分析一下四類主流水性防腐涂料的研究與發展
作者：常州斯賽
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發布日期：2021-07-19
傳統的工業涂料含有大量的有機溶劑，溶劑在施工和干燥的過程中大都揮發出來，這不僅嚴重污染了環境和危害了人類健康，同時還對資源造成浪費。據資料顯示，鋼鐵制品及其設施在涂裝過程中揮發掉的VOC總量約占全球VOC總量的20%～25%，已經成為大氣的主要污染源之一。 所以，以水性涂料替代溶劑型涂料應用于工業防腐涂裝，對我國構建和諧社會和實現經濟的可 持續發展有著非常重要的現實意義。
水性無機富鋅涂料一般分為自固化無機富鋅和后固化無機富鋅兩類。目前市場上廣泛使用的是水性自固化無機富鋅涂料。水性無機富鋅涂料主要以無機硅酸鹽水溶液為基料，以鋅粉為防腐顏料，為改進水性無機富鋅涂料的施工成膜性、耐腐蝕性，需適當加入相應助劑，如流平劑、緩蝕劑等。
水性無機富鋅防腐涂料主要有以下特點：
(1)干燥速度快，在20℃和75%的相對濕度下，約1h達指觸干。
(2)涂層具有良好的導靜電性和優良的焊接性能。
(3)優異的抗腐蝕性，長期抵抗pH為5.5～10.5范圍內的化學腐蝕；在海洋大氣環境條件下，水性無機富鋅涂料的使用年限可達25a。
(4)可長期耐400℃高溫。
(5)清潔環保，以水為稀釋劑和清洗劑，揮發性有機物低，對環境友好。
(6)水性無機富鋅涂料也其不足之處，主要表現在干膜中含有大量鋅粉，造成了涂層的多孔性；對基材的處理要求較高且漆膜較脆；施工與固化受環境溫度、濕度影響較大。
水性無機富鋅涂料適用于海洋大氣、高溫等各種環境下的鋼結構如海洋平臺、船舶、集裝箱、大型鋼鐵構件、輸油管線、各種化學貯槽內襯的長效防腐。
水性環氧涂料
水性環氧涂料主要是水分散型環氧涂料，由疏水性的環氧樹脂和親水性的固化劑兩個組分構成。
成膜的過程分為兩個階段：一是水的揮發，達到表干；二是環氧樹脂與固化劑的聚合交聯過程。水性環氧涂料本身含有水分，可與潮濕底材表面的水分共同成為水性環氧涂料的組成部分。
水性環氧涂料體系具有如下特點：
(1)在鋼材、混凝土、鋁材等基材的表面具有出色的附著力，涂膜具有硬度高、耐磨性好、耐腐蝕性和優異的耐化學藥品性等特點。
(2)揮發性有機物含量低，不會造成空氣污染，其以水作為分散介質，價格低廉、無氣味、不燃、儲存、運輸和使用過程中安全性大大提高。
(3)快干，在20℃和75%相對濕度下，一般2h就可達指觸干，最低固化溫度為15℃。
(4)但其耐化學品性能仍較溶液劑型環氧涂料略差，使用壽命也要比一般溶劑型環氧涂料短。
現已商品化的水性環氧防腐涂料主要有：水性環氧鐵紅底漆、水性環氧磷酸鋅底漆、水性環氧富鋅底漆和水性環氧云鐵中間漆。
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為基料，用水作分散劑，再加顏填料、助劑等配制成，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，它根據樹脂在水中狀態分為水乳性、水溶膠和水溶性丙烯酸涂料。由于丙烯酸聚合物水分散體的相對分子質量比溶劑型聚合物的相對分子質量大，所以在干燥后可獲得更加堅硬的漆膜。這種樹脂呈長鏈的三維網狀形態，通過選擇不同的單體和單體比例，可滿足不同的使用要求。
水性丙烯酸防腐涂料體系具有如下特點：
(1)水性丙烯酸面漆具有很好的耐候性能、耐紫外線、耐水、不泛黃。在45min后可達硬干，2h后即能重涂，能在低至5℃時使用。
(2)水性丙烯酸面漆可與水性環氧或丙烯酸底漆、中涂漆相配套，也可用于溶劑型涂層上面，形成復合型涂料體系。
(3)防腐蝕性優良，保光保色性優良，以水為稀釋劑和清洗劑，不燃且安全。
(4)水性丙烯酸樹脂涂料同時也存在硬度大、耐溶劑性能差等問題。
水性丙烯酸防腐涂料能制成有光和半光型，可作為底漆、面漆和用于混凝土表面的封閉漆。可在鋼材、混凝土等基材表面施工，涂層具有良好的附著力、耐候性、耐低溫性、保光保色等特點。水性丙烯酸樹脂涂料用途廣泛，可用于建筑業、汽車等多種領域，已成為防腐涂料中的一大體系。
