第一篇：水性涂料用功能礦物粉體材料研究進展及評價

水性涂料用功能礦物粉體材料研究進展及評價

孫亞光，余現(xiàn)秀

（國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，鄭州 450006）

[摘要]介紹了功能礦物粉體材料沸石，電氣石，蒙脫石，蛭石在水性涂料中的應用，對礦物材料和涂料的性能及研究進展進行了評價。

[關(guān)鍵詞]沸石，電氣石，蒙脫石，蛭石，涂料

1、前言

水性涂料是涂料家族中的重要類型，有別于有機溶劑的油性涂料系列，其是以水做分散溶劑的多種系列涂料的總稱，按成膜物質(zhì)不同又可分為丙烯酸，醋酸乙烯，苯乙烯，有機硅，氟樹脂等的均聚、共聚或共混系列，主要用八建筑裝飾用內(nèi)外墻涂料，其應用同人類的生存環(huán)境密切相關(guān)。隨著建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)地位的確立和人民生活水平的不斷提高，水性建筑涂料的品種，產(chǎn)量和用量不斷增加，其功能和質(zhì)量近年來倍受人們關(guān)注。據(jù)有關(guān)資料報道，國內(nèi)水性建筑涂料產(chǎn)量已達涂料總量的40%。

水性涂料按使用性質(zhì)可簡單分為普通裝飾性涂料和功能裝飾性涂料兩類，其中，功能裝飾性涂料不僅具有普通裝飾性涂料的裝飾功能，而且賦予涂料一些特殊功能。在水性涂料、防火涂料、防水涂料、防霉涂料、防蚊蠅涂料、耐熱涂料、彈性涂料等，能用做增加涂料特殊功能的物質(zhì)也很多，但功能由礦物粉體材料產(chǎn)生的功能裝飾性涂料現(xiàn)主要有抗菌涂料、負離子涂料、環(huán)境凈化涂料、耐候性涂料等，在涂料中發(fā)揮功能的主要典型礦物粉體材料有沸石、電氣石、蒙脫石、蛭石等。

功能裝飾性涂料不僅為消費者提供了新的產(chǎn)品和消費理念，也拓寬了水性涂料的應用范圍，增大了建筑水性涂料的實用性和產(chǎn)品檔次，提高了水性涂料在建筑裝飾材料中的地位和作用，同時也為涂料生產(chǎn)企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟和社會效益，相應也帶動了上游礦物功能材料加工業(yè)的發(fā)展。

2、水性涂料用典型功能礦物粉體材料品種和作用

2.1沸石

2.1.1沸石的結(jié)構(gòu)

沸石是由硅氧四面體在三維空間呈骨架排列、相連構(gòu)成立體結(jié)構(gòu)的礦物，硅氧四面體中的部分硅可被侶置換，硅、鋁四面體由共用氧搭橋相連形成集合體，不同鋁、硅置換比率和連接方式形成特殊的微孔和通道，構(gòu)成了結(jié)構(gòu)不同、品種繁多的天然或合成沸石礦物（如黨見的A型、X型、Y型、Z型沸石等）；同時，也由于硅、鋁置換，使集合體帶一定量的負電苛；為了保持集合體電苛平衡，在微孔和通道內(nèi)吸附了一定量的NA+、K+、CA2+等金屬離子，但這種吸附離子間的作用力較弱，孔道已吸附離子可被其他更加穩(wěn)定的CU2+、Zn2+、Ag+、C2+、Hg2+等重金屬離子置換，這種置換后的產(chǎn)物為沸石具有抗菌作用打下了基礎(chǔ)。

沸石孔道中離子的吸附和交換受沸石硅鋁比組成、結(jié)晶體構(gòu)造、比表面積、陽離子種類及位置、吸附和交換環(huán)境等因素制約，不同沸石對不同金屬離子間的交換有一定的選擇性和飽和性。以Y型沸石為例，用Li+、K+、Ag+都可以完全取代沸石孔道中的NA+，而用RB+、CS+只能進行部分取代；在交換度大于68%時，Y型沸石對一價陽離子的選擇性交換順序為：Ag+>Na+>K+>Li+等。

2.1.2沸石在水性涂料中的作用

經(jīng)重金屬交換處理后的沸石在水性功能涂料中主要用來做抗菌涂料，其抗

菌原理是利用沸石載體帶入的CU2+、ZN2+AG+、CD2+、Hg2+選擇重金屬離子使細菌微生物機體結(jié)構(gòu)變性，可抵制或殺滅細菌在涂料涂層表面的生長，達到使用抗菌涂料保持涂屋自清潔和使環(huán)境被凈化的目的。由于沸石特殊的微孔結(jié)構(gòu)及所載金屬離子同骨架的選擇性結(jié)合，起抗菌作用的金屬離子在涂料涂刷后能以一定的速率緩慢釋放，達到使涂層具有長期抗菌的作用。用沸石載體制備的抗菌劑具有抗菌廣譜、持久、安全、穩(wěn)定性好等特點，為抗菌涂料批量生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的原料，也促進了抗菌礦物研究的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2．2電氣石

2．2．1電氣石的組成和結(jié)構(gòu)

電氣石是一種同A1、Na、Ｃa、Ｍg、Ｂ和Ｆe等元素組成的含水和氟等的環(huán)狀硅酸鹽晶體礦物，多產(chǎn)于偉晶巖及氣成熱液礦床中，其通過可表示為

XY3Z6SiO18（BO3）W4，式中X=Na、Ca、K，Y=Mg、Fe、Mn、Al、Li，Z=Al、Fe、Cr、Mg，W、OH、F、O等，同時礦物構(gòu)成中也包含一些微量元素，電氣石礦物化學成分非常復雜，被稱為“自然界垃圾桶礦物之一”。根據(jù)富含元素含量，可將電氣石分為鐵電氣石、鎂電氣石、鋰電氣石等，并且某些類型的電氣石之間還存在固熔現(xiàn)象。

由于電氣石結(jié)構(gòu)中六元環(huán)的六個硅氧四面體頂角指向同一方向，使電氣石具有獨特的異級對稱結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生類似于磁鐵磁極的自發(fā)電極，其典型表現(xiàn)為具有熱電性和壓電性，其強度和方向可以被測量和觀察。

2．2．2電氣石在水性涂料中的作用

電氣石的永久電極能使涂料和環(huán)境中的水發(fā)生電離，產(chǎn)生OH-和H+，OH-同水分子結(jié)合形成水合羥基離子OH-（H2O）n(n約為8~10)，即為空氣負離子；水電離產(chǎn)生的H+一種途徑是在電極上形成H2放出。其余部分吸收水分子形成水合氫離子進入空氣中，使體系負離子量高于正離子量。電氣石產(chǎn)生的負離子可吸附空氣中的粉塵、有害氣體（如甲醛、苯、有機等），并使有害物質(zhì)降解，達到凈化空氣、改善環(huán)境質(zhì)量的目的；同時，電氣石的電場也可以強化納米TiO2的光催化效應，增加羥基自由基的產(chǎn)生量，具有擴菌、殺菌和交貨空氣中含有害氣體的雙重作用；此外，電氣石也具有發(fā)射遠紅外線的功能，環(huán)境中適量的遠紅外線可以被除數(shù)人體皮下組織吸收和產(chǎn)生共振，促進人體血液循環(huán)，有利于人體健康，目前市場上起類似作用摻加電氣石的建筑材料和保健紡織等已得到廣泛的應用，作用等到人們的認同。

2．3蒙脫石

2．3．1蒙脫石的結(jié)構(gòu)

蒙脫石是以二個硅氧四面體夾一個鋁氧八面體構(gòu)成單位晶胞、并在二維方向上連接成片在Z軸方向以一定厚度疊加而成的層狀礦物，主要存在于膨潤土、累托石等層狀或混層狀硅酸鹽粘土礦中，能直接或提純后使用。由于蒙脫石晶胞四面體中的硅被鋁、八面體中的鋁被鎂同晶轉(zhuǎn)換，使片層表面具有過剩的負電荷，并通過層間吸附Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子使晶胞電荷平衡，形成了平衡的雙電層構(gòu)。但這種吸附作用力較弱，層間陽離子很容易被其它濃度高、穩(wěn)定性更強的無機或有機陽離子置換，使蒙脫石片層結(jié)構(gòu)能被進一步膨脹、分散、剝離，甚至解離分散為單元片層結(jié)構(gòu)，使分散后的蒙脫石比表面積急劇增大，也使使用體系的凝膠、耐熱等性能發(fā)生較大的改變。

