中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近年來(lái)，水性涂料憑借其綠色、低碳、高性能、廣泛適用等諸多優(yōu)點(diǎn)受到了消費(fèi)者的青睞，正在逐漸取代傳統(tǒng)涂料的主導(dǎo)地位。目前，我國(guó)環(huán)保型水性涂料已經(jīng)呈現(xiàn)出“四足鼎立”的局面——水性無(wú)機(jī)富鋅涂料、水性環(huán)氧涂料、水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料。

1水性涂料的“優(yōu)”與“劣”

1.1水性無(wú)機(jī)富鋅涂料

水性無(wú)機(jī)富鋅涂料由基料、顏填料、助劑3部分組成。水性無(wú)機(jī)富鋅涂料在安全環(huán)保、耐高溫、耐化學(xué)品及長(zhǎng)效防腐方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)，但是其機(jī)械性能差、易開(kāi)裂脫落、對(duì)基材要求高等缺點(diǎn)也十分顯著。

1.2水性環(huán)氧涂料

該涂料利用水或者其他介質(zhì)作為溶劑，因具有較高的金屬附著性、粘結(jié)性能，且化學(xué)性能穩(wěn)定，在使用過(guò)程中無(wú)揮發(fā)性有機(jī)溶劑，成為各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)。

但是該類涂料現(xiàn)在也存在一些弊端，例如：在固化成膜之后，由于涂膜內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，涂膜質(zhì)地較脆，而且耐腐蝕性較差。這是由于顏料、助劑等原料與水的相容性較差，造成水性環(huán)氧涂料分散性不均勻，這也是水性涂料的一大通病。

1.3水性丙烯酸涂料

該類涂料主要是丙烯酸酯類樹脂配合助劑、顏料等物質(zhì)制備而成。它具有耐酸堿、安全環(huán)保、廉價(jià)、防腐蝕等優(yōu)勢(shì)，在汽車、家具、建材等領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。

但是水性丙烯酸樹脂的成膜機(jī)理較為復(fù)雜，在改性過(guò)程中常出現(xiàn)團(tuán)聚等一系列的問(wèn)題，在改性過(guò)程中需要進(jìn)行一些成膜機(jī)理的探索。

1.4水性聚氨酯涂料

該類涂料具有安全、環(huán)保、高硬度、耐磨損、易清理等眾多優(yōu)異性能。但水性聚氨酯涂料也存在成膜所用的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)周圍環(huán)境要求較高，不易于存儲(chǔ)等問(wèn)題，致使其存在應(yīng)用范圍相對(duì)狹窄，大規(guī)模應(yīng)用程度較低的問(wèn)題。

2填料“填補(bǔ)”水性涂料短板

2.1非金屬礦物填料

體質(zhì)顏料又稱為填料，包括許多化合物，主要是鋇、鈣、鎂或鋁的鹽類，硅或鋁的氧化物，或從前兩類物質(zhì)衍生的雙鹽類，在涂料中具有廣泛的用途。這些填料有兩種通性，一是折射率低，二是顏色為白色或近乎白色。

填料的物化性能

在涂料工業(yè)中，填料主要起到兩個(gè)方面的作用。一是起到骨架與填充作用，減少樹脂用量，降低生產(chǎn)成本。二是能夠改善涂料的施工性能，例如：提高涂料施工的流動(dòng)與流平性，提高產(chǎn)品的貯存性，提高涂料的涂膜質(zhì)量，以及提高涂膜的硬度、機(jī)械強(qiáng)度、遮蓋力、耐候性、耐水性、耐溶劑性、抗彎曲性、阻燃性、抗劃痕性和抗龜裂性等。

Liu等在超聲催化的條件下，利用磷化殼聚糖(PCS)改性蒙脫土，得到了PMT(有機(jī)改性剝離蒙脫石)，將PMT添加到含有AHP(次磷酸鋁)的聚氨酯涂料中。結(jié)果表明，AHP含量為9%和PMT含量為1%的聚氨酯涂料阻燃性能良好。

2.2納米碳材料

以碳作為主要構(gòu)成元素的碳材料具有質(zhì)量輕、硬度高、耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。例如，石墨烯、納米碳管、納米炭黑及納米碳化物等。

納米碳材料優(yōu)異的穩(wěn)定性、高力學(xué)性能、耐腐蝕性能等可以在水性涂料中得到很好的發(fā)揮。

納米碳材料改性水性涂料工藝流程簡(jiǎn)圖

Lee等用聚乙二醇(PEG)與酸化碳納米管（MWCNTs）表面的羧基通過(guò)酯化反應(yīng)，在其表面接枝了PEG鏈段，其在PU基體中分散性良好。這些是由于通過(guò)化學(xué)反應(yīng)處理納米顆粒，改變粒子表面的結(jié)構(gòu)并在其表面嫁接特殊的官能團(tuán)，使碳材料具有親水性，最終達(dá)到讓碳材料在水性涂料中穩(wěn)定分散的目的，形成高品質(zhì)的納米粒子改性涂層。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，納米碳材料在水性涂料中的分散性是影響其性能的主要因素，這是現(xiàn)階段研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

3水性涂料研究及發(fā)展方向

納米碳材料方面，總整體而言，簡(jiǎn)單、易操作、可大規(guī)模生產(chǎn)的改性方法，是未來(lái)納米碳材料改性水性涂料的主要趨勢(shì)。涂料行業(yè)“十四五”規(guī)劃中，對(duì)水性工業(yè)涂料的研究有明確方向指引。包括防腐、汽車、船舶、木器、鋼結(jié)構(gòu)等水性工業(yè)涂料的科學(xué)技術(shù)研究，內(nèi)容有水性涂料的抗性與成膜物結(jié)構(gòu)關(guān)系、成膜機(jī)理、顏料分散機(jī)理、涂膜流動(dòng)及流平等機(jī)理。

此外，還要特別關(guān)注有助于提高水性涂料性能的機(jī)理，如水性防腐涂料的防閃銹、提高早期耐水性機(jī)理，水性木器涂料的防漲筋機(jī)理，水性汽車涂料實(shí)現(xiàn)緊湊涂裝工藝的機(jī)理。

傳統(tǒng)顏填料方面，涂料行業(yè)“十四五”規(guī)劃中提出，鈦白粉、氧化鐵系顏料重點(diǎn)是通過(guò)新型制造技術(shù)或重大技術(shù)改進(jìn)提高其耐候性、分散性，并且減少制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染。

寫在最后

涂料對(duì)填料的搭配最終是根據(jù)需求選擇的，傳統(tǒng)非金屬材料方面，有多元化，低成本、綠色環(huán)保、材料來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)。碳材料方面，隨著對(duì)納米碳材料的不斷研究，利用納米碳材料優(yōu)異的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，在高耐熱涂料、超導(dǎo)涂料、防腐涂料、超耐磨涂料等領(lǐng)域?qū)⒕哂蟹浅４蟮膽?yīng)用前景和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

參考來(lái)源：

孫英純，納米碳材料對(duì)水性涂料的改性研究現(xiàn)狀，南京林業(yè)大學(xué)

中國(guó)涂料行業(yè)“十四五”規(guī)劃(二)，中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)

司政凱，等：環(huán)保型水性涂料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，河南興安新型建筑材料有限公司