤害，因此在制备时一定要限制有毒溶剂的使用。

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