我国水性涂料的发展及未来研究方向

1、 河 南 大 学 HE NAN DA XUE 化 学 化 工 学 院 HUAXUEHUAGONGXUEYUAN 我国水性涂料的发展及研究方向 院（系）名称化学化工学院 专业名称化学工程与工艺 姓 名吕七军 学 号 我国水性涂料的发展及研究方向摘要：低碳环保是现今社会都在追求潮流，水性涂料及其产品符合低碳环保的要求所以发展潜力巨大。与传统溶剂型涂料相比，水性涂料具有环保和性能优异等特点，成为涂料工业的发展主流。随着环保概念的普及，环保涂料已经成为家具市场新的选择，水性涂料将会得到越来越多消费者的认可，但是因其价格、装饰效果等诸多原因影响，水性涂料未能够成为市场上的主流产品，而其助剂是水性涂料不可

2、缺少的组分，助剂的产品质量和发展水平也从一个侧面反映涂料产品质量和水平。因此，本文客观评估我国水性涂料及助剂工业之现状，深入了解世界涂料及助剂工业之发展，对于我国涂料及助剂工业的未来发展做出合理的分析。 关键字：水性涂料 涂料助剂 低碳环保 一：背景介绍1.1 水性涂料 1995年，德国都芳涂料第一个进入中国市场，推广其在欧洲已经成熟的水性木器涂料品牌。1996年，山东亚力美公司成为国内第一个生产水性木器涂料的企业，但在2000年便衰退。深圳漆宝化工公司2003年第三个冲入市场，称其产品解决了水性漆的质量和成本问题，但3年过去了，市场反响平平。水性木器涂料在中国的发展经历了10余年的艰难历程，

3、目前其产业化之路仍然十分遥远。前不久，中国涂料工业协会在广州举办了首届水性木器涂料发展研讨会，旨在推动水性木器涂料在国内的研发、推广和应用。据介绍，虽然行业协会致力于水性木器涂料推广的热情很高，来参会的国内涂料企业也不少，但观望的企业多，真正想涉足的却很少。这一现象被涂料协会有关人士形象地称为“行业热、市场冷”。 水性木器涂料的推广对于资源的合理利用和环境卫生的改善，都十分有利。由于水性木器涂料施工的可操作性增强，国内知名的装饰公司都打算全面使用水性木器涂料，并培训油漆工组建相应的施工队伍，发起水性化运动。在日益重视涂料安全和环保指标的今天，水性木器涂料正因其所具有的低危害、低污染特性，逐渐为

4、市场所接受。然而，水性木器涂料从兴起到现在的10余年间，国内最早涉足的知名涂料企业却难成气候。虽然其产品环保性能好，但由于价格昂贵，造成产品“水土不服”。 同年，神洲化学工业有限公司的产品也正式上市，但因价格较高，一直难以打开局面。随后大宝、环球、爱普诗、中南建材等知名企业也相继进入市场，但都没真正形成批量生产。1.2 水性涂料助剂 涂料助剂被认为是涂料产品的一类重要组成材料，它可以改进生产工艺、改善产品性能(包括游人液体涂料本身及最终涂膜)，提高涂料施工性能、减少对环境的污染，开发新型涂料特殊功能，推出各种功能的性涂料。尽管绝大多数助剂在涂料中使用的相对比例不高,但往往对提高和改善涂料和涂膜

5、的性能却能起到十分关键的作用，因此越来越受到界人士的重视。在某些产品中甚至已到了离不开它的程度。许多涂料生产厂商都纷纷把配方中助剂的应用作为本公司产品的技术诀窍和技术秘密。有些实力很强的公司甚至把某些助剂品种从市场中买断，以达到垄断自身产品市场的目的。涂料助剂的应用和应用水平，已成为衡量涂料生产技术水平的标志之一。 我国涂料助剂生产企业，如广州市华夏助剂化工有限公司、上海长风化工厂、浙江临安福盛涂料助剂有限公司、江苏省扬州立达树脂有限公司等，这几年虽有一定发展，但生产规模小，技术力量有限，产品模仿多，创新少，还没有形成自己的特色。在助剂市场竞争中，国内助剂生产企业较多地靠价格竞争。跨国助剂公司

