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绿色环保型涂料的发展趋势和方向研究

http://www.coatings.hc360.com2015年05月06日08:39 来源:中国防腐涂料网T|T

    慧聪涂料网讯:

王圆圆,陈晶懿,汪鹏主,王继虎,温绍国

    (上海工程技术大学化学化工学院,上海201620)

    摘要:随着人们生活水平的日益提高以及环保意识的增强,绿色环保型涂料受到了极大的关注。本文综述了水性涂料粉末涂料、干粉涂料、水性UV涂料等几种新型绿色环保涂料的研究进展,介绍了有机挥发物(VOC)测定的方法,阐明了未来绿色环保涂料的发展趋势和方向。

    关键词:绿色环保;水性涂料;粉末涂料;干粉涂料;UV涂料;VOC

    中图分类号:TQ630 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2015)01-0058-04

    涂料在人们生活中发挥着越来越重要的作用,已经成为现代社会发展不可或缺的一种材料。然而,涂料产业是大气污染的主要来源之一[1]。涂料中含有的有机挥发物(volatileorganiccompounds,VOC)以及各种重金属离子对人们的健康均会造成很大伤害。VOC会影响中枢神经系统和免疫功能,引起头痛、疲劳、注意力不集中等症状。空气中VOC含量小于0.2mg/m3时,对人体没有影响;0.2~3mg/m3时,对人体有轻微刺激或是不适;3~25mg/m3时,对人体有刺激或引起头痛;大于25mg/m3时,对神经有影响[2]。常见的VOC主要有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醇、十四碳烷等。当居室中的VOC达到一定浓度时,短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重时会出现抽搐、昏迷,并会伤害到人的大脑、内脏和神经系统,造成记忆力减退等严重后果[3]。重金属离子主要包括汞、铅和铬,具有很大的毒性或致癌风险。用于涂料中含铜的颜料主要有红丹、锌铬黄、高铜酸等,铜能抑制血红素合成,导致贫血,同时对大脑、小脑和神经造成伤害;铅使得肾功能失调,对小分子吸收产生障碍,还可能导致血管痉挛病变[4]。

    绿色环保型涂料是一种节约资源和能源,对环境无污染,对人类居住环境有益的健康型节能涂料[5]。环境友好涂料的研究和开发是实现涂料的绿色化、高性能化和高功能化的基本要求。

    目前研究最多的环境友好型涂料主要有水性涂料[6-8]、粉末涂料[9-11]、干粉涂料[12-14]、水性光固化涂料[15-17]等。

    1·水性涂料

    传统的溶剂型涂料性能优异,但是含有大量的VOC,对环境和人的身心健康损害严重。随着各国法律法规的日益完善以及人们的迫切需求,传统的溶剂型涂料逐渐被水性涂料所替代。相比溶剂型涂料,水性涂料是以水作为溶剂,消除了因溶剂的挥发而带来的安全隐患,同时,水性涂料的VOC含量很低,气味很小,使用安全,符合环保节能的要求,是二十一世纪涂料行业发展的一个重要方向。

    水性涂料的种类很多,根据树脂分有水性聚氨酯涂料、水性环氧树脂涂料、水性醇酸树脂涂料及水性丙烯酸酯涂料等。水性涂料虽是一种环境友好型涂料,但是仍含有VOC,如何降低水性涂料中的VOC,提高水性涂料性能,真正实现水性涂料NO-VOC化是当前研究的重点[18-19]。

    1.1 水性聚氨酯涂料

    水性聚氨酯涂料除具有溶剂型聚氨酯涂料的优异性能外,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等优点。但水性聚氨酯涂料的黏结性、耐水性、耐候性等性能还存在某些缺陷,需通过改性进一步提高其性能[20]。

    1.2 水性环氧树脂涂料

    水性环氧树脂涂料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[21]。水性环氧树脂可分为水乳型环氧树脂和水溶型环氧树脂2种。

    1.3 水性醇酸树脂涂料

    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。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[22]。

    1.4 水性丙烯酸酯涂料

    丙烯酸酯乳液以其优良的耐候性、耐光性和气味小等特点,推动了丙烯酸酯乳液涂料的飞速发展,并且采用核壳结构能很好地解决乳液的玻璃化转变温度(Tg)和最低成膜温度(MFFT)之间的矛盾[23]。

    2·粉末涂料

    粉末涂料是一种不含溶剂,100%固含量粉末状涂料,通常以粉末状喷涂到被涂物表面,经烘烤熔融流平,固化成膜完成涂装。粉末涂料作为无溶剂的固体涂料,VOC含量能真正达到0,对环境和人们的健康不产生威胁,属于一种真正的环保型涂料[24]。

    粉末涂料分为热固性粉末涂料和热塑性粉末涂料。热塑性粉末涂料主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。热固性粉末涂料主要有环氧粉末涂料、聚酯粉末涂料、丙烯酸粉末涂料[25]。目前研究最多的主要是热固性粉末涂料。

    2.1 环氧粉末涂料

    纯环氧粉末涂料有着悠久的历史,其聚合物树脂主要由环氧树脂组成。环氧树脂是由含有两个或两个以上环氧基的脂肪族、脂环族或芳香族为主链的高分子预聚物,具有优异的附着力和耐腐蚀性[26],目前主要用于管道、船舶、电器绝缘等上的防腐[27]。张剑飞等[28]制备出新型的环氧树脂粉末涂料,研制的粉末涂料的生产工艺稳定,符合设计方案对防腐涂层性能的要求,产品性能与国外产品接近。

    固化反应是粉末涂料应用过程中必不可少的步骤,粉末涂料的固化温度一般在180℃左右,并且只能涂在金属基材上[29]。随着节能减排要求的提出,粉末涂料的低温固化温度是大势所趋。周晓涛[30]等采用TC-125型固化剂与其它助剂混合,可实现120℃的低温固化,涂膜的各项物理性能良好。另外新型固化剂的开发对于降低环氧粉末涂料固化温度意义重大。2-甲基咪唑作为一种新型的固化剂,可将环氧粉末涂料的固化温度调整为130℃/15min或180℃/8min,同时能够解决涂膜固化过程中变黄的问题[31]。通过固化剂的改性、复配技术和开发新型固化剂等方法可以提高环氧粉末涂料的耐湿热性、柔韧性、绝缘性、阻燃性和防腐性等,扩大环氧粉末涂料的应用范围。

    2.2 聚酯粉末涂料

    聚酯粉末涂料是我国最重要的耐候性粉末涂料[32]。

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