四类主流水性防腐涂料的研究与发展

传统的工业涂料含有大量的有机溶剂，溶剂在施工和干燥的过程中大都挥发出来，这不仅严重污染了环境和危害了人类健康，同时还对资源造成的极大浪费。据资料显示，钢铁制品及其设施在涂装过程中挥发掉的VOC总量约占全球VOC总量的20%～25%，已经成为大气的主要污染源之一。 所以，以水性涂料替代溶剂型涂料应用于工业防腐涂装，对我国构建和谐社会和实现经济的可持续发展有着非常重要的现实意义。

    水性涂料是用水作溶剂或者作分散介质的涂料。它具有无毒，无味，价格低廉，资源丰富等特点，可以大大减少涂料中有机溶剂挥发对大气造成的污染，并且以水作为溶剂，可极大的提高涂料在储存、运输和施工过程中的安全性。目前，水性防腐涂料已经成功应用于建筑装饰、汽车制造、船舶和集装箱制造、铁路机车、航空航天、交通桥梁及木器涂装等。

    水性防腐涂料主要包括水性无机富锌涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料四大类。

    1 水性无机富锌涂料

    水性无机富锌涂料一般分为自固化无机富锌和后固化无机富锌两类。目前市场上广泛使用的是水性自固化无机富锌涂料。水性无机富锌涂料主要以无机硅酸盐（包括Li4SiO4、Na4SiO4、K4SiO4、（NH4）4SiO4等）水溶液为基料，以锌粉为防腐颜料，为改进水性无机富锌涂料的施工成膜性、耐腐蚀性，需适当加入相应助剂，如流平剂、缓蚀剂等。

    水性无机富锌防腐涂料主要有以下特点：

    （1）干燥速度快，在20℃和75%的相对湿度下，约1h达指触干。

    （2）涂层具有良好的导静电性和优良的焊接性能。

    （3）优异的抗腐蚀性，长期抵抗pH为5.5～10.5范围内的化学腐蚀；在海洋大气环境条件下，水性无机富锌涂料的使用年限可达25a。

    （4）可长期耐400℃高温。

    （5）清洁环保，以水为稀释剂和清洗剂，挥发性有机物为0，对环境友好。

    （6）水性无机富锌涂料也其不足之处，主要表现在干膜中含有大量锌粉，造成了涂层的多孔性；对基材的处理要求较高且漆膜较脆；施工与固化受环境温度、湿度影响较大。

    水性无机富锌涂料适用于海洋大气、高温等各种环境下的钢结构如海洋平台、船舶、集装箱、大型钢铁构件、输油管线、各种化学贮槽内衬的长效防腐。

    2 水性环氧涂料

    水性环氧涂料主要是水分散型环氧涂料，由疏水性的环氧树脂和亲水性的固化剂两个组分构成。

    成膜的过程分为两个阶段：一是水的挥发，达到表干；二是环氧树脂与固化剂的聚合交联过程。水性环氧涂料本身含有水分，可与潮湿底材表面的水分共同成为水性环氧涂料的组成部分。

    水性环氧涂料体系具有如下特点：

    （1）在钢材、混凝土、铝材等基材的表面具有出色的附着力，涂膜具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性和优异的耐化学药品性等特点。

    （2）挥发性有机物含量低，不会造成空气污染，其以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃、储存、运输和使用过程中安全性大大提高。

    （3）快干，在20℃和75%相对湿度下，一般2h就可达指触干，最低固化温度为15℃。

    （4）但其耐化学品性能仍较溶液剂型环氧涂料略差，使用寿命也要比一般溶剂型环氧涂料短。

    现已商品化的水性环氧防腐涂料主要有：

    水性环氧铁红底漆、水性环氧磷酸锌底漆、水性环氧富锌底漆和水性环氧云铁中间漆。

    3 水性丙烯酸涂料

    水性丙烯酸涂料是指主要以丙烯酸共聚物为基料，用水作分散剂，再加颜填料、助剂等配制成，丙烯酸共聚物由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸合成，它根据树脂在水中状态分为水乳性、水溶胶和水溶性丙烯酸涂料。由于丙烯酸聚合物水分散体的相对分子质量比溶剂型聚合物的相对分子质量大，所以在干燥后可获得更加坚硬的漆膜。这种树脂呈长链的三维网状形态，通过选择不同的单体和单体比例，可满足不同的使用要求。

     水性丙烯酸防腐涂料体系具有如下特点：

    （1）水性丙烯酸面漆具有很好的耐候性能、耐紫外线、耐水、不泛黄。在45min后可达硬干，2h后即能重涂，能在低至5℃时使用。

    （2）水性丙烯酸面漆可与水性环氧或丙烯酸底漆、中涂漆相配套，也可用于溶剂型涂层上面，形成复合型涂料体系。

    （3）防腐蚀性优良，保光保色性优良，以水为稀释剂和清洗剂，不燃且安全。

    （4）水性丙烯酸树脂涂料同时也存在硬度大、耐溶剂性能差等问题。

    水性丙烯酸防腐涂料能制成有光和半光型，可作为底漆、面漆和用于混凝土表面的封闭漆。可在钢材、混凝土等基材表面施工，涂层具有良好的附着力、耐候性、耐低温性、保光保色等特点。水性丙烯酸树脂涂料用途广泛，可用于建筑业、汽车等多种领域，已成为防腐涂料中的一大体系。

    4 水性聚氨酯涂料

    水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料，用水、颜料、助剂等配制而成。水性聚氨酯树脂按粒径和外观分可分为聚氨酯水溶液（粒径<0.001μm，外观透明）、聚氨酯水分散体（粒径：0.001-0.1μm，外观半透明）、聚氨酯乳液（粒径>0.1μm，外观白浊）水溶型三种。

    根据合成单体不同水性聚氨酯可分为聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。依照选用的二异氰酸酯的不同，水性聚氨酯又可分为芳香族和脂肪族，或具体分为TDI 型、HDI型、MDI型等等。水性聚氨酯整个合成过程可分为两个阶段。第一阶段为预逐步聚合，即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液逐步聚合生成相对分子质量为1000量级的水性聚氨酯预聚体；第二阶段为中和后预聚体在水中的分散。

    水性聚氨酯防腐涂料具有以下特点：

    （1）粒径小于0.1nm，具有较好的分散稳定性。

    （2）生产成本低、安全不燃烧、不污染环境、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性。

    （3）对木材、纤维板、塑料薄膜、金属、玻璃和皮革等均有良好的粘附性。

    （4）水性聚氨酯涂料现在还存在着成膜时间长，涂料中存在亲水基团引起的漆膜耐水性差，漆膜易产生气泡，原材料成本较高等缺点。

    水性聚氨酯防腐涂料的应用主要用做防腐面漆，广泛用于铁路机车、桥梁、汽车、木器家具、建筑装饰等的涂装。随着环境保护、人体健康和对涂料质量要求的不断提高，综合运用多种改性方式和开发新的改性方法成为水性聚氨酯涂料研究的主要方向。此外，如何提高水性聚氨酯涂料的耐水、抗静电和抗菌等性能也将成为今后研究的新方向。

    发展水性涂料不仅可以极大的缓解对石油资源的消耗，而且可以大幅度的降低VOC的排放量，这在环境日益恶化和石油资源日趋紧的今天具有非常重要的经济和社会意义。

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