2．3．2蒙脫石在水性涂料中的作用

蒙脫石在水性涂料中能起到不同的作用功能，以水性功能裝飾涂料材料為

例，由于蒙脫石膨脹、解離后比表面積的急劇增大，使蒙脫石的二維薄片具有較強的結(jié)構(gòu)排列有序性，并發(fā)生偏光將就和層間結(jié)晶水對光的干涉效應等，強化了蒙脫石對紫外線的吸收，能作為耐熱性較差的涂料成膜層和顏料屏蔽保護劑，在耐候性外墻涂料配方中已得到較好的應用。

同時，同沸石的抗菌機理類似，蒙脫石所帶的層間離子也能用Cu2+、Zn2+、Ag2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子交換，生成具有緩釋作用的抗菌功能性蒙脫石，但蒙脫石蒙脫石層間交換上的重金屬離子同片層的結(jié)合力較沸石中離子弱，易于游離出來并被除還原，使抗菌功能減弱，并易使體系變色。因此，用蒙脫石做載體具有較好的抗菌作用的抗菌劑一般使用重金屬絡合物的鹽做抗菌離子交換劑，其能有效控制抗菌組分的勻速溶出，這樣改性的蒙脫石也用來制備抗菌涂料。此外由于分散后蒙脫石層而的負電性和邊沿的正電性加強，片層可形成“Z”字型連接的搭接結(jié)構(gòu)，能使分散系的凝膠性能發(fā)生較大變化，經(jīng)特殊處理后甚至可形成很高粘度的無機凝膠體，利用此特性，處理后的蒙脫石在水性涂料中可部分或完全替代價格較高的羧甲基纖維素類有機增稠劑，使體系保持較高的粘度，用其配制的水性涂料具有成本較低的特點。

2．4 蛭石

2．4．1 蛭石的結(jié)構(gòu)

礦物學所指的蛭石是其結(jié)構(gòu)單元層同蒙脫石類似的2：1型層狀礦物，但差別為其硅氧四面體和鋁氧八面體中的硅、鋁分別被更多的鋁、鎂及鐵轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換使晶胞具有更高的層間負電荷，層間能平衡更多的可交換性陽離子和水分子；層間水分子既以氫鍵與結(jié)構(gòu)表面的氧搭橋相聯(lián)，又彼此間以弱的氫鍵相互聯(lián)結(jié)，同時又圍繞層間陽離子形成配位八面體。此外，層間存在的大量水既有利于層間離子的交換，也使蛭石受熱時體積急劇膨脹。

而工業(yè)上通過所指的“蛭石”包括礦物學意義上的蛭石，以及同金云母、黑云母和綠泥石以規(guī)則或不規(guī)則間層結(jié)合的類云母狀硅酸鹽礦物，其共同特征是結(jié)構(gòu)中均含有純礦物蛭石晶層，蛭石的結(jié)構(gòu)和特性使其成為可功能應用的礦物粉體材料品種。

2．4．2 蛭石在水性涂料中的作用

蛭石由于特殊的間層結(jié)構(gòu)，具有保溫、隔熱、隔音、抗菌、耐冷等優(yōu)良性能，已大量用于輕質(zhì)保溫材料。其在水性涂料中的應用則同沸石、蒙脫石的抗菌作用類似，當用Cu2+、Zn2+、Ag2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子與蛭石層間離子交換時，也形成具有緩釋作用的抗菌蛭石。由于蛭石的層間電荷比蒙脫石高，用蛭石制備的抗菌蛭石具有抗菌范圍廣譜、作用持久、制品顏色穩(wěn)定性好、無毒無刺激、成本低等特點。用礦物粉體材料制備的功能性水性涂料研究進展及評價

3．1 水性抗菌涂料研究進展和評價

現(xiàn)以沸石、蒙脫石、蛭石為抗菌成分載體制備的抗菌水性涂料抗菌元素主要集中等特點，并在水性抗菌涂料中部分已得到廣泛應用，但也存在著一些問題，表現(xiàn)在以下方面：

1)抗菌元素的選用問題

雖然現(xiàn)在大部分抗菌劑主要選用銀做抗菌成分，但用銀做抗菌的成本相對較高；同時Ag+的穩(wěn)定性稍差，易被轉(zhuǎn)化為金屬銀使制品變色；Ag+也容易同環(huán)境中大量的帶Cl-的物質(zhì)作用生成喪失活性的AgCl，使體系抗菌性能降低。

對其它抗菌成分的選用問題一直是抗菌劑制備的研究熱點，如鋅系抗菌劑雖然沒有銀系抗菌能力強，但也有較高的搞菌活性，其優(yōu)勢是成本低、制備顏色穩(wěn)定性好。各種抗菌成分的合理使用和有效組合是制備抗菌作用強、穩(wěn)定性好的新型抗菌劑的發(fā)展方向。

2)抗菌載體的特性

目前沸石用的載體多為合成產(chǎn)物，其具有純度高、白度高、離子交換能力強、性質(zhì)穩(wěn)定性好等特點，但由于合成產(chǎn)品成本高也限制了其使用。從天然沸石礦資源中選取性能穩(wěn)定、品質(zhì)好的沸石資源是抗菌涂料行業(yè)的發(fā)展要求。我國有豐富的蒙脫石、蛭石資源，但這些天然礦物的白度與裝飾性涂料的要求有一定的差距，以蒙脫石、蛭石為載體制備的抗菌涂料主要用于深色系列抗菌涂料產(chǎn)品。

3)抗菌劑與涂料其他成分的相容問題

涂料是復雜的多元物質(zhì)復配體系，除量大的成膜物質(zhì)外，其必不可少的助劑還有分散劑、成膜助劑、增稠劑、消泡劑、流平劑、防腐劑pH調(diào)節(jié)劑，添加的抗菌劑應同涂料其它組分有良好的相容性，抗菌組分在體系中的作用狀況以不影響其他的性能為前提。

3．2 保健和凈化水性礦物涂料以添加電氣石的負離子環(huán)保型涂料為代表，是近年來的研究熱點。電氣石由于具有自發(fā)極化效應，其在涂料中使用后能長期向環(huán)境釋放（OH-（H2O）n結(jié)構(gòu)的負離子，而負離子對環(huán)境的凈化和人體的保健作用已得到人們的認可，國內(nèi)市場已有負離子涂料銷售，負離子涂料已成為目前生產(chǎn)企業(yè)失去產(chǎn)品銷售新的突破口。但是，目前負離子涂料的研究和生產(chǎn)中也存在一些問題，表現(xiàn)在以下方面，需要行業(yè)進行技術(shù)規(guī)范和協(xié)作加以完善，以促進這種新型涂料和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（1）無規(guī)范的行業(yè)標準

負離子涂料對環(huán)境和人體的重要凈化和保健作用是由負離子發(fā)生量決定的，但目前由于研究和推廣應用的前沿性，所用的檢測儀器和檢測方法的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性急需規(guī)范、統(tǒng)一，標準化工作應及時配套，以利于規(guī)范評定產(chǎn)品性能的評價，不使“負離子”品牌淪為商家推銷產(chǎn)品的一個賣點。

（2）負離子強化粉體基礎(chǔ)研究進一步完善

由于電氣石結(jié)構(gòu)的復雜性，使不同組成和產(chǎn)地的電氣石負離子發(fā)生量有較大差別，添加負離子發(fā)生劑的產(chǎn)品實際應用效果還遠遠達不到使人明顯感覺“心曠神怡”的程度。國內(nèi)目前在此此研究實力較強的中國建筑材料研究院采用添加納米TiO2、稀土氧化物、稀土復合鹽同電氣石粉體負離子發(fā)生效果，但從其公開的強化粉體配比技術(shù)資料看，稀土氧化物或稀土復合鹽同電氣石的混用比例均較高，有的甚至明確電氣石/稀土氧化物質(zhì)量比為1：2，稀土氧化物配比量已超過電氣石量，經(jīng)過處理的復合粉體報道有較高的負離子發(fā)生量，但資料未報道同樣條件下其所用純稀土、純電氣石的單項檢測結(jié)果，因此，用稀土等復合制備的電氣石復合粉體負離子發(fā)生量指標較高的主要原因值得進一步落實和商榷。

