郭禹杉 翟思广 杨文龙 方佳 卞梦琪 刘帅 任新宇 葛雪

摘要：水性涂料是一种新型环保性材料，综述水性涂料成分，应用领域的研究，在未来的发展优势以及面临问题。

关键词：水性涂料;应用;环保型材料;研究现状;发展

0 引言

涂料，也叫漆膜或涂层，是一种由高分子物质和配料相互混合形成的化学物质，能与被保护或被装饰的物体表面形成牢固附着的连续薄膜。近年来国家工业发展对于环境保护问题愈发重视，目前我国涂料产销量快速增长，涂料行业年均总产值增长达到4% ，但是涂料产品的消费结构还需进一步升级，高污染涂料仍然对环境和工作人员带来危害，随着人们环保意识的加强，新型环保功能性材料已经逐步代替原始性材料。其中环境友好型涂料占行业总产量的70%。水性涂料【1】就是其中代表性材料，水性涂料作为一种新型环保型材料应用极其广泛，水性涂料含有少量甚至不含挥发性有机化合物（VOC）及有害空气污染物（HAP），其低污染特性有利于节约资源、保护环境，是目前涂料技术研究的主要方向之一。

1 水性涂料介绍

水性涂料【2】是以水作溶剂或溶质的一类涂料，按分散形态区分包括水溶性涂料、水稀释性涂料和水分散性涂料。按成膜材料可分为水性醇酸树脂涂料、水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料等。

水性涂料的特点【3】是耐用性高和不粘性好，节约了大量的有机材料（石油类）资源，大大降低了涂料中有机溶剂挥发造成的空气污染和施工过程中的火灾风险。此外，水性涂料用于金属材料时，工件经除油、除锈、磷化处理后，不需完全干燥即可涂装，节省了涂装时间和能耗。电泳涂料可均匀涂在狭缝、管孔、焊接边缘等部位，与溶剂型涂料相比具有很大的优势。

2 水性涂料研究现状

目前，尽管个别水性涂料已经应用在工业上，但仍需研究更多更高性能的水性涂料来提高人们的生活水平。根据成膜材料的不同，以下介绍了几种应用广泛的水性涂料的研究现状。

2.1 水性聚氨酯涂料

由于溶剂型聚氨酯树脂中含大量VOC，违反了环保法规，故研发水性聚氨酯涂料更符合绿色发展的要求。付立成等【4】用二聚酸二异氰酸酯（DDI） 合成了一系列水性聚氨酯，对不同多元醇、亲水扩链剂、扩链剂官能度及R 值对 DDI 型水性聚氨酯性能的影响进行研究，并在皮革上进行了应用试验。结果表明，DDI 型水性聚氨酯硬度小、高伸长率、较好的耐水白性，大大改善了皮革的手感、光亮度和耐划伤性;王海峰等【5】以六亚甲基二异氰酸酯、一缩二乙二醇、2，2- 二羟甲基丙酸和双酚 F 型环氧树脂等为主要原料，制备环氧聚氨酯水性涂料。实验结果表明，当增加环氧树脂用量，水性聚氨酯涂料粘度也会随之增大，当环氧树脂添加量为6 Wt%-8Wt%时，水性聚氨酯乳液具备最佳性能;胡俊等【6】以聚氧化丙烯二醇、双羟基亲水性聚硅氧烷多元醇为软段，异佛尔酮二异氰酸酯、1，4-丁二醇、二羟甲基丙酸、乙二胺为硬段，制备了一系列聚硅氧烷改性水性聚氨酯。

2.2 水性醇酸树脂涂料

醇酸树脂成膜后漆膜具有较好的光泽和柔韧性，以及较高的附着力等特点。因此，醇酸树脂在工业生产中是应用最广泛、用量最大的聚酯树脂之一。

水性醇酸树脂是由多元醇、多元酸和脂肪酸或植物油为主要原料，通过酯化反应合成的聚酯，以水为溶剂，大幅降低了VOC的排放，可以减少环境污染、减轻对人们健康的危害。目前，合成水性醇酸树脂的方法有：非离子基团法、成盐法【6-7】、两性离子中间体法。郭欣等【8】以甘油、亚麻油酸、三羟甲基丙烷、偏苯三酸酐及邻苯二甲酸酐等为原料合成了水性醇酸树脂，结果表明：当偏苯三酸酐用量为10%，反应温度为170℃，反应时间为1.5h时树脂性能较优。徐德鹏等【9】用环氧树脂、豆油酸、乙二醇叔丁醚、三羟甲基丙烷等进行一系列反应后得到一种环氧改性水性醇酸树脂。实验结果显示，当环氧酯用量为醇酸树脂总质量的10%时，醇酸树脂油度为50%，醇超量选择在1.10～1.15，终点酸值为40～50mgKOH/g，可得到高性能的环氧改性水性醇酸树脂。

