水性涂料的優勢及面臨的問題

       全球涂料網訊：
      陳敏竹

    （昆山市環境保護科學研究所，江蘇昆山215300）

    ［摘要］對比溶劑型涂料，介紹了水性涂料在保護環境、降低風險、減少成本等方面的發展優勢，同時歸納了水性涂料面臨除油須徹底、豐滿度較差和認知度差等問題，提出開展基礎性研究和改善使用性能等意見。

    ［關鍵詞］水性涂料；溶劑型涂料；乳膠

    ［中圖分類號］TU56 ［文獻標志碼］A ［文章編號］1001–523X(2015)02–0066–03

    隨著國民經濟的快速增長，我國的涂料產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和消費國。但是相比發達國家，我國的涂料消費結構不盡合理，高污染的溶劑型涂料占相當大的比重。溶劑型涂料由于在生產和使用過程中釋放出大量的揮發性有機化合物（以下簡稱VOC），會對人體健康帶來嚴重影響。據統計，涂料加工和生產釋放出來的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[1]。

    面對日趨嚴峻的環境問題和巨大的資源、能源消耗，很多國家制定了嚴格的法律、法規和環保排放標準來限制揮發性有機物的排放，以鼓勵和推廣使用綠色環保、節能節材的新產品。在我國，《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量的指導意見》（國辦發〔2010〕33號）、《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》等文件相繼實施，要求采取區域聯防聯控措施，控制揮發性有機物、氮氧化物等重點污染物，揮發性有機物的污染防治在環境管理中的重要性逐步凸顯�！吨袊�涂料行業“十二五”規劃》中鼓勵符合標準的環境友好型涂料生產（水性木器涂料、水性工業涂料、水性船舶涂料、輻射固化涂料，以及在生產、使用、施工及后處理過程中對環境不造成污染或對環境質量有所改善的涂料生產）。因此，環境友好型涂料是涂料行業發展的趨勢。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，成為當今的研究重點[2]。

    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、水溶環氧樹脂及無機高分子水性樹脂等。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烈的機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·水性涂料的發展優勢

    2.1環境友好

    水性涂料從原料來源到生產及使用的全生命周期，均有利于環境的健康發展。它不僅在生產過程中將易揮發的有機溶劑替代，而且使用時涂裝工具可用水清洗，也減少了清洗溶劑的消耗。有機溶劑的生產需要消耗化石原料，在資源緊缺的現階段是對資源的一大挑戰，水性涂料的出現，解決了這一問題。同時，溶劑的削減，大大減少了生產及使用過程中揮發性有機化合物的排放，為改善周邊大氣環境作出了積極的貢獻。馬春慶[3]等人對比了不同涂裝體系的VOC排放量，結果表明“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120g/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28g/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溶劑，有機溶劑揮發量減少，極大改善了工作場所的環境，有利于工作人員的身體健康。一般的水性涂料有機溶劑（占涂料）在10％～15％之間，而現在的陰極電泳涂料已降至1.2％以下，對降低污染節省資源效果顯著。
2.2減少風險

    以溶劑中最常見的甲苯和二甲苯為例：甲苯的閃點為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。因此，溶劑型涂料的易燃易爆原料儲存和使用的場所，具有發生火災爆炸事故的風險。在我國，涂料廠的溶劑儲罐發生火災爆炸事故屢見報道。

    水性涂料的生產和使用，減少了對易燃易爆原材料的需求，極大地降低了風險。

    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，在世界范圍內出現資源能源短缺的問題，導致石油乃至下游產品價格持續上漲，作為下游產品的有機溶劑也不例外。資源價格的壓力下，以水作為稀釋劑的價格優勢正得以逐漸顯現[4]。

    2.3.2環境成本

    傳統的溶劑型涂料生產過程中產生大量的有機廢氣，為了達到排放要求，企業需要配置尾氣處理設施及相關的配套設施，并負擔日常運行及維護費用。水性涂料的有機廢氣排放很少，為企業減輕了負擔。

    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，從生產到運輸再到應用中的火災隱患較傳統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的降低。綜合考慮原材料成本、設備成本、安全成本、職業病減少等因素，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，基層內部的水蒸氣可以向外擴散；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小于10％，溶劑型涂料施工的基層含水率應小于8％，含水率的要求比水性涂料嚴格。水性涂料對材質表面適應性好，涂層附著力強，在潮濕環境中可直接涂覆施工。水性涂料中水的揮發主要依靠溫度和濕度控制，而溶劑型涂料可通過調整稀釋劑的蒸發速率來調整涂著固體份。通常，溶劑型涂料的涂著固體份高達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

    3.1技術方面

    雖然水性涂料對環境的濕度和基層含水率的要求方面優于溶劑型涂料，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，易產生縮孔，水性涂料對施工過程中及材質表面清潔度要求也較高。不論是溶劑型涂料還是水性涂料，工件表面除油質量的好壞，都將影響涂膜的質量。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；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的熔點差異很大，水為0℃，而有機溶劑的熔點相對低很多，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，水性涂料在環境相對濕度85%以上時表干緩慢，水溶劑在較飽和濕度環境下無法正常揮發，當濕度過高（達到90%以上）時，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，保持適當的濕度。

    （4）由于水的蒸發潛熱大，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與裝飾功能，但是在高裝飾性要求的場合，無法達到很高的豐滿度，需要溶劑型涂料來實現。

    3.3思維慣性

    目前，對于水性涂料的使用尚未出臺強制性的要求，而傳統的溶劑型涂料廣泛地扎根于社會生產、生活的各個方面，專業人士早已熟知其性能，不論是生產方面，還是使用方面都得心應手。要想駕馭水性涂料這一新生事物，需要花費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，多數人也不愿主動放棄原已穩定使用的溶劑型涂料而承擔一定的投資風險去使用水性涂料，這也是水性涂料普及應用遇到的一大障礙。

    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，對環境友好，對施工者、使用者的健康無害，在國內已有不少水性涂料企業的成功案例。

    今后，大力開展基礎性研究，降低水性涂料的施工難度、改善使用性能，是水性涂料拓展應用領域、大規模普及應用的當務之急。同時，加強對政策指引、推廣技術、轉變思想觀念、消除公眾對水性涂料的偏見及顧慮等相關工作的重視，也將對水性涂料的應用發展起到推動的作用�？傊�，在發展涂料工業三原則(無污染，省資源，節能)和“4E”原則（經濟、效率、生態、能源）的指導下，水性涂料將有更大的發展。

    參考文獻

    [1]Doren K,Freitag W,Stoye D.Water Borne Coatings[M].The

    Environmentally-Friendly Alternative.Hanser Publishers,1994

    [2]李幕英，劉國旭，荊旺等.水性工業涂料的發展現狀及趨勢[J].現代涂料與涂裝.2010(13)1:35–37.

    [3]馬春慶，康惠春，閆立鋒，等.第十三屆表面工程創新與實用技術交流會：水性涂料應用中需注意的問題[C].2010:134–142.

    [4]孫志元.中國水性涂料的現狀及發展[J].涂料技術與文摘.2008(10):9–12.[5]張學敏.涂裝工藝學[M].北京：化學工業出版社，2008.

    [6]楊嗣信,吳璉.關于外墻涂料飾面的若干問題[J].建筑技術，2002,33(9)：673-673.（來源：全球涂料網）（更多資訊請登錄：全球涂料網 http://www.soutuliao.com/）