（3）電氣石粉體色澤的局限性

用做負離子發(fā)生劑的電氣石主要為非寶石級，色澤多為黑色或深灰色，而做為內(nèi)墻裝飾用的室內(nèi)涂料色澤一般較淺，使深色的電氣石功能粉體在涂料中的添加量從涂料色澤角度考慮受到較大限制，其在淺色涂料中的使用量很有限，使負離子最佳功能效果發(fā)揮難度較大，因而，淺色、高強負離子粉體研究和應用有較大的市場。

（4）電氣石粉體同涂料組分的相容性

同其它功能涂料配方類似，純電氣石粉體或復合粉體同涂料組分也存在一定的相容性問題，如從粉體自身角度考慮，粒度越小、比表面積越大，負離子釋放效率越高；但超細粉分散在涂料體系中后，一是容易被成膜物質(zhì)完全包裹，減弱其負離子量，二是其遮蓋力較強，使其在淺色體系中的添加量受到更大的制約，負郭發(fā)生量降低；此外，還要考慮電氣石同其他物質(zhì)相互作用的影響問題等。

3．3水性耐候性涂料的研究進展和評價

采用蒙脫石類層狀礦物改性制備的高耐性外墻具有成本低、耐老化性能好、使用方便等特點，據(jù)報道能達到用納米SiO2制備的耐候性外墻涂料的老化指標，并且使用時比納米SiO2易于分散，能以粉劑或漿料形式加入，而成本僅為納米SiO2的1/3，具有較好的市場推廣空間。同時，分散后的蒙脫石具有較高的粘度，也能減少涂料體系中耐候性較差的有機增稠劑的用量，利于涂料生產(chǎn)和施工。但處理后的蒙脫石同納米SiO2相比，由于是直接采用天然粘土礦物加工，礦物的色澤較深，做外墻涂料添加劑使用時雖然不象內(nèi)墻涂料對原料色澤要求那樣窄，但配料時要隨時注意所用礦物色澤的變化，及時調(diào)整涂料配方，以保持涂料色調(diào)和耐老化性能的一致。

同時，在耐候性涂料的研究和生產(chǎn)中，新的品種更加注重賦予涂料多種功能的協(xié)同性，如耐性涂料同時也具有抗菌性，自潔性、抗污染性等，其高抗污染的原理之一是利用涂料的自動分層作用和結(jié)合納米材料在涂料中的應用，制得一次涂裝但面層和底層有不同組成和結(jié)構(gòu)的涂膜，其面層涂層因具有較高的附著力，因而具有較高的抗污染和持久耐候和綜合性能，其研究內(nèi)容和深度具有較大的開拓空間。

4結(jié)語

綜上所述，利用礦物粉體材料制備的沙發(fā)功能涂料具有較好的市場容量和發(fā)展空間也是生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、拓展服務功能、降低產(chǎn)品成本、營造新的經(jīng)濟增長點的必然要求；同時，高品質(zhì)的產(chǎn)品回應了消費者對涂料產(chǎn)品功能的更高需求；水性功能礦物涂料的發(fā)展也將帶動非金屬礦物粉體材料行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，能為礦物加工帶來較好的經(jīng)濟和社會效益。

第二篇：水性涂料的應用及研究進展

九江學院化學與環(huán)境工程學院專科論文

JIU JIANG UNIVERSITY

畢 業(yè) 論 文

題 目 水性涂料的應用及研究進展

英文題目 Application and research progress of Waterborne Coatings

院 系 化學與環(huán)境工程學院 專 業(yè) 精細與化學品生產(chǎn)技術(shù) 姓 名 汪洋 年 級 B1311 指導教師 付小蘭

二零 15 年 11 月

目錄

九江學院化學與環(huán)境工程學院?？普撐?/p>

摘要

低碳環(huán)保是現(xiàn)今社會都在追求潮流，水性涂料及其產(chǎn)品符合低碳環(huán)保的要求所以發(fā)展?jié)摿薮?。與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，水性涂料具有環(huán)保和性能優(yōu)異等特點，成為涂料工業(yè)的發(fā)展主流。隨著環(huán)保概念的普及，環(huán)保涂料已經(jīng)成為家具市場新的選擇，水性涂料將會得到越來越多消費者的認可，但是因其價格、裝飾效果等諸多原因影響，水性涂料未能夠成為市場上的主流產(chǎn)品，而其助劑是水性涂料不可缺少的組分，助劑的產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)展水平也從一個側(cè)面反映涂料產(chǎn)品質(zhì)量和水平。本文分別從概念、發(fā)展歷程、工藝流程、應用、發(fā)展趨勢幾方面對水性涂料進行了說明和總結(jié),同時指出了水性涂料存在的問題，并對我國的水性涂料前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：低碳環(huán)保 ；水性涂料；溶劑涂料；樹脂

九江學院化學與環(huán)境工程學院專科畢業(yè)論文（設(shè)計）水性涂料的簡介

凡是用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，都可稱為水性涂料，又稱水基涂料。水性涂料的組成為水性樹脂、顏填料助劑、中和劑、水等。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。由于水作為分散劑或溶劑，水性涂料存在如下優(yōu)點：（1）節(jié)約資源，消除了施工時的火災危險性，降低了對環(huán)境的污染。（2）在溫表面和潮濕環(huán)境中可直接涂覆施工。（3）電泳涂裝使涂膜均勻、平整、展開性好，具有很好的防護性能。（4）涂裝工具可用水清洗，能大大減少清洗溶劑的消耗[4]。

1.1 水性涂料的發(fā)展歷程

涂料工業(yè)屬于近代工業(yè)，但涂料本身卻有著悠久的歷史。中國是世界上使使用天然樹脂作為成膜物質(zhì)的涂料——大漆最早的國家。早期的畫家使用的礦物顏，是水的懸浮液伙食用水或清蛋白來調(diào)配的，這就是最早的水性涂料。真正懂得使用溶劑，用溶劑來溶解固體的天然樹脂，制得快干的涂料是19世紀中葉才開始的[5]。所以從一定意義上講，溶劑型涂料的使用歷史遠沒有水性涂料那么久遠。最簡單的水性涂料是石灰乳液，大約在一百年前就曾有人計劃向其中加入乳化亞麻仁油進行改良，這恐怕就是最早的乳膠漆。從20世紀30年代中期開始，德國開始把聚乙烯醇作為保護膠的聚醋酸乙烯酯乳液作為涂料展色使用。

到了50年代，純丙烯酸酯乳液在歐洲和美國就已經(jīng)有限售，但是由于價格昂貴，其產(chǎn)量沒有太大增加。進入60年代，在所有發(fā)展的乳狀液中，最為突出的是醋酸乙烯酯-乙烯，醋酸乙烯酯與高級脂肪酸乙烯共聚物也有所發(fā)展，產(chǎn)量有所增加。70年代以來，由于環(huán)境保護法的制定和人們環(huán)境保護意識的加強、各國限制了有機溶劑及有害物質(zhì)的排放，從而使油漆的使用受到種種限制。75%的制造油漆的原料來自石油化工，由于西方工業(yè)國家的經(jīng)濟危機和第三世界國家調(diào)整石油價格所致，在世界范圍內(nèi)，普遍要求解約能源和解約資源?；谏鲜鲈?，水性涂料，特別是乳膠漆，作為代油產(chǎn)品越來越引起人們的重視。水性涂料的制備技術(shù)進步很快，特別是乳液合成技

九江學院化學與環(huán)境工程學院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）

度。但是近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，開放程度的進一步提高，與世界經(jīng)濟的接軌和資源日趨緊張，以及人們對環(huán)保和身體健康的重視，水性涂料在我國已面臨良好的發(fā)展機遇。

1.2 水性涂料生產(chǎn)工藝流程

水性涂料的生產(chǎn)過程就是將各種組分的原材料按一定的順序投入，分散均勻的過程，一般乳膠漆的生產(chǎn)工藝包括3個部分：

1.漿料的制備：首先將水、分散劑、消泡劑、防腐劑等液體物料投入分散罐中，攪拌均勻，在攪拌狀態(tài)下將著色顏料和體質(zhì)顏料依次投入，并加速分散20~40分鐘； 2.水性涂料配制：在調(diào)漆罐中投入乳液，再加入增稠劑、PH調(diào)節(jié)劑、防凍劑、成膜助劑、消泡劑等助劑，攪拌15分鐘左右，至完全均勻后，檢測出料[7]； 3.涂料過濾及產(chǎn)品包裝：在乳膠漆的生產(chǎn)過程中，由于少部分顏（填）料尚未被分散，或因破乳化成顆粒，或有雜質(zhì)存在于涂料中，因此此時的涂料需經(jīng)過濾除去粗顆粒和雜質(zhì)才能獲得質(zhì)量好的產(chǎn)品，可根據(jù)產(chǎn)品的要求不同，選用不同規(guī)格的篩網(wǎng)及不同容器包裝，并做好計量，這樣才能得到最終的產(chǎn)品。