2.3 水性丙烯酸酯涂料

水性丙烯酸酯涂料在实际应用中性能较差，影响保护效果及美观。为了优化其综合性能，拓展發展空间，需对水性丙烯酸酯涂料进行改性。张仓硕【10】用硅烷偶联剂（ATPES）对GNPs改性，改良和优化了传统的水性丙烯酸酯复合防腐涂料，大大提高了漆膜的防腐性能。朱哲文【11】通过乳化剂的加入，得到了高稳定性和高抗冲击性的高羟基含量的水性聚酯丙烯酸酯复合乳液。

2.4水性环氧树脂涂料

环氧树脂具有电绝缘性好和粘接性能好等优点，其应用领域广泛，是不可替代的重要涂料品种。目前，研究绿色环保型的水性环氧树脂技术已经成为趋势。沈志明等【12】采用自乳化法制备出的环氧乳液与水溶性固化剂配伍性好，涂层性能佳，有效解决了传统方法制备上的问题，研究出了高性能的水性环氧树脂乳液;B. Liu等【13】利用聚硫橡胶对十二烷基苯磺酸钠进行改性，通过新型乳化剂制备得到了水性环氧涂层;Zhang Z等【14】用对氨基苯甲酸对双酚A型环氧树脂进行改性研究，结论得出，在3%NaCl溶液中，水性环氧涂层有效期时间是普通溶剂型涂层的4～5倍，可看出其具备较高的防腐性能。

3 水性涂料应用领域

3.1在轨道交通领域

目前，我们国家有着辽阔的疆域，以及漫长复杂的铁路网系统，其中车辆的有着很高的速度历程，但在其中所牵扯了很多因素，复杂多变的环境和恶劣的天气气候，这也间接导致了染料涂层的恶化。

在当今社会条件下，因社会经济的高速发展而导致的环境污染严重影响了居民的日常生活，又导致了正常的社会生产发展。在当今社会中，若仅仅是简单地将国外高铁体系搬拿过来，则很多的高铁行车问题始终得不到解决与改善。另外，限制车辆涂层的因素有着很多，除了天气气候以及环境问题等以外，水性涂料本身的选取与运用也有着至关重要的作用。

在车体的外表面，其水性染料涂层不仅仅对性能有着极高的限制要求，在抗风蚀和化学剂等均有着较高的限制要求。举个例子，当高铁动车组在其隧道内以极高速通过时，车体侧面变形程度很高，究其原因是气压的问题，于是在韧性方面上，有着极高的要求。其动车系统的速度越高，在车体运动中对空气的气压压缩也就越严重，这也使得其比普通的也就高，特别是在过其隧道期间更为严重。在这种状况下，碎石等严重条件对其有着很大的影响。比如在我国的大西北地区里，在运行中易受损严重，在短期里将可能面临生效，而且其相同的染料涂层在国外的应用中较为不错，这其中，与中国独特的条件与问题有着很大的联系。在当今快速发展的中国社会，无法解决这么严重的问题，比如在测试对染料涂层的抗击的测试实验中仍然是一片空白，满足其标准的测试阶段仍未成熟，在其中，国内与国外的测试仍很不匹配，产生了很多难以评价的对比。

就与现在来看，其用于交通城轨车辆的水性涂料大部分采取国外的，其花费较高，并且在目前国内的应用较少，导致其价格较高于平常。在我国内，对其染料方面的施工工艺的要求比较苛刻，我国内大部分工厂皆未掌握其制作工艺以及其系统体系，另外由于国内的认识仍然不足等一系列问题，在当前，水性涂料在我国仍然没有采取广泛应用，如车体等大面积体积均没有采取其水性染料，只有其在广州地铁直线电机车辆转向架构架等少数部件上使用【15】。