6、在中国的办事处和企业，如德国毕克化学公司（BYK Chemie）、美国罗门哈斯公司（Rohm & Haas）、科宁公司（Cognis）、汽巴精化特殊化学品公司（Ciba Specialty Chemicals，2001年并购埃夫卡公司）、迪高沙公司（Degussa AG,Tego）、日本诺普科助剂有限公司（NOPCO）、德国BORCHERS有限公司（BORCHERS GmbH）、气体产品有限公司（Air Products），也包括台湾德谦企业股份（DEUCHEM）等。它们在技术、人才、产品、创新和服务等方面具有优势，占据着我国中高档涂料助剂市场，同时引领我国助剂市场。纵观世界涂料工业的

7、发展，水性化涂料是一个重要的发展方向。那么涂料用助剂，特别是水性涂料助剂的地位日益显得重要。水性涂料离不开助剂，一个乳胶涂料配方中，通常都要有十多种助剂，助剂好坏，对涂料产品的质量来说举足轻重，因此，随着水性涂料的增长，助剂产品迅速发展。许多助剂，我国都有对应的产品，而且有些产品的性能和质量都已接近或达到国外同类产品的水平，如分散剂、成膜助剂、中和剂、缔合增稠剂等。但有许多助剂与国外还存在着较大的差距，需要密切关注这方面的技术动向，及时引进开发。 二：水性涂料概念、特点及种类2.1 什么是水性涂料？ 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。水性涂料包括水溶性涂料、水稀释性涂料、水

8、分散性涂料（乳胶涂料）3种。水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及无机高分子树脂等。与传统油漆相比，目前水性木器漆在漆膜的丰满度、硬度、耐磨性和手感等方面尚有差距，但是随着水性木器漆研发技术的突破，水性聚酯木器漆的出现，无疑解决了以前水性木器漆的缺点。水性聚酯木器漆本身具有无异味、环保、快干、硬度高、不变黄、耐水、耐热、丰满剔透、手感好、附着力强、耐候性好、施工方便、性价比高、特种底漆等特点。2.2 水性聚酯木器漆产品本身的特点： （1）无异味：由于水性聚酯木器漆是用水稀释，以水作为稀释剂，属于无味涂装；（2）环保：水性聚酯木

9、器漆具有不含甲醛、不含游离TDI、不含有害重金属、不含有 机挥发溶剂；（3）快干：由于水性聚酯木器漆采用先进的聚氨酯体系，所以在正常环境下，20分钟表干；（4）硬度高：表面坚硬、耐磨，漆膜柔韧，不会因碰撞变白；（5）不变黄：采用脂肪族体系，漆膜经年保持清澈透明；（6）耐水：漆膜防水，长期水浸不受任何影响；（7）耐热：能承受高温，耐沸水、不会在台面上留下永久的热水杯白印；（8）丰满剔透：丰满度高，清澈透明；（9）手感好：漆膜润滑、不粗糙、不油腻、不粘手；（10）附着力强：对硬木、软木、合板、贴面板，竹藤表面或已有油性漆面附着力强；（11）耐候性好：耐紫外线及风雨侵蚀，可用于室外涂装；（12）施工

10、方便：采用单组份脂肪族聚氨酯体系，用水稀释、清洗，流平性好；（13）性价比高：每平方米的需漆量少，不用天拿水稀释，工时少；（14）特种地漆：封闭底材，具有极强的填充力和极好的可打磨性。2.3 常见水性涂料的种类水性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、无机水性涂料型4种。下面阐述几种常用水性涂料的研究进展。 2.3.1 水性环氧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

11、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：19751977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。19821984年采用含环氧基团的乳化剂，并且出现自乳化型环氧树脂。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。胺相对于水性涂料的其他材料来说是比较昂贵的，而且会增加VO

12、C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。2.3.2 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

13、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。 2.3.3 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

14、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。2.3.4 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。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

15、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

16、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

17、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。三 水性涂料助剂3.1 涂料助剂分类目前，无论在发

