水性涂料的研究与发展.docx

1、水性涂料的研究与发展黑龙江南方学院毕 业 论 文题目：水性涂料的研究与发展学生姓名学 号13206101专 业高分子材料与工程班 级2013级指导教师学 部食品与环境工程答辩日期2017年5月29日黑龙江南方学院本科生毕业论文（综述）任务书姓名学号13206101专业班级2013级食品与环境工程毕业论文（设计）题目：水性涂料的研究与发展毕业论文（设计）的立题依据： 涂料中释放出来的有机挥发物（volatileorganiccompound,即VOC),尤其芳烃类、甲醛等对人体健康有严重影响。据统计涂料加工和生产释放出来的VOC量占其排放总量的20%25%,仅次于汽车尾气的排放而位居VOC污染量

2、第二位。随着环保意识的增强，控制VOC的排放越来越受到人们的重视，许多国家都制定了相应的控制标准。由于VOC的严格控制，使涂料的研制和发展方向愈加明确，即寻求VOC不断降低，直至为零的绿色涂料。绿色涂料是指对生态环境不造成危害，对人类健康不产生负面影响的涂料，也称为“环境友好涂料”。绿色涂料的发展方向有涂料水性化、高固体分化和粉末化。与其他两种涂料相比，水性涂料最突出的优点是分散介质水无毒无害、不污染环境,同时它还具备价廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点，所以现在成为“绿色涂料的主展方向。立题依据简化，以介绍优势特点，应用，存在问题，需要注意的地方等 扣题 进度安排2016年11月30日20

3、16年12月04日选题2016年12月07日2016年12月 11日接受指导老师的指导2016年12月14日2016年12月18日拟定论文大纲2016年12月 21日2016年12月25日搜集、查阅整理相关资料2017年03月07日2017年03月11日初稿形成2017年03月14日2017年03月18日初稿审定2017年03月21日2017年03月25日第一次修改2017年03月28日2017年04月01日第一次审定2017年04月04日2017年04月08日第二次修改2017年04月11日2017年04月19日定稿2017年04月21日2017年04月29日论文评阅小组评审论文 2017年

4、05月07日毕业论文（设计）答辩 学生签字： 指导教师签字： 2017年 5 月 7 日水性涂料的研究与发展摘 要水性涂料具有经济、节能、环保和安全的特点，符合时代发展的要求。它的开发和推广将是21世纪涂料的主要方向。本文分别从概念、分类、进展、应用、发展趋势几方面对水性涂料进行了说明和总结,同时指出了水性涂料存在的问题，并对我国的水性涂料前景进行了展望。关键词：水性涂料； 溶剂涂料； 环保树脂Waterborne coatingAbstractWater paint with economic, energy saving, environmental protection and safe

5、ty features, meet the requirement of social development. The development and promotion of it will be the main direction of the twenty-first Century coating. This paper from the concept, classification, development, application and development trend of several aspects are described and summarized for

6、 waterborne coatings, and pointed out the existence of water paint, water-based paint and prospects for China are discussed.Keywords：waterbornecoating; Solventpaint; Environmentalprotection; Resin水性涂料的研究与发展第1章 绪论1.1水性涂料的简介凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料，又称水基涂料。水性涂料的组成为水性树脂、颜填料助剂、中和剂、水等。水性涂料与溶剂型涂料的组成大体相同，

7、但水性涂料需用的助剂更多，配方更复杂。1.2水性涂料的发展历史 涂料工业属于近代工业，但涂料本身却有着悠久的历史。中国是世界上使使用天然树脂作为成膜物质的涂料大漆最早的国家。早期的画家使用的矿物颜，是水的悬浮液伙食用水或清蛋白来调配的，这就是最早的水性涂料。真正懂得使用溶剂，用溶剂来溶解固体的天然树脂，制得快干的涂料是19世纪中叶才开始的。所以从一定意义上讲，溶剂型涂料的使用历史远没有水性涂料那么久远。最简单的水性涂料是石灰乳液，大约在一百年前就曾有人计划向其中加入乳化亚麻仁油进行改良，这恐怕就是最早的乳胶漆。从20世纪30年代中期开始，德国开始把聚乙烯醇作为保护胶的聚醋酸乙烯酯乳液作为涂料展

