水性涂料基础知识课件

水性涂料基础知识（内部培训用）2010年1月8日

编制：王勇1目录1.前言2.水性涂料的定义及类型3.发展水性涂料的意义4.水性涂料的发展现状及前景5.水性涂料的优点及不足6.水性涂料的配方特点及成份组成*7.水性涂料的生产工艺8.水性涂料的施工方法及应用9.水性涂料的成膜特性10.水性涂料的理化性能指标11.水性油墨的补充说明附：VOC,HAPs说明,*水性涂料常见问题分析2前言随着涂料工业的发展，一个新的问题日益被人们所关注，即有机涂料对环境的污染问题。在涂料工业中，所用的溶剂和助剂中常含有挥发性有机化合物（VOC），它们挥发到空气中会造成空气污染。

除此之外，有害空气污染物（HAPs）、重金属等有毒有害物质也对环境和人体健康造成危害。32.水性涂料的定义及类型

水性涂料是指以水为主要分散介质的涂料。根据树脂在水中的分散状态，通常将水性涂料分为三类：水溶型涂料、乳液型涂料和水分散型涂料。

*根据成膜物的类别，水性涂料又可分为：水性无机高分子涂料（如硅溶胶涂料），水性有机涂料，水性有机无机复复合涂料。还可按树脂类型,离子类型,涂装方式等分类.5

●水溶型涂料：由水溶性树脂制备的，通过在树脂中引入较多亲水基团以增加其在水中的溶解性。

特点为：涂膜有较好的外观，但干燥性、耐水性、耐溶剂性均较差。

●乳液型涂料：

是在水中,树脂分散粒径大于0.1μm的水分散体。其配制的清漆通常为乳白色不透明状。特点为：具有良好的力学性能、干燥性、耐水性及耐腐蚀性。

乳液型涂料是目前研究最深、应用最广的水性涂料，典型代表为建筑内外墙涂料。6

★水分散型涂料

是在水中,树脂分散粒径很小(通常在0.01~0.1um)的水分散体。其配制的清漆通常为透明或半透明,无色或微白色。特点为:水分散型涂料的涂层较紧密，外观状态较好，耐水和耐腐蚀性均较优良。其成膜物的理化性能明显优于水溶型及乳液型涂料.在工业用涂料及部份民用涂料领域正逐步取代溶剂型涂料,是一类很有发展前途的水性涂料。73.发展水性涂料的意义实际上，水性涂料并非完全不含有机溶剂。在实用中，为提高涂料的各种性能所添加的助溶剂、助剂、固化剂等，都可能含有部分有机溶剂。此外，各种助剂、填料、颜料带入涂料的重金属，同样会给水性涂料带来不环保的因素。因此，水性涂料并不能简单等同于绿色涂料或环保涂料。但是，水性涂料和涂料的水性化，极大地降低了有机溶剂的用量及对环境的污染,这为涂料工业向绿色、环保方向迈进提供了坚实的基础。8

近几年来,我国涂料工业水性化的进程十分迅猛，取得良好业绩。其中尤以建筑涂料最为突出。目前我国建筑涂料的水性化比例约占75%左右，与国际基本同步。工业涂料中，水性涂料的比例也在逐步上升,目前主要集中在皮革漆,木器漆,地坪漆,装修漆等领域,在金属防护,塑胶,机车等领域的应用也在逐步推广.《涂料行业科技中长期发展规划》中提出：未来10年中，我国将大幅削减传统溶剂涂料，在工业涂料中的比例，使其所占份额由105.水性涂料的优点及不足优点:

①节约能源,消除施工中火灾危险性,降低环境污染.

*水性涂料通过用水代替传统溶剂型涂料中的有机溶剂，从而降低涂料的VOC含量，具有显著的环保特征。与高固体份涂料相比，水性涂料所含有机溶剂大为减少；与粉末涂料相比，水性涂料生产设备简单，节省能源；与紫外光固化涂料相比，水性涂料的制备工艺简单，不需要高能源的消耗。12不足:①水的蒸发潜热高,较许多溶剂挥发慢(如二甲苯,丁酯),需延长干燥时间或提高烘烤温度.漆膜在自干时,环境空气湿度大时(>80%),明显影响其干燥速度②对于敏感的材料(如纸张),不易涂装或涂装后易产生缺陷.③配漆时采用的某些树脂易水解或对配方中其它成份较敏耐造成析出胶化,影响涂料的贮存和使用性能.(浩海的树脂通常不存在此问题)14④水的表面张力大，使得涂料对基材的润湿困难，基材表面的污物易使涂膜产生缩孔。因此水性涂料在施工过程中对材质表面的清洁度要求较高。