18、达国家或是其它国家，绝大多数均按其功能进行分类，以便于涂料生产厂商的选择和使用。下面列出的是主要的涂料助剂的分类情况： 催干剂和抗结皮剂 乳化剂 湿润、分散剂 消泡剂 流平剂、防缩孔剂、增滑剂 光引发剂 紫外线吸收剂和抗氧剂 防污剂 防霉剂和杀菌剂 消光剂 偶联剂 助成膜剂 增稠剂 引发剂和阻聚剂 防沉剂和流变剂 pH值调节剂 催化剂 抗静电剂及导电剂 附着力促进剂 当然，也有人把助剂分为水性助剂和溶剂型助剂两大类，主要是针对涂料体系的特性而言，给使用者在选择水性和溶剂型涂料体系采用的助剂有一个明确的提示，使用户在选用助剂时多一个参考系统，也是十分有益的。3.2 几个主要涂料助剂领域的发展趋势

19、 助剂类型 主要发展趋势: 乳化剂 )水性低分子量聚合物代替传统乳化剂、实现无皂聚合 2)反应型乳化剂 3)功能型乳化剂 流平剂 高效、相容性广泛,具有可重涂性、不含有机硅的流平剂 分散剂 1)高分子分散剂 2)带有高效稳定基团的分散剂 防污剂 1)高效低毒无锡防污剂 2)天然产品提取物防污剂 3)多功能防污剂 防霉剂 1)高效安全性能的防霉杀菌剂 2)混合防霉剂 引发剂 1)官能团引发剂,除引发自由基反应外,也参加固化反应 2)新型光敏引发剂 消光剂 1)低污染涂料,如水性漆、乳胶粉末涂料和高固体、无溶剂涂料用消光剂. )对光泽无影响高分子腊消光剂 流变剂 1)酰胺腊 2)微凝胶 氟碳表面活

20、 1)开发价格适中的氟碳表面张力调节剂 性剂 增稠剂 1)PU类增稠剂 2)综合型增稠剂3.3 涂料助剂科技动态 3.3.1 德国开发成功用于包覆杀菌剂的涂料 一种名称为Fungitex-w，用于包覆杀菌剂表层的涂料，由Caparol Farben Lacke Bautenschutz GmbH & co公司开发成功并已投放市场。据称，该产品符合食品卫生条例，是一种特种涂料，涂于杀菌剂表面后，可对杀菌剂活性成份给予长期保护，同时它也容易清洗干净，在水中保持较久以充分发挥杀菌作用。 3.3.2 DREW PLUS TS-4301消泡剂 由Ashland 特种化学品公司的分支机构Drew

21、industrial division 推出的新产品DREW PLUS TS-4301是油漆及涂料的消泡剂，该产品是矿物油、表面活性剂、专用聚合物及硅衍生物的混合物。DREW PLUS TS-4301在建筑涂料、维修涂料及工业涂料中是100%活性的，0.10.5%的用量即可获得很好的效果。用于高光泽度及半光的涂料中，在控制微泡方面特别有效。 3.3.3 北京开发出纳米涂料助剂 北京首创纳米科技有限公司纳米材料特种功能助剂产品在北京通过鉴定，这标志着纳米材料将作为一种工业品运用于涂料工业。 首创公司将纳米技术成功运用于涂料生产中，这不但是涂料生产更新换代的需要，更是广大消费者的福音。因为涂料在加

22、入这家公司生产的防水剂、增强剂、抗老化剂等助剂后，在环保、防水、抗老化、耐玷污、耐擦洗等方面均可达到世界先进水平。这种涂料上墙后，能加大抗风雨和抗紫外线的能力，使涂料保持8年不改本色，且污迹轻轻一擦则无痕迹。特别是防水剂，它能使涂料达到荷花出污泥而不染的神奇效果。这种助剂使用方便，生产厂家和普通消费者都可根据使用说明随用随加。 3.3.4 高效、环保型TF-02防腐防霉杀菌剂取代涂料工业传统防腐剂 上海市轻工业研究所30余年来一直致力于防腐防霉剂的研究、生产和销售，在全国日化工业及其他领域中占有广泛的市场份额，其产品以安全无毒、性能优良，质量稳定和配套应用技术服务完善到位著称，是著名的防腐防霉