8、色使用。到了50年代，纯丙烯酸酯乳液在欧洲和美国就已经有限售，但是由于价格昂贵，其产量没有太大增加。进入60年代，在所有发展的乳状液中，最为突出的是醋酸乙烯酯-乙烯，醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯共聚物也有所发展，产量有所增加。70年代以来，由于环境保护法的制定和人们环境保护意识的加强、各国限制了有机溶剂及有害物质的排放，从而使油漆的使用受到种种限制。75%的制造油漆的原料来自石油化工，由于西方工业国家的经济危机和第三世界国家调整石油价格所致，在世界范围内，普遍要求解约能源和解约资源。基于上述原因，水性涂料，特别是乳胶漆，作为代油产品越来越引起人们的重视。水性涂料的制备技术进步很快，特别是乳液合成

9、技术进步更快。70-80年代作为当代水性涂料的代表乳胶漆得到了一定的发展，但推广应用却进入了低谷。乳胶漆要和风行全国的内墙涂料进行价格竞争，其结果是身败名裂，甚至被相当部分的建筑商和装饰业所否定，同时风行一时的瓷砖又把外墙乳胶漆的市场夺去了大半。90年代至今，不光乳胶漆的质量性能大大提高，在价格上也慢慢被人们接受。特别是以荷兰、日本为首的多国大型涂料公司进入我国市场，真正揭开了现代水性涂料的新篇章。自改革开放以来，随着中国国民经济的快速增长，人们生活水平的不断提高，涂料产量和用量正以较快的速度增长，目前已成为世界第二大涂料消费国，年产量已达到约600万t。但是相比于发达国家，我国涂料的消费结构

10、还不尽合理，高污染的涂料品种仍占据较大的比例，对环境和施工人员带来严重的危害。随着全球气候的变化和资源、能源的日趋紧张，世界各国相继制定了严格的环保法规和政策，鼓励和推广使用绿色环保、节能节材的新产品。低污染的水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料以及辐射固化涂料已成为涂料技术的发展方向。水性涂料相比于其他低污染涂料，由于具有可实现技术途径多、应用面广、安全、施工相对简单而成为首选品种，更为广大涂料科技人员关注和涂料用户的青睐，近来在我国已得到了一定的发展，受到了前所未有的重视，但是水性涂料除在建筑涂料领域得到普遍应用外，在其他领域特别是工业涂装领域，仍是溶剂型涂料一统天下，水性涂料还只占很小的比例

11、。因此，提高涂料特别是工业涂料的水性化比例，减少涂料对环境的污染和施工人员的身体危害，已成为我国涂料行业共同面临的课题。我国工业涂料领域中，目前水性涂料所占比例还比较小，这主要受技术、价格和政策法规三方面因素制约。首先，工业涂装领域对涂膜的外观、机械性能、耐性(特别是耐水性)等性能的要求大大高于建筑内外墙涂料，而且不同的应用场合，要求各不相同，我国原先的一些水性涂料技术水平还不能普遍满足工业涂料对性能的要求。其次，一些性能高的水性涂料品种，由于受工艺、规模和原料成本及来源等因素制约，价格相对比较高，这也限制了其广泛应用。再者，在涂装行业，若无特殊的强制性措施要求，受使用惯性的影响，多数人也不愿

12、主动放弃原已稳定使用的溶剂型涂料而承担一定风险去使用水性涂料，这也给水性涂料新产品的推广应用带来一定的难度。但是近年来，随着我国经济的迅速发展，开放程度的进一步提高，与世界经济的接轨和资源日趋紧张，以及人们对环保和身体健康的重视，水性涂料在我国已面临良好的发展机遇。1.3水性涂料的说明书水性涂料具有优异的不粘性及耐用性，但其施工的步骤也非常严格，所以使用时必须作充分的阅读及了解。1.3.1水性涂料素材的处理先将素材（铝或不锈钢）用（36030分钟38010分钟）空烧或溶剂清洗进行第一步的脱脂，第二步为表面粗糙化，可用刚玉砂80#100#，压力0.40.6mpa,砂的厚度为:(2.03.5)m1