水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料，用水、顏料、助劑等配制而成。水性聚氨酯樹脂按粒徑和外觀分可分為聚氨酯水溶液(粒徑<0.001μm，外觀透明)、聚氨酯水分散體(粒徑：0.001-0.1μm，外觀半透明)、聚氨酯乳液(粒徑>0.1μm，外觀白濁)水溶型三種。
根據合成單體不同水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。依照選用的二異氰酸酯的不同，水性聚氨酯又可分為芳香族和脂肪族，或具體分為TDI 型、HDI型、MDI型等等。水性聚氨酯整個合成過程可分為兩個階段。第一階段為預逐步聚合，即由低聚物二醇、擴鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成相對分子質量為1000量級的水性聚氨酯預聚體；第二階段為中和后預聚體在水中的分散。
水性聚氨酯防腐涂料具有以下特點：
(1)粒徑小于0.1nm，具有較好的分散穩定性。
(2)生產成本低、安全不燃燒、不污染環境、不易損傷被涂飾表面、易操作和改性。
(3)對木材、纖維板、塑料薄膜、金屬、玻璃和皮革等均有良好的粘附性。
(4)水性聚氨酯涂料現在還存在著成膜時間長，涂料中存在親水基團引起的漆膜耐水性差，漆膜易產生氣泡，原材料成本較高等缺點。
水性聚氨酯防腐涂料的應用主要用做防腐面漆，廣泛用于鐵路機車、橋梁、汽車、木器家具、建筑裝飾等的涂裝。隨著環境保護、人體健康和對涂料質量要求的不斷提高，綜合運用多種改性方式和開發新的改性方法成為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、抗靜電和抗菌等性能也將成為今后研究的新方向。
發展水性涂料不僅可以緩解對石油資源的消耗，而且可以大幅度的降低VOC的排放量，這在環境日益惡化和石油資源日趨緊的今天具有非常重要的經濟和社會意義。
水性涂料是用水作溶劑或者作分散介質的涂料。它具有無毒，無味，資源豐富等特點，可以大大減少涂料中有機溶劑揮發對大氣造成的污染，并且以水作為溶劑，可提高涂料在儲存、運輸和施工過程中的安全性。目前，水性防腐涂料已經成功應用于建筑裝飾、汽車制造、船舶和集裝箱制造、鐵路機車、航空航天、交通橋梁及木器涂裝等。水性防腐涂料主要包括水性無機富鋅涂料、水性環氧涂料、水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料四大類。
水性無機富鋅涂料一般分為自固化無機富鋅和后固化無機富鋅兩類。目前市場上廣泛使用的是水性自固化無機富鋅涂料。水性無機富鋅涂料主要以無機硅酸鹽水溶液為基料，以鋅粉為防腐顏料，為改進水性無機富鋅涂料的施工成膜性、耐腐蝕性，需適當加入相應助劑，如流平劑、緩蝕劑等。
水性無機富鋅防腐涂料主要有以下特點：
(1)干燥速度快，在20℃和75%的相對濕度下，約1h達指觸干。
(2)涂層具有良好的導靜電性和優良的焊接性能。
(3)優異的抗腐蝕性，長期抵抗pH為5.5～10.5范圍內的化學腐蝕；在海洋大氣環境條件下，水性無機富鋅涂料的使用年限可達25a。
(4)可長期耐400℃高溫。
(5)清潔環保，以水為稀釋劑和清洗劑，揮發性有機物低，對環境友好。
(6)水性無機富鋅涂料也其不足之處，主要表現在干膜中含有大量鋅粉，造成了涂層的多孔性；對基材的處理要求較高且漆膜較脆；施工與固化受環境溫度、濕度影響較大。
水性無機富鋅涂料適用于海洋大氣、高溫等各種環境下的鋼結構如海洋平臺、船舶、集裝箱、大型鋼鐵構件、輸油管線、各種化學貯槽內襯的長效防腐。
水性環氧涂料
水性環氧涂料主要是水分散型環氧涂料，由疏水性的環氧樹脂和親水性的固化劑兩個組分構成。
成膜的過程分為兩個階段：一是水的揮發，達到表干；二是環氧樹脂與固化劑的聚合交聯過程。水性環氧涂料本身含有水分，可與潮濕底材表面的水分共同成為水性環氧涂料的組成部分。
水性環氧涂料體系具有如下特點：