23、剂供应商。 TF-02防腐防霉杀菌剂性能高效：客有效控制各类细菌、真菌、霉菌及藻类的生长；安全无毒：不含甲醛、甲醛释放及有机砷等重金属结构的有害成份。属无毒，无刺激性，对环境无污染；适用性强：对涂料、乳胶漆、胶粘剂等产品均具有极好的相容性，对色泽、流平性、附着力、耐老化等性能无影响，是各类工业水性体系产品制造企业的首选原料；价低质优：合理的价格，优质的性能，用量少，成本低。 四 涂料水性化道路发展受阻之因素4.1消费者观念2010年中国涂料总产量近1000万吨，稳居世界第一。然而中国人均涂料使用量依旧很低，消费者对涂料的产品性能知之甚少，对于水性涂料了解的就更少了。消费者在购买家具时候涂料往往

24、不作为考虑的因素。因为消费者根本就不清楚水性家具漆与油性家具漆相比有什么优势。消费者往往只关注表面能看见的硬度、丰满度等，所以水性家具漆在市场中一直没有得到认可。现在随着环保理念的不断深入，消费者对涂料及家具安全的关注度已经越来越高。再加上各种方式的宣传，水性涂料的优越性已经为越来越多消费者知道。随着生活水平的不断提高，消费者对于家具及家具涂料的安全要求越来越高。4.2 技术革新水性家具的性能一直是阻碍其发展的重要因素。水性家具涂料在性能上一直没能达到油性家具涂料的效果。但是同时经过10多年的发展，目前水性家具涂料技术逐步成熟。目前在硬度，丰满度，耐久度等方面虽然还没能超越油性涂料，但是实际应

25、用已经完全没有问题。水性涂料的核心技术大部分都被国外涂料巨头所掌握。而中国水性涂料起步相对较晚，中国涂料企业规模也相对较小，在水性涂料技术研究方面的能力要弱很多，国外涂料巨头为了利益更大化，也不愿意分享他的水性涂料技术。近年来随着中国涂料业的不断壮大，中国涂料企业在技术、资金、规模上都有了很大的发展。在家具漆领域也涌现出一批实力不菲的企业如：长润发、美涂士、君子兰、汇龙、展辰、面面佳等。4.3 涂料设备技术与水性家具漆相配套的涂装设备技术也是阻碍家具涂料水性化发展的因素之一。家具涂料一般都为工厂化涂装，对涂装设备要求很高。在日前举办的第五届水性木器涂料发展研讨会很多涂装设备厂家都介绍了最新研制

26、的涂装设备，很多设备都让人眼前一亮。五 发展中存在的问题与对策5.1 从涂料企业来分析 中国涂料大企业基本上都是以油漆涂料打天下，而且中国的油性涂料市场已经非常成熟，大企业必须要维护自己在油漆市场的地位，因为企业生存的利润支撑点在油性涂料上。要实现油性向水性的转变不仅仅是产品转变那么简单，在油转水之后要对涂料设备、油工 施工习惯等一系列后续施工服务进行改变。这其中当然会产生很多费用，而且水性家具漆市场需求一直不大，油性涂料转水性后有可能面临更多灭亡的危险，这些都是油性巨头们不愿意接受的。中国的家具涂料企业选择的道路是缓缓而行，要将油性的利益实现最大化。5.2 从家具厂方面分析第一、中国家具一直以价廉而“闻名”世界。水性涂料相对于油性涂料其成本相对要高很多，如果家具厂选择水性，无疑是在缩减自己的利润空间，所以在油性家具涂料还能被接受的时候大部分家具厂不会主动选择水性涂料。第二、中国家具消费者还对环保的要求普遍较低，虽然现在环保理念热行，但消费者对涂料的环保性能了解的还是很少，往往更关注表象的性能如硬度、光泽度、耐磨度等。中国家具巨头们也乐于这样的情况，中国家具一直是被动型