13、.3.2 底层涂料的喷涂底层涂料用前必须充分滚动120转/分钟,不少于2小时/次滚动,每周不少于一次,将处理好的素材（必须为干净、干燥、无任何油脂、污染，严禁用手触摸砂表面，否则将严重影响附着力，更甚会导致脱皮）平放，用（1.01.5）mm喷枪压力调到(0.20.3)mpa距离(2030)cm,直接喷涂,用(120-150)(5-8)分钟,表干后的涂膜厚为(1015)m1.3.3表层涂料的喷涂m同样面层涂料使用前也必须用慢速度滚动100转/分钟,3小时/次,必须要充分搅拌均匀,将已涂装好底层的工件冷却到常温后即可进行面层的施工(表面应该为绝对干净,未受任何污染)用(1.01.5)mm的喷枪喷嘴

14、,压力调到(0.20.3)mpa,距离(2030)cm,用120 5分钟先干燥后用38030分钟进行烧结,烧结后的总涂膜为(2023)m。（烧结不充分会影响粘附性,涂层物理性都会降低烧结过分也会令涂层性能变差，所以请慎心施工。1.4水性涂料的分类 尽管当前市场上水性漆品牌众多，其特征是以水作为分散介质，树脂作为分散相（一般以颗粒状存在），水为连续相但论据其主要成分的不同，不外乎分为以下四类：1.4.1水溶性型(Water Soluble Coating） 是以丙烯酸为主要成分的水性涂料，主要特点是附着力好，不会加深木器的颜色，但耐磨及抗化学性较差，漆膜硬度较软，铅笔法测试为 HB ，丰满度较差

15、，综合性能一般，施工易产生缺陷。因其成本较低且技术含量不高，是大部分水性漆企业推向市场的主要产品。这也是形成大多数人认为水性漆不好的原因所在。其优点是价格便宜。1.4.2水乳胶型(Water Emulsion Coating)是以丙烯酸与聚氨酯的合成物为主要成分的水性木器漆，其特点除了秉承丙烯酸漆的特点外，又增加了耐磨及抗化学性强的特点，有些企业标为水性聚脂漆。漆膜硬度较好，铅笔法则试为 1H ，丰满度较好，综合性能接近油性漆。目前国内只有少数几家企业可以生产。1.4.3水溶胶型(Aqueous PowderSuspension )是聚氨酯水性涂料，其综合性能优越，丰满度高，漆膜硬度可达到 1

16、.5-2H ，耐磨性能甚至超过油性漆，使用寿命、色彩调配方面都有明显优势，为水性漆中的高级产品，该 技术在全球只有少数几家专业公司掌握。1.4.4粉末水浆型(Powder- water SyrupCoating)是粉末涂料和水溶性涂料巧妙结合的一种无公害型的高性能的涂料,它是将粉末涂料的粒子稳定分散在水中而成.大日本涂料公司等已有这种产品上市.水浆涂料与粉末涂料相较具有:粉末涂料需要新设备,水浆涂料只需将溶剂型涂料用涂装设备稍加改造即可;容易得到平整光滑的、较薄的涂膜;施工过程无粉末飞扬。表1-1 各类别涂料表 类 别 粒径（m）分子量 外观 水溶性型 溶液11035104 透明 水溶胶型 0

17、.151031105 半透明 水乳胶性 0.1101105 白色乳液 粉末水胶型 132105 白色泥浆状种类虽然清楚了，想要分清市面上的水性涂料也不是轻而易举的事。因各厂家在水性漆的名称及成分标识上并不统一，容易让消费者产生混淆。如以丙烯酸为主要成分的水性漆就有丙烯酸和聚氨酯两种标法。消费者最好能够通过鼻闻的方法来辅助判断：丙烯酸有点酸的味道，聚氨酯则有些淡淡的油脂香味。当然，最可靠的办法是购买专业水性木器漆厂家生产的产品。1.5水性涂料的操作技巧1.5.1水性涂料的调制 水性漆是一种以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料。目前，多数油漆都是水性漆，它是使用最多且健康环保的油漆涂料。 现在的水性漆