(1)在鋼材、混凝土、鋁材等基材的表面具有出色的附著力，涂膜具有硬度高、耐磨性好、耐腐蝕性和優異的耐化學藥品性等特點。
(2)揮發性有機物含量低，不會造成空氣污染，其以水作為分散介質，價格低廉、無氣味、不燃、儲存、運輸和使用過程中安全性大大提高。
(3)快干，在20℃和75%相對濕度下，一般2h就可達指觸干，最低固化溫度為15℃。
(4)但其耐化學品性能仍較溶液劑型環氧涂料略差，使用壽命也要比一般溶劑型環氧涂料短。
現已商品化的水性環氧防腐涂料主要有：水性環氧鐵紅底漆、水性環氧磷酸鋅底漆、水性環氧富鋅底漆和水性環氧云鐵中間漆。
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為基料，用水作分散劑，再加顏填料、助劑等配制成，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，它根據樹脂在水中狀態分為水乳性、水溶膠和水溶性丙烯酸涂料。由于丙烯酸聚合物水分散體的相對分子質量比溶劑型聚合物的相對分子質量大，所以在干燥后可獲得更加堅硬的漆膜。這種樹脂呈長鏈的三維網狀形態，通過選擇不同的單體和單體比例，可滿足不同的使用要求。
水性丙烯酸防腐涂料體系具有如下特點：
(1)水性丙烯酸面漆具有很好的耐候性能、耐紫外線、耐水、不泛黃。在45min后可達硬干，2h后即能重涂，能在低至5℃時使用。
(2)水性丙烯酸面漆可與水性環氧或丙烯酸底漆、中涂漆相配套，也可用于溶劑型涂層上面，形成復合型涂料體系。
(3)防腐蝕性優良，保光保色性優良，以水為稀釋劑和清洗劑，不燃且安全。
(4)水性丙烯酸樹脂涂料同時也存在硬度大、耐溶劑性能差等問題。
水性丙烯酸防腐涂料能制成有光和半光型，可作為底漆、面漆和用于混凝土表面的封閉漆。可在鋼材、混凝土等基材表面施工，涂層具有良好的附著力、耐候性、耐低溫性、保光保色等特點。水性丙烯酸樹脂涂料用途廣泛，可用于建筑業、汽車等多種領域，已成為防腐涂料中的一大體系。
水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料，用水、顏料、助劑等配制而成。水性聚氨酯樹脂按粒徑和外觀分可分為聚氨酯水溶液(粒徑<0.001μm，外觀透明)、聚氨酯水分散體(粒徑：0.001-0.1μm，外觀半透明)、聚氨酯乳液(粒徑>0.1μm，外觀白濁)水溶型三種。
根據合成單體不同水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。依照選用的二異氰酸酯的不同，水性聚氨酯又可分為芳香族和脂肪族，或具體分為TDI 型、HDI型、MDI型等等。水性聚氨酯整個合成過程可分為兩個階段。第一階段為預逐步聚合，即由低聚物二醇、擴鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成相對分子質量為1000量級的水性聚氨酯預聚體；第二階段為中和后預聚體在水中的分散。
水性聚氨酯防腐涂料具有以下特點：
(1)粒徑小于0.1nm，具有較好的分散穩定性。
(2)生產成本低、安全不燃燒、不污染環境、不易損傷被涂飾表面、易操作和改性。
(3)對木材、纖維板、塑料薄膜、金屬、玻璃和皮革等均有良好的粘附性。
(4)水性聚氨酯涂料現在還存在著成膜時間長，涂料中存在親水基團引起的漆膜耐水性差，漆膜易產生氣泡，原材料成本較高等缺點。
水性聚氨酯防腐涂料的應用主要用做防腐面漆，廣泛用于鐵路機車、橋梁、汽車、木器家具、建筑裝飾等的涂裝。隨著環境保護、人體健康和對涂料質量要求的不斷提高，綜合運用多種改性方式和開發新的改性方法成為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、抗靜電和抗菌等性能也將成為今后研究的新方向。
發展水性涂料不僅可以緩解對石油資源的消耗，而且可以大幅度的降低VOC的排放量，這在環境日益惡化和石油資源日趨緊的今天具有非常重要的經濟和社會意義。
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