⑤涂膜中残留的亲水基团会降低涂膜的耐水性能和防腐蚀性能.某些理化性能与溶剂型涂料相对尚存在一定差距(针对不同底材,浩海有对应的耐水及防腐蚀性优异的树脂,敬请留意)156.水性涂料的配方特点及组成成份由于水性涂料存在的上述不足，在配方设计时常采用添加各种助剂加以克服。如助溶剂用以提高涂料的稳定性和挥发速度,成膜助剂用以提高涂层的质量,分散剂和增稠剂用以提高涂料的抗沉降性,防锈剂用以防止涂层对金属基材的锈蚀,触变剂用以提高涂料的施工性能等等。

与相应的溶剂性涂料相比，水性涂料的配方往往十分复杂，选用的原料有时可多达十几至几十种组分。16水性涂料通常由:水性树脂,颜填料,助剂,水组成.某些水性涂料中由于树脂合成时带入或出于配方设计的需要,可能含有部份有机溶剂.

★其中水性树脂是水性涂料的主要成膜物质,其在水性涂料中的用量通常占总配方量的60%~85%,其性能的好坏直接影响水性涂料的最终性能(如贮存稳定,施工性能,成膜物的理化性能等),故水性树脂的选择是至关重要的,且在配方设计时最被工程师们所关注.17

●颜填料:许多可与溶剂型的通用.但应注意:

①水性涂料用的颜填料必须是耐碱的.因水性涂料自身的PH值是微碱性的.②对涂膜耐水要求高的场合,不宜用水溶性大的颜填料.③有专门用于水性涂料的铝银浆.

*④在采用某类颜填料时,应先试验其与水性树脂的兼容性,以防其影响涂料的贮存稳定性.(因颜料自身所带电荷属性与水性树脂电荷属性相差太大而导致水性树脂产生破乳凝胶化现象.)*⑤某些颜填料在涂料生产时的加入工艺与溶剂型涂料不同.(如消光粉的加入,需先用水润湿后再加入)18·PH值调节剂:水性涂料只有在微碱性条件下才能有较好的贮存稳定性,故通常选用PH值调节剂将其PH值调至8~9.常用的有胺水及其改性物等·成膜助剂:通常为高沸点的有机溶剂.大多微溶于水.其作用是降低水性涂料的最低成膜温度,其在水性涂料自干时的作用最为明显.常用的有丙二醇醚类20·共溶剂:通常为高沸点的有机溶剂(在低温下可能会用部份低沸点溶剂)其有一定的水溶性.其作用是起流平和防桔皮,缓干或快干,常用的有NMP(N-甲基吡咯烷酮),丙二醇甲醚醋酸酯等.在选用时应注意：低分子醇类（如异丙醇）易使PUA或PUD类树脂产生破乳现象，进而影响贮存稳定性。故在选用共溶剂时，应将其加入涂料中作贮存稳定性测试。（50ºC水浴7d，无异常即可）·增稠剂:其在水分散型涂料中是常用的一种助剂.因水分散型性树脂自身的触变性低,加之水的挥发速度慢,涂料在施工中往往会出现流挂现象,添加合适的增稠剂往往能解决此问题.在选用时应注意很多类的增稠剂加入后会影响漆膜的最终耐水性(如膨润土类,纤维素类),聚氨酯类缔合型增稠剂,对耐水性影响较小.217．水性涂料生产

理论上水性涂料的生产工艺流程可与油性涂料相同，但因某些水性树脂本身对温度较敏感（如很多水性醇酸类树脂在温度超过55ºC时很容易发生破乳现象，故在需磨料及高速稠度分散下应适当调整工艺）或树脂合成时本身存在缺陷及不稳定性（此现象在许多技术不成熟的树脂合成厂家较为明显，此时如出于成本等因素考虑可与生产方讨论最佳生产工艺）以下就AC，PUA，PUD三类水性树脂生产工艺作出讨论：(以下助剂的加入工艺,除供应方指明要用特定的方法外,均可参考此工工艺.)

