水性醇酸树脂涂料的研究及应用[1]

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1、水性醇酸树脂涂料的研究及应用时间:2006-07-10关键词:水性醇酸树脂涂料研究应用胡　涛,陈美玲,高　宏　(大连铁道学院,116028)王钧宇　(大连宇田海洋生物化工有限公司,116023)   　摘　要:随着世界各国对环境保护的要求越来越高,研究和开发环保涂料已成为涂料工业发展的必然趋势,各种类型的水性涂料已广泛地应用于许多领域。本文综述了目前国内产量最大、价格低廉的醇酸树酯的合成、改性,以及水性醇酸树脂涂料的应用和发展前景。   关键词:挥发性有机化合物;水性涂料;醇酸树脂;改性;应用　　涂料是国民经济各部门不可缺少的配套材料,广泛应用于各类建筑物、各种工业制品

2、和交通工具的装饰与保护以及各类钢铁设施如码头、海洋石油钻井平台、输变电塔等的防腐保护。随着科技的发展,涂料的功能和应用领域正在逐渐完善和扩大,涂料的消费水平也已经成为衡量一个国家经济发展水平的重要指标[1]。  1　涂料工业面临的问题和发展趋势   我国涂料的总产量已跻身世界前列,在产品的产量、品种、质量、技术装备水平有了长足的进步。但是随着人们环保意识的不断增强以及我国加入WTO后国外企业纷至沓来,现有的民族涂料工业面临前所未有的挑战,如何降低生产和使用涂料所造成的污染,尤其是对大气的污染。涂料对大气的污染主要是由挥发性有机化合物(VOC)造成的,包括能引起大气层氧化

3、容量和酸度变化(导致酸雨),还可能产生光化学烟雾的碳氢化合物、有机卤化物、有机硫化物、羟基化合物、有机酸和有机过氧化物等。在涂料的加工和生产过程中释放出来的VOC总量仅次于汽车尾气而位居第二,占VOC污染量的20%～25%,且大多发生在城镇等人类聚居区域,其污染作用非常严重,因此,减少和控制涂料中VOC的释放,是保护环境的一个必要措施[2]。   西方发达国家对VOC的防治起步较早。美国早在1966年就制定和实施了著名的加利福尼亚RULE66法规;在1977年,美国环保局(EPA)进一步制定了大气净化法CAA(CLEARAIRACT,CAA),提出了VOC的排放标准;1

4、990年又对CAA作了进一步的限定和修正[3]。欧洲各国也制定了严格的VOC排放标准,最具代表性的是德国的大气清净法[4]。我国从20世纪80年代开始也陆续制定了一些环保法规。环境压力正在影响全球的涂料工业,因此,发展和推广低VOC甚至零VOC的环保型涂料是大势所趋[5]。   环保涂料是指水性涂料、高固体涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等[6]。据统计,1998年美国涂料的总产量已达650万t,占全球的25%;同时其环保涂料的市场份额也逐年增大,1999年水性涂料市场份额高达61.1%。   而我国传统溶剂型涂料仍占55.5%,与发达国家之间的差距很大[7]。   2　水

5、性涂料的优点与不足  水性涂料大致分为三类:水溶型、乳胶型和水分散型[8]。由于水无毒、无味、不燃而且廉价,因此,将水引入涂料中,既可降低生产成本,又大大降低VOC的含量,所以水性涂料才得以迅猛发展[9]。但正是因为水的引入又带来一系列的新问题,比如水的蒸发潜热很大,加速干燥需要提高温度,而且水的挥发速度受相对湿度的影响很大;水的表面张力非常大,对颜料的分散和涂料的涂布都有不利影响;当水性涂料应用于金属基体时,由于水的高导电性可能引起基体腐蚀等[10]。为了解决上述问题,往往采用在涂料中添加助溶剂、表面活性剂和还原剂等助剂的办法,而这些助剂的添加又不可避免地带来一定的负

6、面影响。总之,水性涂料的配制远较溶剂型涂料复杂,也存在一些不足之处,但由于它能大大地降低VOC含量,顺应环保趋势,而且能够满足许多场合下的性能要求,所以我们有理由相信水性涂料是涂料发展的一大趋势。   3　醇酸树脂的性质及干燥机理   醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和聚酯树脂等是制备水性涂料的主要基料,其中醇酸树脂是发展最早、产量最大的合成树脂。研制高性能水性醇酸树脂涂料,对于生产厂商而言,产品转型的投入和周期都更容易接受。醇酸树脂的另一优势是它基本不依赖于石油产品,作为一种重要的战略物资,石油的价格和供应量受国际形势的影响很大,而且现阶段我国的石油消费在很大程

7、度上依赖于进口,因此醇酸树脂具有得天独厚的价格优势。此外,醇酸树脂的组分和性能可以在很大范围内调整,仅仅是不同的多元醇和多元酸就能得到性能各异的树脂;而醇和酸之间官能度之比的变化可控制支化度,树脂原料中羧基之间或羟基之间的碳原子数能调整树脂的柔软性等[10],这些特点无疑使醇酸树脂能够应用于更多的领域。   醇酸树脂的合成原料是多元醇、多元酸和单元酸(油),其中多元醇常用甘油和季戊四醇;多元酸常用苯酐,其次是间苯二甲酸、对苯二甲酸和顺酐;单元酸常用植物油脂肪酸、合成脂肪酸等。醇酸树脂配方的确定很复杂。在理论上要求树脂酸值低、相对分子质量大