水性涂料配制中的要點：

1.配方材料應盡可能選用分散性好的顏料和超細填充料，從而在穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，取消研磨作業(yè)，簡化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率；

2.在前期分散階段，可預先投入適量HEC，不僅有助于分散，同時防止或減少漿料沾壁現(xiàn)象，改善分散效果；

3.在液體增稠劑加入之前，應盡量用3~5倍水調(diào)稀后，在充分攪拌下緩慢加入，從防局部增稠劑濃度過高使乳液結(jié)團或形成膠束，增稠劑可放在漿料分散后投入到漿料中充分攪拌以免出現(xiàn)上述問題；

4.消泡劑的加入方式一半加到漿料中去，另一半加到配漆過程中，這樣能使消泡效果更好；調(diào)漆過程中，攪拌轉(zhuǎn)速應控制在200~400r/min以防生產(chǎn)過程中引入大量氣泡，影響涂料質(zhì)量。

九江學院化學與環(huán)境工程學院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）

交聯(lián)型，都存在單組分與雙組分兩種體系。水性聚氨脂涂料除具備溶劑型聚氨脂涂料的優(yōu)良性能外，還具有難燃、無毒無污染、易貯運、使用方便等優(yōu)點．

目前，水性聚氨脂涂料的發(fā)展主要還受到原材料、固化劑、封閉劑、交聯(lián)劑等的限制．因此，研制相應的原材料和助劑也是發(fā)展水性聚氨脂涂料的關(guān)鍵．

2.水性環(huán)氧樹脂涂料工業(yè)[16]

水性環(huán)氧樹脂涂料是由雙組份組成：一組份為疏水性環(huán)氧樹脂分散體（乳液）；另一組份為親水性的胺類固化劑，其中的關(guān)鍵在于疏水性環(huán)氧樹脂的乳化．美國一家公司生產(chǎn)一種KNT501水性環(huán)氧-聚酯涂料．該涂料施工方法簡單，可在流水線上作業(yè)，特別適合于大槽浸涂．槽液無結(jié)皮現(xiàn)象、漆膜平整光滑、豐滿度高、具耐鹽霧性，可防護涂飾件的內(nèi)腔腐蝕．水性環(huán)氧樹脂涂料可廣泛地用作高性能涂料、設(shè)備底漆、工業(yè)廠房地板漆、運輸工具底漆、汽車維修底漆、工業(yè)維修面漆等。

九江學院化學與環(huán)境工程學院專科畢業(yè)論文（設(shè)計）

3.3水性金屬防腐涂料[19]

目前，溶劑型金屬防腐涂料仍占重要地位?；诃h(huán)境保護的要求，水性金屬防腐涂料發(fā)展非常迅速。金屬防腐涂料重點在于解決提高面層涂料的耐火和超厚型涂裝。防腐涂料對成膜物有較高的要求，包括化學穩(wěn)定性，漆膜結(jié)構(gòu)，柔韌的機械性能等。要求樹脂對金屬腐蝕的相對指數(shù)盡可能高。美國防腐涂料用樹脂的比例最高是環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂是最重要的防腐涂料基料，防腐效果最理想。環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的用量約占40%。其它樹脂占60%，包括聚氨醋、無機硅和乙烯樹脂等。環(huán)氧樹脂的主要缺點是低溫不固化，不利于低溫施工。聚氨醋樹脂可以低溫固化，性能比較全面，是很有發(fā)展前景的防腐涂料樹脂基料。

3.4水性木器涂料[20]

木器漆從桐油開始，具有長久歷史。后來發(fā)展了樹脂漆。包括聚氨酷漆、硝基漆、酚醛漆和不飽和聚醋漆等。國外水性木器漆研究較早，品種較多。美國威特克公司研制成功一種高固體分水性聚氨醋分散體，用于木質(zhì)地板，高耐磨，含固40%。德國專利報導一種用于木器的含季銨基團的水溶性聚丙烯酸漆，氨基樹脂固化的丙烯酸樹脂木器用水性涂料。歐洲專利報導了作清漆的聚氨酯改性丙烯酸水性分散體。廣州市堅紅化工廠和廣州市涂料研究所開展了木器水性涂料的研制工作，研究了常溫交聯(lián)的，耐候的，防污染的，強附著力的，裝飾性優(yōu)良的各種性能配方。并推出單組分門窗漆，雙組分交鏈型木器清漆和色漆以及地板漆等產(chǎn)品，其光澤，耐高溫、耐水及干燥速度等各項指標均接近國外同類產(chǎn)品水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

1九江學院化學與環(huán)境工程學院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）

參 考 文 獻

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第三篇：淺析水性聚氨酯涂料研究進展論文

隨著人們環(huán)保、能源意識的增強,特別是各國環(huán)保法規(guī)對涂料體系中有機揮發(fā)物(VOC)含量的嚴格限制, 促進了水性涂料為代表的低污染型涂料的發(fā)展。水性涂料是以水為分散介質(zhì)的一類涂料,具有不燃、無毒、不污染環(huán)境、節(jié)省能源和資源等優(yōu)點。水性聚氨酯涂料將聚氨酯涂膜的硬度高、附著力強、耐磨蝕、耐溶劑性好等優(yōu)點與水性涂料的低VO C含量相結(jié)合,且聚氨酯聚合物具有裁剪性,采用分子設(shè)計原理,結(jié)合新的合成和交聯(lián)技術(shù),能有效控制涂膜聚合物的組成和結(jié)構(gòu),使水性聚氨酯涂膜性能相當于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑型涂料,成為發(fā)展最快的涂料品種之一。聚氨酯水分散體涂料

1.1 水性聚氨酯分散體的合成聚氨酯(PU)水分散體的制備多采用聚合物自乳化法,即在聚合物鏈上引入適量的親水基團,在一定條件下自發(fā)分散形成乳液。根據(jù)擴鏈反應不同,自乳化法可分為: 丙酮法、熔融分散法、預聚體分散法和酮亞胺法等,其中丙酮法和預聚體分散法較為成熟。丙酮法的擴鏈反應在均相體系中進行, 易于控制,重復性好,乳液質(zhì)量高,適應性強。但需回收丙酮溶劑,生產(chǎn)效率低、能耗大。預聚體分散法的擴鏈反應在非均相體系中進行,無需使用大量的有機溶劑,可制備有支化度的聚氨酯乳液。近年來聚氨酯水分散體的研究熱點有:(1)以脂肪族異氰酸酯單體為原料,采用預聚物混合工藝,研究軟段多元醇的分子量、親水離子含量和聚氨酯預聚物分子量等對聚氨酯分散體的粒子結(jié)構(gòu)、形態(tài)、穩(wěn)定性和涂膜物理力學性能等的影響,在宏觀物性上探討聚氨酯水分散體的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,在產(chǎn)品開發(fā)與應用方面作了大量工作;(2)系統(tǒng)研究擴鏈劑種類、擴鏈工藝、中和度、介質(zhì)介電常數(shù)等對分散體形態(tài)和結(jié)構(gòu)影響,研究分散體的流體力學行為,并采用熱分析技術(shù),研究分散體涂膜的降解動力學;(3)相繼出現(xiàn)了采用軟段離子化和離子化擴鏈劑等合成分散體的新方法,如魏欣[4 ]等采用含叔胺基聚醚合成系列聚氨酯離聚物, Wei等采用離子化的聚氧乙烯化胺(N PEO)制備以N PEO為內(nèi)乳化劑的聚氨酯水分散體。水性聚氨酯分散體的制備工藝涉及到脲鏈段的生成,有機溶劑的大量消耗,特殊的封端反應, 過量的NCO基含量及特別的反應物(如離子型擴鏈劑),其共同缺點是合成工藝復雜,質(zhì)量可控性差,因此,探索易于控制的水性聚氨酯分散體的合成方法成為該領(lǐng)域的研究熱點。聚氨酯分散體涂料的改性研究

聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳膠膜的耐水性差、耐溶劑性不良、硬度、表面光澤度低等,交聯(lián)改性可以進一步提高聚氨酯水分散體涂料的機械性能和耐化學品性能。首先,通過選用多官能度的合成原材料如多元醇、多元胺擴鏈劑和多異氰酸酯交聯(lián)劑等合成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯分散體。其次,添加內(nèi)交聯(lián)劑,如碳化二亞胺、甲亞胺和氮雜環(huán)丙烷類化合物,在堿性條件下相當穩(wěn)定,在聚氨酯乳液中能穩(wěn)定存在,涂膜在干燥過程中由于水及中和劑的揮發(fā),使得膠膜中的pH值下降,交聯(lián)反應得以進行。另外熱活化交聯(lián)是由封端型異氰酸酯乳液與聚氨酯乳液混合形成穩(wěn)定的單組分乳液,干燥后進行熱處理能使高反應性的N CO基團再生,與聚氨酯分子所含的活性氫基團(如羥基、胺基、脲基、聚酯基)反應形成交聯(lián)的涂膜。自動氧化交聯(lián)的水性聚氨酯,是將含不飽和鍵的植物油或其脂肪酸引入其分子鏈中,由金屬催干劑(如鈷、錳、鋯鹽)來催化自交聯(lián),其原理與自干性醇酸相同。

復合改性也可提高聚氨酯乳液的性能,包括環(huán)氧樹脂、有機硅和丙烯酸酯復合改性。許戈文等通過環(huán)氧改性水性聚氨酯,將環(huán)氧樹脂較高的支化度引入到聚氨酯主鏈上,提高乳液涂膜的附著力、干燥速率、涂膜硬度和耐水性。王武生等采用氨基丙基三乙氧基硅烷與多異氰酸酯反應合成端硅氧烷聚氨酯預聚體,然后分散于水中,依靠硅氧烷水解縮合擴鏈交聯(lián)制備交聯(lián)水分散聚氨酯。研究發(fā)現(xiàn)這種硅氧烷封端的聚氨酯水分散體形成的涂膜具有優(yōu)良的耐水性,其涂膜的硬度、抗拉強度隨硅含量的增加而上升,具有優(yōu)良的力學性能。丙烯酸酯改性聚氨酯乳液(PU A)可將聚氨酯的較高的拉伸強度和沖擊強度、優(yōu)異的柔性和耐磨損性能與丙烯酸樹脂的良好附著力、較低的成本有機地結(jié)合,制備出高固含量、低成本的水性樹脂,降低加工能耗。PUA乳液的制備方法較多,主要包括: 物理共混;合成帶C= C雙鍵的不飽和氨基甲酸酯單體和丙烯酸酯單體共聚;采用PU乳液作種子,進行種子乳液聚合;封端PU 乳液與含羥基的丙烯酸樹脂乳液聚合;也有采用接枝互穿網(wǎng)絡(IPN)進行改性。新型的PUA復合乳液主要集中在有關(guān)PU A的互穿聚合物膠乳、核/殼乳液、超濃乳液、封端型乳液等的合成與性能研究,而該領(lǐng)域具有核殼結(jié)構(gòu)微乳液的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究尤受重視。雙組分水性聚氨酯涂料

雙組分水性聚氨酯涂料由含有活潑異氰酸基團的固化劑組分和含有可與異氰酸基團反應的活潑氫(羥基)的水性多元醇組分組成,分述如下。

2.1 水性多元醇體系

水性雙組分聚氨酯涂料的多元醇體系必須具有分散功能,能將憎水的多異氰酸酯體系很好地分散在水中,使得分散體粒徑足夠小,保證涂膜具有良好的性能。水性雙組分聚氨酯涂料的多元醇有分散體型多元醇(粒徑小于0.08μm)和乳液型多元醇(粒徑在0.08 μm～ 0.5μm之間)。乳液型多元醇的制備采用乳液聚合技術(shù),具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點;乳液型多元醇的分子量較高,對多異氰酸酯固化劑的分散能力較差;為了改善涂膜的外觀,必須采用親水改性的多異氰酸酯固化劑,或采用高剪切力混合設(shè)備。

分散體型多元醇的制備一般是在有機溶劑中合成含有親水離子或非離子鏈段的樹脂,通過相轉(zhuǎn)移將樹脂熔體或溶液分散在水中得到。其優(yōu)點為聚合物的分子量及其分子量分布易于控制。但分散體多元醇粘度較大,其施工固體含量較高,引入的親水單體會降低雙組分涂膜的耐水性。根據(jù)化學結(jié)構(gòu)分散體型多元醇可分為:聚酯分散體多元醇,丙烯酸分散體多元醇和聚氨酯分散體多元醇。丙烯酸分散體多元醇具有較低的分子量,較高的羥基官能度,配制的涂膜交聯(lián)密度較高,具有良好的耐溶劑性、耐化學品性和較好的耐侯性,但涂膜的干燥速度較慢。聚酯分散體多元醇配制的雙組分涂料具有良好的流動性,涂膜光澤較高,適用于配制高光色漆。其缺點是聚酯分子鏈的酯鍵易水解,聚合物鏈易產(chǎn)生斷裂。將丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子鏈上制備聚酯-丙烯酸復合分散體多元醇,可以提高聚酯鏈的耐水解性,該多元醇配制的雙組分涂料將聚酯的軟鏈段和丙烯酸樹脂的硬鏈段結(jié)合在一起,有利于涂膜的硬度和柔韌性保持良好平衡。聚氨酯分散體多元醇配制的雙組分涂料具有優(yōu)異的物理力學性能和耐化學性能,而且可通過調(diào)整氨基甲酸酯鍵的濃度來裁剪涂膜性能。因此,聚氨酯多元醇分散體是理想的雙組分聚氨酯涂料的羥基組分。

2.2 多異氰酸酯體系選擇

用于雙組分水性聚氨酯涂料體系的固化劑有: 親水改性多異氰酸酯固化劑、低粘度多異氰酸酯固化劑和較難與水反應的固化劑。脂肪族異氰酸酯的二聚體和三聚體是聚氨酯涂料常用的固化劑,環(huán)狀的三聚體具有穩(wěn)定的六元環(huán)結(jié)構(gòu)及較高的官能度, 粘度較低,易于分散,具有較好的涂膜性能;縮二脲固化劑由于粘度較高,不易分散,較少直接應用于水性雙組分聚氨酯涂料。為了提高多異氰酸酯固化劑在水中的分散能力,常采用親水基團對其進行改性。適合的親水組分有離子型、非離子型或二者的結(jié)合,這些親水組分與多異氰酸酯具有良好的相容性,作為內(nèi)乳化劑幫助固化劑分散在水相中,降低混合剪切能耗。其缺點在于親水改性消耗了固化劑的部分N CO 基,降低了固化劑的官能度,增加了體系的親水性。第三類固化劑為叔異氰酸酯固化劑 ,如偏四甲基苯基二異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物,其主要特點為固化劑的N CO基與水反應的速度非常慢,可制備無氣泡涂膜,但其玻璃化溫度高,需玻璃化溫度較低和乳化能力較強的多元醇與其配制。

2.3 雙組分水性聚氨酯涂料的成膜

水性雙組分聚氨酯涂料的成膜初期為物理干燥成膜,隨著水分的蒸發(fā),分散體或乳液粒子凝聚, 聚合物鏈相互擴散和反應。影響因素有: 其一,水分的蒸發(fā)量, 蒸發(fā)量越大,物理成膜時間越長,水分的蒸發(fā)量由涂料的施工固含量決定;同時,環(huán)境溫度和濕度影響水分的蒸發(fā)速率。其二,多元醇和固化劑的粘彈性影響粒子的凝聚過程,粘彈性由聚合物的玻璃化溫度、極性、分子量和溶劑或增塑劑含量決定。最后,聚合物粒子之間的排斥力,起穩(wěn)定乳液粒子的作用,乳液粒子相互接觸,必須克服粒子之間的排斥力?；瘜W干燥過程比較復雜,涉及到固化劑的NCO 基與多元醇的羥基、水和穩(wěn)定聚合物粒子的羧基等反應,反應速率取決于施工環(huán)境的溫度、濕度、反應體系中催化劑含量和基團的反應活性等。