23生产色漆：水性树脂+纯水+助剂（如开稀后的消泡剂）→分散均匀→边中速分散边加入各类通用色浆→高速分散均匀→调色至标样→边中速分散边加入剩余物料（纯水，开稀后的增稠剂，成膜助剂等）→中至高速分散均匀→加入开稀后的流平剂→中速分散均匀。磨通用色浆：纯水+分散剂+其它助剂（如开稀后的消泡剂）→分散均匀→边低速分散边加入色粉→高速分散均匀→研磨至规定细度（砂磨，球磨，三辊均可）→补加配方中剩余材料（纯水，防冻剂等）24C.膨润土类增稠剂：因其在水中会电离，应将其和所用水性树脂进行相容性试验，以免因其电离的离子和水性树脂中乳化剂的离子电性相异，而引起破乳现象。

D.消泡剂的加入：最好先行用2～3倍的水或助溶剂类开稀分散后再加入。

E.流平剂的加入：建议在制漆的最后阶段加入。因其在加入之前，其涂料中可能已加入增稠剂，故不推荐高速分散，以免产生过多气泡。遇到较难分散的流平剂时，可先用3～5倍水将其分散均匀，然后往里加入部份生产中间段的漆料，高速分散均匀后，再加入生产中间段的漆料中，中速分散均匀。F.颜料的选择：立德粉不能和汞盐防霉剂同用，以免引起涂膜泛黄；一般不用氧化锌和铅白，以免增稠和凝结；可参考上节中颜料部份的建议。26

G.搅拌：应注意某些厂家的水性树脂不能进行高速长时间分散，应高速搅拌可能会造成其破乳（机械稳定性不良）（浩海化工的水性树脂不存在此现象）

H.在水性涂料的生产中应尽量避免其接触易产生金属离子的器物（如易生锈的铁缸），在包装时建议用塑胶桶包装。磨料时尽可能避免使用金属珠类球磨机。

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8.施工工工艺

施工方法:与溶剂型涂料大致相同,水性涂料也可采用喷涂,刷涂,淋涂,滚涂等施工工艺.在固化工艺上根据不同涂料固化要求可分为:自干,烘烤,紫外线辐射固化等.除对水敏感的一些底材外,理论上水性涂料可应用于所有溶剂型涂料所应用的场合.注意事项：A：注意施工环境的湿度及温度。通常要求湿度<80%,温度>5ºCB：如是自干水性涂料，则干燥时应注意其最低成膜温度。28通常含有外加交联剂及固化剂或自身带有可交联反应基团的水性涂料,其交联反应从粒子融合聚结阶段开始.这种交联反应将极大地提高涂膜的理化性能.扫描电子显微镜下乳液形成的膜3010.水性涂料的理化性能指标水性涂料的供货指标通常包括:PH值,漆液外观,固含,粘度,贮存稳定性等.水性涂料的成膜物性能指标与溶剂型涂料基本相同,包括:漆膜外观,硬度,附着力,冲击,耐水,耐化学品,耐候等.具体性能要求,依用途及客户的不同需求而有所差异.

3111.水性油墨的补充说明水性油墨,又称水基油墨.随着人们对环保及工作环境健康的重视,越来越多的溶剂型油墨被水性油墨所代替.当前在打印用墨水,印刷用油墨,鞋材及皮革用油墨等领域都在逐步应用水性油墨.水性油墨与水性涂料在原材料(如助剂,树脂,颜料)方面有许多是通用的.在水性树脂方面,针对水性油墨的特殊要求(如高柔韧性),浩海化工有相应的产品可供应用.敬请留意相关产品说明.水性油墨的施工工艺:丝印,胶印,滚涂,喷涂等在成膜特性，理化性能指标上，水性油墨与上述的水性涂料类似。

32▇VOC

VOC是英文有机挥发物(volatileorganiccompound)的缩写。VOC含量是涂料界最为关心的问题之一。许多VOC会严重损害人的肝、肾和中枢神经系统，刺激呼吸道和口腔粘膜，有些还有致癌和致畸作用。VOC对动植物的危害也是十分严重的，对环境的破坏可能造成物种的毁灭，这主要表现在对空气和水的污染、光化学反应产物的危害，以及地球臭氧层的破坏导致太阳辐射危害等等。各国对VOC的定义各不相同，因而同一涂料按不同国家的法规判定的VOC会有差别。美国强调的是化合物参与光化学反应的作用，而包括中国在内的其他国家着重的是化合物的沸点、蒸汽压或二者的结合，其中250℃是公认的界限。33 各国VOC的定义———————————————————————————★中国

在标准大气压