18、大部分是建筑涂料，建筑涂料使用地水性通用色浆中没有载体树脂，这样通用色浆和涂料地混溶性比较好，但是也是因为他没有载体树脂，所以色浆加入量就有严格地要求。 油性通用色浆使用地载体树脂常分为常分为醛酮树脂和丙烯酸树脂树脂。醛酮树脂有更好地混溶性和颜料添加量，丙烯酸树脂有更好地耐候性，但混溶性稍差。对于涂料性能要求极高和混溶性差的涂料则只能采用遇涂料完全相同树脂体系的专用色浆。因为油性通用色浆有载体树脂，所以它在油性漆里的加入量要求不是很严格。其次油性涂料还有一些其他的特殊性着色剂，如铝银浆不能加到酸性较高的体系中，否则铝粉自身会变黑。 用洁净的水将涂料调至合适喷涂的粘度，以涂-4粘度计测量，合适的

19、粘度一般是2030秒。如一时没有粘度计，可用目测法：用棒(铁棒或木棒)将涂料搅匀后挑起至20厘米高处停下观察，如漆液在短时间(数秒钟)内不断线，则为太稠；如一离桶上沿即断线则为太稀；要在20厘米高处刚停时，漆液成一直线，瞬间即断流变成往下滴这个粘度较为合适。通常在拟定调色配方以前，要根据颜色样板或按某一实物的颜色来进行分析，首先了解色相范围，由几种颜色组成，哪种是主色，哪种是副色，色与色之间关系如何，各占比例约多少，然后根据经验初步拟出调色配方，再经小样调试。调色时，先加入主色，再以着色力较强的颜色为副，慢慢地加入并不断搅拌，并要随时观察颜色的变化，取样抹、刷、喷或沾在干净的样板上，待颜色稳定

20、后与原始样板比色。 在整个调色过程中，必须掌握“由浅入深”的原则。人工调色的三原色调色理论-原色：即红、黄、蓝。我们所看到的颜色是由于物体对光的选择性吸收后，对人眼产生的感觉。间色：两种基本色以不同的比例相混而成的一种颜色称为间色。复色：两间色与其它色相混调或三原色之间不等量混调而成的颜色，称为复色。互补色：在实际调色中，互补色不可共用两个原色不等量相混调可配成一个间色，而另一个原色被称为补色。两个间色相混调成为一个复色，而与其对应的另一个间色，也称为补色。 很多调色师更多地采用调漆刀进行挂涂，用目测法进行颜色判断，这样的确方便也能很快的调出目标颜色。但是这样往往会由于刮刀刮的涂膜不够，或过厚

21、造成实际施工时，要么遮盖力过高，而造成色浆添加成本偏高，增加生产和涂料成本；要么就是过后涂膜虽然颜色一致，但是施工现场就要通过多道施工造成人工成本和水性漆涂料成本的大幅上扬。这一切都是没有合理控制涂料遮盖力造成的。因此，一般我们多选用100-250微米的湿膜制备器施涂水性漆，对最终调色的结果进行校验，只有能够达到基本遮盖，色相符合要求，才能判断产品合格。1.5.2水性涂料的喷涂压力 空气压力最好控制在0.3-0.4兆帕(3-4公斤力/平方厘米)。压力过小，漆液雾化不良，表面会形成麻点；压力过大易流挂，且漆雾过大，既浪费材料又影响操作者的健康。喷嘴与物面的距离一般以300-400毫米为宜。过近易

22、流挂；过远漆雾不均匀，易出现麻点，且喷嘴距物面远漆雾在途中飞散造成浪费。间隔的具体大小，应根据涂料的品种、黏度及气压的大小来恰当调整。慢干漆喷涂间隔可远一点，快干漆喷涂间隔可近一点;黏度稠时可近一点，黏度稀时可远一点;空气压力大时，间隔可远一点，压力小时可近一点;所谓近一点远一点是指10毫米50毫米之间小范围的调整，若超越此范围，则难以获得较好的漆膜。喷枪可作上下、左右移动，最佳以1012米/分的速度均匀运作，喷嘴要平直于物面喷涂，尽量削减斜向喷涂。当喷到物面两头时，扣喷枪扳机的手要敏捷松一下，使漆雾削减，由于物面的两边，往往要接受两次以上的喷涂，是最简单形成流挂的地方。喷涂时，下一道要压住上