水性雙組分聚氨酯涂料體系的固化反應可分為主反應和副反應,以丙烯酸分散體多元醇和親水改性的多異氰酸酯固化劑組成的雙組分水性聚氨酯體系為例,體系含有胺中和劑和羥基功能化的共溶劑,主反應為多元醇與固化劑反應形成氨基甲酸酯聚合物,副反應包括固化劑可能與共溶劑或中和劑的羥基、胺基、多元醇的羧基及水反應,如Fig.1所示。固化劑與水的副反應生成胺和二氧化碳,胺立即與N CO基反應形成脲,隨著水分的蒸發(fā)和涂膜的形成,二氧化碳會溶解在涂膜中或以氣體形式釋放。多元醇的羧基與N CO基的反應生成酰胺,但反應速度較小;胺中和劑脫離涂膜后,羧基可能和羥基反應,該反應極大消除涂料體系的親水性,改善涂膜的耐水性。采用FT-IR光譜或13 C-NMR光譜可以檢測各反應之間的競爭。為了補充副反應消耗的N CO基,常采用過量的多異氰酸酯固化劑以保證涂膜優(yōu)異性能。

施工環(huán)境和固化條件決定主反應和副反應程度。室溫下水分的蒸發(fā)相對較快, 30 min內(nèi)水分在涂膜中的濃度下降到2% ～ 3% ,最終的平衡濃度為1%左右。相對于水分的蒸發(fā)速率,涂膜的N CO基的降低速率較慢,室溫下30min,只有6% 的NCO基參與反應, 24 h后參與反應的N CO基增大到90% , 完全反應需要幾天。環(huán)境溫度對干燥過程有重要作用,室溫固化過程約有60% 的NCO基與水反應形成脲, 而130℃干燥30 min與水反應的N CO基含量降45低到10%。隨著固化溫度升高,生成氨基甲酸酯的含量越多,副反應程度越低。

2.4 水性雙組分聚氨酯體系的缺陷

通常選擇合適的水性多元醇和固化劑配制雙組分水性聚氨酯涂料,其涂膜的光澤、硬度、耐化學性能及耐久性可與溶劑型雙組分相當。但目前許多水性雙組分聚氨酯涂料具有不同的缺陷,有的還嚴重限制了雙組分涂料的應用,Tab.1列出了雙組分水性聚氨酯涂料的缺陷。水性涂料的主要缺陷在于厚膜中易形成氣泡和微泡,這是噴涂過程中空氣殘留在涂膜中引起的。水性雙組分聚氨酯涂料更有可能形成氣泡,因為涂膜形成過程中產(chǎn)生二氧化碳以及隨涂膜粘度的增大二氧化碳會滯留在涂膜中所致;二氧化碳的產(chǎn)生來源于NCO基與涂膜中水分的反應。Nabuurs研究發(fā)現(xiàn),對于丙烯酸乳液多元醇,涂膜中二氧化碳氣泡產(chǎn)生量主要取決于合成丙烯酸乳液的羧基單體類型、N CO /O H及涂膜中水分的含量。采用甲基丙烯酸或丙烯酸單體進行乳液聚合,總有部分羧基單體聚合形成羧酸聚合物溶解在水相中,與固化劑成膜時形成吸濕區(qū),涂膜產(chǎn)生大量的二氧化碳氣泡;而采用丙烯酸U羧乙酯為羧基單體時,羧基單體結(jié)合到聚合物鏈上,涂膜中不存在吸濕區(qū),因此能形成無泡涂膜。當然,二氧化碳氣泡的消除和無缺陷涂膜的形成機理,還有待于進一步研究。水性聚氨酯涂料的應用與展望

高性能與低VO C含量相結(jié)合的水性聚氨酯涂料具有廣闊的應用前景。以脂肪族多異氰酸酯為交聯(lián)劑的新型水性雙組分聚氨酯涂料,涂膜干燥速度快,光澤高,外觀好,具有良好的力學性能,耐化學品性能和耐侯性等, 其VO C含量相當于溶劑型雙組分聚氨酯涂料的20% ,可取代溶劑型雙組分聚氨酯涂料廣泛應用于汽車面漆、汽車修補漆、木器涂料、皮革涂料。此外水性聚氨酯涂料還能應用于塑料涂料、工業(yè)涂料和腐蝕保護涂料,滿足不同的性能要求。

隨著對水性聚氨酯結(jié)構(gòu)、性能、成膜過程的反應機理等進一步研究,結(jié)合新的水性多元醇聚合物的合成技術(shù), 水性聚氨酯涂料將會變得方便施工,涂膜性能易于設(shè)計和優(yōu)化,以滿足特殊用途。水性聚氨酯涂料的研究方向為: 進一步完善和發(fā)展高性能無缺陷水性聚氨酯涂料體系;依靠聚氨酯分子的可裁剪特性,在聚氨酯鏈上引入特殊功能的分子結(jié)構(gòu)如含氟、含硅聚合物鏈,賦予聚氨酯涂膜多功能性;進一步開拓水性聚氨酯涂料的應用領(lǐng)域,如水性雙組分聚氨酯涂料可作為特殊柔軟感涂料,其涂膜表面柔軟無光,具有從橡膠到絲絨觸感,應用于汽車內(nèi)部塑料儀器表面的涂裝。其涂膜具有耐溶劑性、耐化學品性、耐清潔劑擦洗性,涂膜不必很硬,必須具有良好的柔韌性,低溫彈性,對塑料具有良好的附著力。涂膜的耐化學性和柔軟感取決于合適的親水改性多異氰酸酯固化劑與高分子量的聚氨酯分散體和低分子量的聚脂-聚氨酯復合多元醇的復配。

第四篇：年產(chǎn)1200噸汽車用水性納米電泳涂料建議書

大余縣年產(chǎn) 1200噸汽車用水性納米電泳涂料

建設(shè)地點：大余縣新城工業(yè)小區(qū)

項目單位：大余縣項目辦

建設(shè)內(nèi)容：占地面積150畝，新建廠房、倉庫及辦公配套設(shè)施等建筑面積7.5萬平方米，年

產(chǎn)汽車用水性納米電泳涂料1200噸。

建設(shè)條件：本項目的主要原材料為基礎(chǔ)樹脂、交聯(lián)樹脂、中和劑、調(diào)整溶劑、色漿、乳液和

其它助劑所組成等，可從國內(nèi)采購，供應有保證。項目選址在縣新城工業(yè)小區(qū)，小區(qū)基本完成征地拆遷，近期將開工建設(shè)小區(qū)配套基礎(chǔ)設(shè)施。小區(qū)位于323國道

旁，贛韶高速公路新城出口附近，沿高速4小時左右可達廣州、深圳，半小時可

達贛州。贛韶鐵路2009年3月已開工建設(shè)，預計2013年完工，我縣交通十分便

利。項目可安排就業(yè)150人。該項目屬于《國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄》（2011

年）鼓勵類項目，滿足第十一條《石化化工》第7款中“水性木器、工業(yè)、船舶

涂料”政策。同時享受國務院支持贛南等原中央蘇區(qū)振興扶持政策。

項目投資：項目總投資2.2億元，其中固定資產(chǎn)投資1.8億元，流動資金0.4億元。市場預測：水性納米電泳涂料是水性涂料的一種。水性納米電泳涂料由于無鉛、絕緣（不

導電），減少廢水的排放量等特點，其環(huán)保性廣泛被認知。電泳涂裝過程伴

隨電泳、電沉積、電解、電滲等四種化學物理作用的組合，而形成涂膜。最

開始應用于汽車行業(yè)，但隨著各行各業(yè)中金屬表面處理的要求不一樣，水性

納米電泳涂料也廣泛應用于手飾、散熱器、眼鏡、打火機、汽車、摩托車、筷子、機械等。目前市場的年需求量為8萬噸以上，未來幾年隨著汽車及相

關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，每年需求將以20%以上的速度增長，處于供不應求狀態(tài)，因此，本項目市場前景看好。

效益預測：年銷售收入2.8億元，年利潤0.65億元，年稅金0.35億元，投資回收期3.38

年。

合作方式：獨資

前期工作：已編制項目建議書

聯(lián)系方式：聯(lián)系人：趙淑香

電話：0797－8710300

手機：***

地址：大余縣南安鎮(zhèn)金蓮山大道中段

郵編：341500

第五篇：工業(yè)地坪涂料用水性聚氨酯的研究現(xiàn)狀與最新進展（共）

工業(yè)地坪涂料用水性聚氨酯的研究現(xiàn)狀與最新進展

許飛

摘要：簡述了水性聚氨酯地坪涂料的應用現(xiàn)狀，綜述了雙組分水性聚氨酯地坪涂料的水性多元醇組分，指出了水性聚氨酯地坪涂料今后的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:地坪涂料;水性聚氨酯;研究進展

