刘可凡 马源 张乾康 熊昕宇 张柯

摘要：随着工业的发展，涂料因具有防腐、防潮、耐热、耐寒等特点在工业生产领域中的地位逐步提高。然而以往的有机溶剂型涂料会造成VOC（有机成分挥发物）的大量排放，对环境造成严重破坏。水性涂料作为一种新型涂料，从生产到使用的每一个环节都不会对环境造成污染，因此受到许多研究者的青睐。本文综述了四种常用的水性涂料、水性涂料的优势、挑战和总结及展望。

关键词：水性涂料；技术应用；优势及挑战；前景展望

19世纪中，随着合成树脂化学工业的发展，建筑涂料进入了合成树脂涂料时期[1]。然而，这类有机溶剂型涂料大多容易造成VOC的大量排放，不仅污染环境，还会影响人们的健康。

大多数国家都对涂料的VOC排放量有着严格的规定。我国在2001年，针对挥发性有机化合物、甲苯和二甲苯总和、可溶性镉等10 种室内装饰装修材料有害物质，制定了强制性的安全标准以及排放限量[2]。

有机溶剂型涂料中的分散介质是VOC大量排放的重要原因之一，而水性涂料的溶剂或分散介质以水为主，这大大降低了VOC的排放量。是以，研究水性涂料既符合持续发展观，又是人们所迫切需要的。

本文从水性涂料基料的分类、优势及挑战等方面，综述了水性涂料的发展状况，并且根据其面临的挑战规划了对水性涂料的研究方向。

1.水性涂料分类

依照基料的种类，我们将水性涂料分为以下四种。

1.1.环氧树脂

环氧树脂具有良好的附着力，耐腐蚀、耐老化、硬度高并且热稳定性好等优良性质，却也有耐水性差、寿命较短的缺陷。固化剂使环氧树脂交联成膜，固化剂的性能对涂膜性能影响很大，因此当前的研究主要是对其固化剂的改良[3]。

1.2.聚氨酯

聚氨酯有单、双组分水性聚氨酯之分，它们都含有许多极性基，具有强极性，和很高的内聚力，能够牢固地粘结在极性塑料上，因此被大量应用于塑料行业里。对于非极性塑料（如PE、PP），除了处理塑料的表面外，也可在聚氨酯树脂上接枝具有与这些非极性树脂相似的化學性质、表面张力和溶解度参数的链段[4]。

1.3.丙烯酸酯

丙烯酸酯拥有非常强的耐候性、耐光性等特点，并且易改性，成为许多研究者进行改性研究的焦点。其核壳结构能很好地解决乳液的Tg和最低成膜温度（MFT）之间的矛盾[2]。

1.4.醇酸树脂

醇酸树脂来源很广，因为拥有价格低、易改性等优良特点，被广泛应用于室内装修。因为聚氨酯涂料的优良性能，人们尝试将聚氨酯水性化并引入醇酸树脂中，改善其物理性能以及耐腐蚀性。

2.水性涂料的优势：

2.1.环境友好

水性涂料以水作溶剂代替有机溶剂，极大地减少了VOC的排放量，对环境影响减小。马春庆等[5] 通过屡次实验发现：有机溶剂型涂料的VOC排放量高达120g/m2，而水性涂料的VOC排放量仅为28g/m2，由此得出其VOC的排放量比有机溶剂型涂料小得多，可见如果用水性涂料来代替有机溶剂型涂料可以使涂料行业中VOC排放量减少至少80%。

2.2.安全性高

有机溶剂型涂料的稀释剂和分散剂中最常用的是甲苯，甲苯闪点4.0℃，爆炸极限1.2%～7.0%，是易燃物，因此在应用过程中容易发生爆炸，而用水来取代有机溶剂，减少了易燃物的使用，降低了风险。

2.3.成本低廉

全球能源危机爆发，大多数有机溶剂，尤其是不可再生资源的价格持续上升；而水是地球上最丰富的资源之一，价格比较低，因而水性涂料成本较低。

其次，由于水性涂料对环境的污染较小，因此企业在尾气处理方面的投入也较少。

2.4.应用适应性较广泛

相较于其他涂料，水性涂料的应用适用范围广，不但涂装方式多样（可以刷涂、电泳涂装、喷涂等），而且不受涂饰物品形状影响。

3.水性涂料的劣势以及面临的挑战：

3.1.对底材要求高

由于水的表面张力大，涂料不易成膜，从而水不易浸润底材，且易产生大量的缩孔，在施工过程中对底材表面的清洁程度要求非常高。

3.2.低温无法正常工作

水的熔点为0℃，而有机溶剂的熔点大多很低，甲苯-95℃，邻二甲苯-25.2℃。因此，水性涂料的施工温度至少要在0℃以上，而有机溶剂型涂料却可以在零度以下工作。

3.3.不易烘干

由于水的蒸发潜热大，是一般有机溶剂的5～7倍，往往需提高烘干温度或延长烘干时间。[2]

水性涂料在环境相对湿度85% 以上时表干缓慢，水溶剂在较饱和湿度环境下无法正常挥发，当相对湿度过高（≥90%）时，在被涂物上的涂膜会流淌下来[6]

4.总结与展望

以往的有机溶剂型涂料会造成VOC的大量排放，导致环境污染，而水性涂料以水作为稀释剂，极大地减少了VOC的排放量，既保护环境，又不损害人们的健康；其次，水性涂料价格低廉、安全性高、应用范围较广也是其重要优势。不过，水性涂料仍存在两大问题：1.对底材要求高；2.对温度要求高，不仅在涂饰过程中需要较高的温度，而且需要在高温干燥的环境才能进行烘干。但是通过加强对水性涂料基料的改性研究，弱化水的张力产生的影响，降低对底材清洁度的要求；并合成新的助剂，改变活性反应基团的交联剂，降低其施工温度和烘干温度，有望使水性涂料得到进一步的推广应用。

参考文献

[1]向新，许永军，秦岩，邓国英.世界建筑涂料的历史、现状及发展趋势[J].国外建材科技，1999（02）：8-12.

[2]罗帅.水性涂料的研究进展[J].现代涂料与涂装，2015，18（12）：1-6.

[3]刘丽湘，温晓萌，蔡永源. 水性环氧树脂涂料改性研究进展[J]. 热固性树脂，2009，24（6）：55-58.

[4]詹媛媛，李智华，李莉，沈福祥，许戈文.塑料用水性聚氨酯涂料研究[J].涂料技术与文摘，2008（05）：27-29+33

[5]马春庆，康惠春，闫立锋，等.水性涂料应用中需注意的问题[C].第十三届表面工程创新与实用技术交流会，2010：134-142.

[6]张学敏.涂装工艺学[M].北京：化学工业出版社，2008.

作者简介：刘可凡（2000-），男，山东省淄博市人，汉，本科生。研究方向：材料材料物理化学。

（作者单位：东北大学秦皇岛分校）