3.2在工程机械领域

近几年来，在工程机械方面上，水性涂料广泛推广应用于在汽车、工业车辆等领域，在汽车、工程车辆等零部件涂装上其水性涂料应用较广。在工程机械方面上，其中的车辆行业大多在于中小型改装车（环卫车、农机）等企业，使其进行小批次的改良，水性涂料使其涂装排放更加环保，在家具、汽车等行业应用广泛用，作为整机批量切换使用的较少。同时，国内有一部分生产大型变速箱、发动机等企业正在逐步尝试使用水性漆【16】。

3.3在塑料领域

随着中国社会的发展，其塑料制品在家电、电子通讯及医疗器械等行业应用较为广泛，同时，其也是在国民经济和国防建设体系中一个个具有决定性的因素。但塑料本身有着不耐紫外线等诸多缺陷因素。于是，塑料表面需用涂料涂装，不仅仅可以提高外观，更可以提高其腐蚀度【17】。

4 結语

水性涂料相比传统涂料中VOC含量低，是一种环保型、环境友好型、健康、无害型涂料。目前在国内应用十分广泛，其中水性建筑材料、水性防腐涂料、水性汽车涂料、水性塑料涂料等新型水性涂料已经在各自领域拥有极其稳定的应用性。水性涂料在未来发展中应环保和健康仍然是不变的主题，同时拓展应用领域，相关部门加强对政策指引、推广技术的引导，推动水性涂料的应用发展。未来，水性涂料将有更大的发展并逐渐取代非环保型涂料，引导着涂料行业向着更高、更新的目标领域迈进。

参考文献：

[1]陈春霖，孟晓伟，唐毅，周胜之，黄榜，宋磊.水性涂料的特点及其应用发展[J].山东化工，2019，48（07）：87-88.

[2]季建霞，陆文明，郑晨，赵宝华，周如东.我国水性涂料的应用现状[J].上海涂料，2016，54（05）：38-41.

[3]黄伟，邱祖民，肖建军，陶馨晗.水性涂料的应用现状及研究进展[J].化工新型材料，2015，43（08）：210-212.

[4]付立成，祝博.DDI型水性聚氨酯的合成研究[J].化学推进剂与高分子材料，2017，15（01）：68-70.

[5]王海峰，庄妍，于晓燕，张庆新.一种环氧树脂改性水性聚氨酯涂料的制备及其性能研究[J].胶体与聚合物，2018，36（04）：147-149.

[6]胡俊，黄毅萍，许戈文，鲍俊杰，程芹.聚硅氧烷改性水性聚氨酯的合成及其表面性能[J].精细化工，2019，36（03）：400-406.

[6] Blount Jr，William W，Kuo. Water-disspatable alkyd resins and coatings prepared therefrom [P]. US：5530059，June，25，1996.

[7] Yacobucci Paul D，Rochester NY Albano. Crosslinked polymers with lowered resisitivity and materials and methods for their preparation [P]. US：4698391，October，6，1987.

[8]郭欣，陈婉奕，王明权，季永新.水性醇酸树脂的合成及其耐水性的研究[J].涂料工业，2018，48（03）：18-22.

[9]徐德鹏，闫福安.环氧改性水性醇酸树脂的制备及其性能研究[J].中国涂料，2020，35（04）：50-55.

[10]张仓硕. 水性丙烯酸酯复合防腐涂料的制备及研究[D].哈尔滨理工大学，2020.

[11]朱哲文. 自乳化法制备高羟基含量的水性聚丙烯酸酯复合乳液[D].武汉大学，2019.

[12] 沈志明，杨亚萍，李晴，等 .水性涂料用自乳化环氧树脂乳液的制备方法[J].新型建筑材料，2016，43（8）：30-34.

[13] LIU B，WANG Y. A Novel Design for Water-based Modified Epoxy Coating with Anti-corrosive Applica-tion Properties[J]. Progress in Organic Coatings，2014，77（1）：219.

[14] ZHANG Z，HUANG Y，LIAO B，et al. Studies of Wa-terborne Emulsion of Chemically Modified Epoxy Re-sin[J]. Polymers for Advanced Technologies，2010，15（1-2）：26-29.

[15]水性涂料在轨道交通领域中的应用现状及发展趋势 高敬民，岳斌 兰州城市学院化学与环境科学学院，兰州 730070

[16]水性涂料在工程机械上应用的可行性分析 杨汉才，张怀洪 物流技术与应用 2019.05

[17]我国水性涂料的应用现状 季建霞，陆文明，郑晨，赵宝华，周如东 上海涂料 2019.09