Research status and latest progress of waterborne polyurethane for

industrial floor coatings

XUFei Abstract:The application of waterborne polyurethane(WPU)floor coatings was briefly introduced．The new development of polyols of the two-component WPU floor coatings was summarized．And the Future trends of WPU floor coatings was pointed out．

Keywords:floor coating;waterborne polyurethane;research progress

0引言

地坪涂料指的是應用于水泥基層等非木質(zhì)地面用的涂料，屬于地面涂料的一類。近年來，各種公共場合(如超市、購物中心、體育場館、醫(yī)院手術(shù)室、實驗室、工業(yè)廠房、車間等)對地面裝飾物的要求從清潔、安全、舒適發(fā)展到要具有耐磨、防滑、耐腐蝕、防靜電、耐沾污等功能性，隨著要求的不斷提高，地坪涂料產(chǎn)品逐漸受到市場重視而迅速發(fā)展。地坪涂料按成膜物質(zhì)分類可分為：環(huán)氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、噴涂聚脲彈性體地坪涂料以及其他地坪涂料等，其特征和應用如表 1 所示。

其中，目前市場上用量最大的品種為環(huán)氧地坪涂料，聚氨酯地坪涂料目前所占的比例還較小，但相對環(huán)氧地坪涂料而言，聚氨酯地坪涂料具有的柔韌性、可以調(diào)整和環(huán)保等優(yōu)勢，從而能滿足不同的客戶需求。在歐洲，聚氨酯技術(shù)在地坪涂料體系中已占到 25%份額，因此，聚氨酯地坪涂料在中國具有較大的發(fā)展空間。其在地坪領(lǐng)域所占的份額也將會越來越大。1水性聚氨酯WPU 水性聚氨酯WPU地坪涂料按使用形式可分為單組分和雙組分。1.1單組分水性聚氨酯WPU 單組分水性聚氨酯WPU是PU最早的水性化產(chǎn)物，其具有較高的斷裂伸長率和適當?shù)膹姸龋⒛艹匚锢砀稍?，但是其相對分子質(zhì)量較低，交聯(lián)度不高，與溶劑型雙組分聚氨酯涂料相比，單組分水性聚氨酯地坪涂料的耐化學品性和耐溶劑性不良，涂膜硬度以及表面光澤度均較低，硬度、表面光澤度和鮮艷性都較低，目前僅應用于建筑涂料領(lǐng)域及其它一些使用要求不高的場合?？梢酝ㄟ^交聯(lián)改性來獲得優(yōu)異的力學性能、耐水性、耐溶劑性以及耐老化性，從而滿足地坪涂料的要求。（通過交聯(lián)、復合改性的單組分從一定程度上提升了水性聚氨酯WPU涂料的性能［1］。）1.2雙組分水性聚氨酯WPU 雙組分水性聚氨酯涂料是以水為介質(zhì)，由含—OH 基的水性多元醇(通常稱為 A 組分)和含—NCO 基的多異氰酸酯固化劑組成(通常稱為 B 組分)。水性雙組分聚氨酯涂料與溶劑型雙組分聚氨酯涂料對比見表2。

雙組分水性聚氨酯WPU 地坪涂料按用途分類主要可分為彈性地坪涂料和防滑地坪涂料。為了更好地滿足需求，使水性聚氨酯WPU地坪涂料的性能接近溶劑型雙組分PU地坪涂料，近年來的研究開發(fā)趨向于雙組分交聯(lián)型 WPU 地坪涂料。沈劍平，等［2］研究發(fā)現(xiàn)，只要選材得當，雙組分 WPU 涂料可以實現(xiàn)非常優(yōu)異的綜合性能。用基于多元醇分散體Bayhydrol AXP 2695 和多異氰酸酯 Bayhydur XP2487 /1 研發(fā)的白漆，以 60 kg 的壓力將 40 mm × 40 mm 的冬季防滑胎壓放在涂料樣板上，常溫壓放 1 d 后，在 50 ℃ 下壓放 3 d，發(fā)現(xiàn)其漆膜表面僅留下輕微的印痕，并且可以用乙醇輕易地擦拭干凈。最新的研究表明，某些高交聯(lián)密度的雙組分WPU地坪涂料具有優(yōu)異的抗熱胎痕的性能。另外雙組分水性聚氨酯WPU 自身所具有的易清洗、耐磨性、耐刮擦性、耐化學品等優(yōu)異的性能，在地坪領(lǐng)域應用也十分廣泛。陳凱［3］研究一種雙組分 WPU 地坪涂料，是由硅丙水分散體的 OH 基團和多異氰酸酯 NCO 基團兩組分配制而成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機硅氧烷單體加入量、羥基含量、酸值、固化劑的選擇等對涂膜性能均有顯著的影響。當硅氧烷單體質(zhì)量分數(shù)為 5% ～ 10%、羥基量為 2.8% ～ 3.0%、酸值在 25 ～ 36 mg KOH/g、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 40 ～ 58 ℃ 條件下合成高性能含羥基硅丙樹脂，將其與固化劑配制的地坪涂料涂膜性能最佳;其涂膜堅硬、耐久，具有很好的耐水性、耐蝕性、耐劃傷性和耐擦洗性。

1.2.1雙組分水性聚氨酯地坪涂料的基本原理

多年前，很多人認為雙組分水性聚氨酯涂料是難以實現(xiàn)的。一個重要原因是人們認為多異氰酸酯中的 NCO 基團會與水反應生成聚脲，同時生成 CO2，而難以得到致密的漆膜。但 Bayer 的化學師在實踐中發(fā)現(xiàn)某些多異氰酸酯在水中可以長時間穩(wěn)定存在，在多異氰酸酯液滴與水的界面上會形成一層具有臨時性保護作用的聚脲薄膜，這一薄膜的存在可以較長時間阻止多異氰酸酯與水的進一步反應，從而使雙組分水性聚氨酯涂料技術(shù)可能得以實現(xiàn)。進一步的研究表明，將某一親水改性的 HDI 三聚體分散在水中，經(jīng)過 7 h 后，—NCO 的保留率仍然大于 90%。雙組分水性聚氨酯涂料的成膜機理與一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的區(qū)別，同時與溶劑型聚氨酯涂料的成膜機理也完全不同。圖 1 為雙組分水性聚氨酯涂料的固化成膜示意圖。

由圖1可見，在雙組分水性聚氨酯涂料的成膜過程中，多異氰酸酯在前期并沒有過多的與多元醇或水發(fā)生化學交聯(lián)反應，一直到大部分水分蒸發(fā)后，乳液與固化劑粒子相互接觸并擠壓，此時多元醇中的羥基以及殘余的水開始大量地與固化劑中的—NCO基團發(fā)生化學反應。由此可知，雙組分水性聚氨酯涂料適用期的表現(xiàn)形式與雙組分溶劑型聚氨酯涂料可能是完全不同的。很多時候，雙組分水性涂料體系的黏度變化會一直保持在遠遠低于初始黏度2倍的范圍內(nèi)，這就意味著，在溶劑型涂料中行之有效的通過黏度上升判斷適用期的方法，在雙組分水性聚氨酯體系中是不適用的。實際上，我們需要通過測試漆膜某些性能(如光澤、霧影、硬度、耐化學品性等)的突變點來判斷其適用期。

另一個需要注意的問題是：如何確定雙組分水性聚氨酯涂料中—NCO與—OH的比值。一般來說，多異氰酸酯與多元醇的反應速度比與水反應更快，但兩者仍然具有競爭關(guān)系。為了補償多異氰酸酯和水的副反應而產(chǎn)生的損失，一般使用過量的多異氰酸酯，—NCO/—OH比率會選擇1.5~3.0。通?！狽CO/—OH比例越高，涂膜的耐化學性越好，但干燥時間越長，成本越高。一般情況下，—NCO/—OH的比例控制在1.5左右，這樣就能得到最佳的性價比。

2雙組分聚氨酯地坪涂料的水性化

水性雙組分聚氨酯地坪涂料是由含羥基水性多元醇組分和水性多異氰酸酯固化劑組成，它將雙組分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低 VOC 相結(jié)合，是當前地坪涂料的研究熱點和發(fā)展方向。

2.1 羥基組分的水性化

根據(jù)水性雙組分聚氨酯地坪涂料中使用的含羥基組分在水中的粒子大小和制備方法的不同，可將其分為乳液型丙烯酸多元醇和水分散體型多元醇，它們各具不同的特點。2.1.1 乳液型丙烯酸多元醇