23、一道的1/3或1/4，这样才不会呈现漏喷现象。在喷涂快干漆时，需一次按次序喷完，补喷作用一般不满意。在室外空阔的当地喷涂时，要注意风向(劲风时不宜工作)，操作者要站在顺风方向，防止漆雾被风吹到已喷好的漆膜上形成丑陋的粒状外表。喷涂的次序是：先难后易，先里后外。先高处后低处，先小面积则难以获得理想的漆膜。1.5.3水性涂料的喷涂顺序喷枪可作上下、左右移动，最好以10-12米/分的速度均匀运作，喷嘴要平直于物面喷涂，尽量减少斜向喷涂。当喷到物面两端时，扣喷枪扳机的手要迅速的松一下，使漆雾减少，因为物面的两端，往往要接受两次以上的喷涂，是最容易造成流挂的地方。喷涂时要下一道压住上一道的1/3或1/4

24、，这样才不会出现漏喷现象。在喷涂快干漆时，需一次按顺序喷完。补喷效果不理想。在室外空旷的地方喷涂时，要注意风向(大风时不宜作业)，操作者要站在顺风方向，防止漆雾被风吹到已喷好的漆膜上造成难看的粒状表面。喷涂的顺序是：先难后易，先里后外。先高处后低处，先小面积后大面积，这样就不会造成后喷的漆雾飞溅到已喷好的漆膜上破坏已喷好的漆膜。第2章 水性涂料的特性2.1水性涂料的优点水性涂料以水作溶剂，节省大量资源；水性涂料消除了施工时火灾危险降低了对大气污染；水性涂料仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件。一般的水性涂料有机溶剂（占涂料）在1015之间，而现在的阴极电泳涂料已降至1.2以下，对

25、降低污染节省资源效果显著。 水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；水性涂料对材质表面适应性好，涂层附着力强。水性涂料涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。水性涂料电泳涂膜均匀、平整、展平性好；内腔、焊缝、棱角、棱边部位都能涂上一定厚度的涂膜，有很好的防护性；电泳涂膜有最好的耐腐蚀性，厚膜阴极电泳涂层的耐盐雾性最高可达1200h。2.2水性涂料的缺点水性涂料对施工过程中及材质表面清洁度要求高，因水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔。水性涂料对抗强机械作用力的分散稳定性差，输送管道内的流速急剧变化时，分散微粒被压缩成固态微粒，使涂膜产生麻点。要求输送管道形状良好，管壁无缺陷。 水性涂

26、料对涂装设备腐蚀性大，需采用防腐蚀衬里或不锈钢材料，设备造价高。水性涂料对输送管道的腐蚀，金属溶解，使分散微粒析出，涂膜产生麻点，也需采用不锈钢管。 烘烤型水性涂料对施工环境条件（温度、湿度）要求较严格，增加了调温调湿设备的投入，同时也增大了能耗。 水性涂料水的蒸发潜热大，烘烤能量消耗大。阴极电泳涂料需在180烘烤；而乳胶涂料完全干透的时间则很长。 水性涂料沸点高的有机助溶剂等在烘烤时产生很多油烟，凝结后滴于涂膜表面影响外观。 水性涂料存在耐水性差的问题，使涂料和槽液的稳定性差，涂膜的耐水性差。水性涂料的介质一般都在微碱性（ph7.5ph8.5），树脂中的酯键易水解而使分子链降解，影响涂料和槽

27、液稳定性，及涂膜的性能。 水性涂料虽然存在诸多问题，但通过配方及涂装工艺和设备等几方面技术的不断提高，有些问题在工艺上得到防止，有些通过配方本身得到改善和提高。2.3水性涂料的分类水性涂料的应用范围涉及国民经济建设的各个领域，下面对几种主要水性涂料的应用作一简单介绍。2.3.1水性建筑涂料 目前普遍使用的建筑外墙涂料以苯丙乳液为主。还有丙烯酸改性环氧、丙烯酸硅溶胶复合涂料，硅酸盐溶胶无机涂料。日本大量使用丙烯酸系弹性涂料，由橡胶状弹性丙烯酸乳液配剂，涂膜延伸率300%700%，通常采用丙烯酸聚氨酷涂料作罩面层。法国生产一种丙烯酸外墙抗裂紫外光固化弹性涂料，其伸长率在低温一40仍达到300%，也