乳液型多元醇是通過乳液聚合而成的具有多種結(jié)構(gòu)的丙烯酸乳液多元醇，其主要特點為［4］：乳液型多元醇的相對分子質(zhì)量大，羥基當量大，配制雙組分涂料所需的異氰酸酯固化劑少，成本低,涂膜干燥速度快。但其對異氰酸酯固化劑的分散能力差，必須使用親水性強的水性異氰酸酯固化劑?？紫迹?］以甲基丙烯酸羥乙酯為羥基單體，結(jié)合即時中和與極性單體分段滴加等方法合成了新型聚丙烯酸酯雜合乳液(PAH)，相較于常規(guī)羥基聚丙烯酸酯乳液(PAE)，PAH 的粒徑分布更寬，平均粒徑更小。以此樹脂與親水改性脂肪族多異氰酸酯固化劑制成的水性雙組分聚氨酯涂料涂膜固化時間短，涂層結(jié)構(gòu)致密平整。史立平，等［6］以自制的核殼型丙烯酸羥基乳液為羥基組分研制雙組分 WPU 地坪涂料，該核殼型丙烯酸羥基乳液的羥基官能團活性高，與親水改性異氰酸酯固化劑反應速度快，提高了綜合性能，制得的雙組分 WPU 地坪涂料已在生產(chǎn)車間、倉庫、戶內(nèi)外籃球場等工程中得到實際涂裝應用并獲得了市場認可。殷武，等［7］采用乳液聚合法，以甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸等為原料，合成了一種具有核殼構(gòu)型的乳液型羥基丙烯酸樹脂。該樹脂可作為羥基組分與親水改性多異氰酸酯固化劑制備雙組分涂料，不僅 VOC 含量低，固含量高，而且所形成涂層的硬度、柔韌性、附著力和耐候性等性能優(yōu)良。即使這樣，得到高光涂膜仍很困難，而且涂膜在室溫下干燥速度快，在化學交聯(lián)前已物理干燥成膜，因而涂膜的物理機械性能和耐化學品性不佳［8-9］。

2.1.2 分散體型多元醇

分散體型多元醇也稱第 2 代水性羥基樹脂。分散體型多元醇按化學結(jié)構(gòu)可分為聚酯多元醇分散體、丙烯酸多元醇分散體、聚氨酯多元醇分散體等。聚氨酯分散體型多元醇的制備方法為先合成聚氨酯預聚體，然后采用含羥基的鏈終止劑進行擴鏈封端。由聚氨酯多元醇分散體配制的水性雙組分聚氨酯地坪涂料具有優(yōu)異的機械性能，如柔韌性和耐磨性，以及優(yōu)異的耐化學品性，但其使用成本較高，在實際中使用較少。［10］。

張旭東，等［11］以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇(N210)為主反應體系，以二羥甲基丙酸(DMPA)為親水擴鏈劑，三羥甲基丙烷(TMP)為交聯(lián)劑合成制備了端 NCO 基聚氨酯預聚體，用二乙醇胺(DEA)封端引入羥基，合成了雙組分 WPU 的聚氨酯多元醇分散體組分。

亞金德 A L，等［12］選用 α，β-二醇與 Guerbet 醇混合后與多異氰酸酯反應合成了聚氨酯多元醇。使用該聚氨酯多元醇制備的雙組分或多組分涂料的罩面涂層的撓曲性強、柔韌性好，可施用于任何底材上，當用于地坪表面涂裝時，可給行人帶來舒適感，且不易開裂。2.1.3丙烯酸多元醇分散體

丙烯酸多元醇分散體是由含羥基丙烯酸單體和丙烯酸（酯）單體在溶劑中通過自由基聚合，中和分散在水中制得的，有時需要脫除部分或全部溶劑。該類分散體的相對分子質(zhì)量較低，羥基官能團含量較高，與水性異氰酸酯固化劑配合制成地坪涂料后，具有較好的流平性，干燥速度慢，涂膜干燥后具有較好的豐滿度和光澤，同時具有良好的物理機械性能和耐化學品性，基本達到溶劑型聚氨酯地坪涂料的性能，這種分散體是目前水性雙組分聚氨酯地坪涂料研究和開發(fā)的熱點。

陳凱［3］選用有機硅氧烷與羥基丙烯酸酯反應，制得了具有核殼結(jié)構(gòu)的含羥基硅丙水分散體，并用該分散體配制了雙組分 WPU 地坪涂料。實驗結(jié)果表明，當硅氧烷單體的質(zhì)量分數(shù)為 5% ～10%，羥基質(zhì)量分數(shù)為2.8% ～3.0%，酸值在25 ～36 mg KOH/g，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 40 ～ 58 ℃條件下，合成的含羥基硅丙樹脂性能較好，將其與脂肪族異氰酸酯固化劑配制的地坪涂料涂膜性能最佳。

前者通過外加乳化劑(離子型或非離子型)對多異氰酸酯進行物理包裹，使其分散在水中，但外加的乳化劑對后期乳液成膜造成了不良影響，目前較少使用。內(nèi)乳化法是采用親水組分對多異氰酸酯進行改性，作為內(nèi)乳化劑，有助于固化劑在水相中的分散。根據(jù)親水組分親水基團的不同，內(nèi)乳化法可分為非離子改性、離子改性、非離子以及離子混合改性 2.2 水性異氰酸酯固化劑

未改性的異氰酸酯在水性雙組分聚氨酯地坪涂料中的應用受到限制，因為它們很難與水性羥基組分混合均勻，兩相間容易分離。要想使異氰酸酯和水性羥基組分的相容性明顯提高，其根本途徑是將異氰酸酯水性化。而親水改性方法通常有外乳化法和內(nèi)乳化法。2.2.1外乳化法

早期使用陽離子型或非離子型外部乳化劑強制乳化使異氰酸酯分散在水中［14］，其乳化劑用量大，分散后粒子較粗、貯存穩(wěn)定性差、涂層的耐化學品性差。目前此法較少使用。2.2.2內(nèi)乳化法

以德國 Bayer 公司對異氰酸酯水性化的研究最為成功。到目前為止，已成功將第 3 代水性異氰酸酯固化劑產(chǎn)品市場化［15］。第 1 代水性異氰酸酯通過用不足量聚醚醇對如 HDI 或 IPDI 三聚體進行部分氨基甲酸酯化，這樣，親水改性的異氰酸酯（如Bayhydur 3100）易于手動乳化于水中，但是這種改性卻導致異氰酸酯平均官能度降低，因而所得的涂膜交聯(lián)密度低，降低了其耐化學品性。第 2 代水性異氰酸酯在第 1 代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過脲基甲酸酯化，提高產(chǎn)品的官能度，產(chǎn)品更疏水，制備的涂膜綜合性能優(yōu)良，其代表產(chǎn)品是

Bayhydur305。第 3 代水性異氰酸酯，采用氨基磺酸鹽改性異氰酸酯，即使體系中含有較少的磺酸鹽基團時，也可在水中很好地分散，產(chǎn)品具有較低的親水性，其代表產(chǎn)品有

BayhydurXP2547、Bayhydur XP2655，可廣泛用于環(huán)境友好型水性雙組分聚氨酯地坪涂料中，涂料的干燥、固化和耐化學品等性能，完全可比擬溶劑型雙組分聚氨酯地坪涂料。

德國 Bayer 公司成功采用丙烯酸多元醇分散體和新研制的第 3 代水性異氰酸酯固化劑配成水性雙組分聚氨酯地坪涂料，對奧運會場館——國家游泳中心的泡泡吧地坪進行了涂裝，涂裝和使用效果受到大家的認可，整個體系近于零 VOC，其環(huán)保性更是完全貼合“綠色奧運”之理念［16］

3展望

隨著人們對性能和環(huán)保要求的不斷提高，聚氨酯涂料地坪涂料的用量和品種得到了發(fā)展。但是WPU 地坪涂料的應用也面臨著新的問題。因此開發(fā)新的具有特殊性能要求的聚氨酯地坪涂料品種(如重防腐、耐高溫蒸汽等)、降低 WPU 地坪涂料的使用成本是當前和今后地坪涂料工作者的主要任務。另外水性雙組分聚氨酯地坪涂料將雙組分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低 VOC 相結(jié)合，也是當前地坪涂料的研究熱點和發(fā)展方向。用丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂等復合改性研究目前也相當成熟，而納米粒子改性 WPU 涂料也已經(jīng)成為研究的熱點[16]。

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