28、适用于旧墙维修，20年不裂开。在建筑防水涂料方面，现大力开发丙烯酸系和聚氨酷防水涂料。建筑内墙涂料以聚醋酸乙烯系乳胶漆为主。有机乳胶涂料耐候性不甚理想。为此，出现了有机无机复合涂料，试图用无机涂料改善乳胶漆的耐候性。日本采用了既能与有机粒子反应又能与无机聚合物交联的交联剂，使有机无机复合涂料取得了优异性能。多彩涂料在内墙装修中占有一定的地位。2.3.2水性汽车涂料 汽车涂料是发展最快的涂料品种，用量仅次于建筑涂料。汽车涂料是性能要求最高的涂料品种。有三个重要指标:漆膜外观，耐火性和漆膜缺陷。国内汽车防锈底涂层绝大部分使用水性电泳漆。中间涂层利用水性漆，重点发展水性聚氨醋。水性面漆仍以溶剂为主。

29、汽车闪光涂料具有光泽高，色彩艳丽和闪光效应等特点。闪光涂料的发展方向也是水性化。1985年BASF公司开发了“二涂二烘”的水性金属闪光涂料已用于大型车辆的涂装。1989年底，加拿大的卡车装配厂开始使用水性闪光涂料，已涂装了一百多万辆。美国、加拿大、日本、南韩其它国家水性汽车涂料树脂主要包括水性丙烯酸、水性聚醋、水性醇酸和水性环氧树脂，正大力发展水性聚氨酷。日本专刊报导了一种能耐寒、耐石击的接枝聚丙烯酸乳液用作汽车涂料。2.3.3水性金属防腐涂料 目前，溶剂型金属防腐涂料仍占重要地位。基于环境保护的要求，水性金属防腐涂料发展非常迅速。金属防腐涂料重点在于解决提高面层涂料的耐火和超厚型涂装。防腐涂

30、料对成膜物有较高的要求，包括化学稳定性，漆膜结构，柔韧的机械性能等。要求树脂对金属腐蚀的相对指数尽可能高。美国防腐涂料用树脂的比例最高是环氧树脂，环氧树脂是最重要的防腐涂料基料，防腐效果最理想。环氧树脂在防腐涂料中的用量约占40%。其它树脂占60%，包括聚氨醋、无机硅和乙烯树脂等。环氧树脂的主要缺点是低温不固化，不利于低温施工。聚氨醋树脂可以低温固化，性能比较全面，是很有发展前景的防腐涂料树脂基料。2.3.4水性木器涂料木器漆从桐油开始，具有长久历史。后来发展了树脂漆。包括聚氨酷漆、硝基漆、酚醛漆和不饱和聚醋漆等。国外水性木器漆研究较早，品种较多。美国威特克公司研制成功一种高固体分水性聚氨醋分

31、散体，用于木质地板，高耐磨，含固40%。德国专利报导一种用于木器的含季铵基团的水溶性聚丙烯酸漆，氨基树脂固化的丙烯酸树脂木器用水性涂料。欧洲专利报导了作清漆的聚氨酯改性丙烯酸水性分散体。广州市坚红化工厂和广州市涂料研究所开展了木器水性涂料的研制工作，研究了常温交联的，耐候的，防污染的，强附着力的，装饰性优良的各种性能配方。并推出单组分门窗漆，双组分交链型木器清漆和色漆以及地板漆等产品，其光泽，耐高温、耐水及干燥速度等各项指标均接近国外同类产品水平，在国内处于领先地位。第3章 水性涂料的工业进展3.1水性涂料的工业现状水性涂料从开始出现起就得到了长足的发展。基于其对环境的相容性和保护性,并具有节省资源、节约能源的优点,水性涂料产品很快就被市场所接受,并逐渐发展扩大。 目前,世界各国环保型“绿色”涂料的开发及应用呈强劲上升趋势。美国是涂料生产大国,年产量占世界涂料总年产量的25%。美国1994年的环保型“绿色”水性涂料占涂料总产量的比例为51%, 1999年提高到了的611%9, 2002年提高到73%,而同期欧洲“绿色”涂料比例由1992年的51%提高到200