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涂料技术的变革

涂料行业概况

涂料广泛应用于机械制造、交通运输、轻工、化工、建筑以及国防尖端工业;

建筑涂料份额较大(33.63 ),其次是工业涂料和特种涂料;

2018年,全国涂料规模以上(营业收入2,000万以上)1336家企业产量达1759.79万吨。全国涂料产量排名前10的省(直辖市、自治区)依次是广东、上海、江苏、湖南、山东、河南、四川、浙江、河北、福建。 


涂料定义

一种涂覆在物体表面并能形成牢固附着的连续保护薄膜的物料,俗称油漆。包括以各类合成树脂为主要原料生产的溶剂型涂料和水性涂料

涂料对所形成的涂膜而言,是涂膜的“半成品”,涂料只有经过使用即施工到被涂物件表面形成涂膜后才能表现出其作用。

辽宁涂料


涂料的功能

1.装饰功能:用色彩来装饰环境。成千上百种颜色,色彩丰富;既可平滑光亮,也可立体质感的效果。

2.保护功能:金属材料尤其是钢铁,易受环境中腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀和腐蚀;木材易受潮气、微生物的 作用而腐烂;塑料会受光和热的作用而降解;混凝土易风 化或受化学品的侵蚀;各种材料需要涂层来保护。

3.标志作用:利用色彩的明度和反差强烈的特性,引起人们的警觉,如医院、消防车、救护车、邮局等,也常用色彩来标示,方便人们辨别。

4.特殊功能

(1)力学功能:耐磨涂料、润滑涂料等; 

(2)热功能:耐高温涂料、阻燃涂料等;

(3)电磁学功能:导电涂料、防静电涂料等;

(4)光学功能:发光涂料、荧光涂料等;

(5)生物功能:防污涂料、防霉涂料等;

(6)化学功能:耐酸、碱、盐等化学介质涂料。


涂料起源

西班牙阿米塔米拉洞窟的绘画、法国拉斯科洞穴的岩壁绘画和中国仰韶文化时期残 陶片上的漆绘花纹等大量考古资料证实,公元前5000年新石器时代,人们就使用野兽的 油脂、草类和树木的汁液以及天然颜料等配制原始涂饰物质,用羽毛、树枝等进行绘画。

天然成膜物质的使用 

中国是使用天然成膜物质涂料──大漆最早的国家(河北藁城县台西村商代遗址漆器残片),春秋时代掌握了熬炼桐油制涂料的技术,战国时代用桐油和大漆制造复配涂料。长沙马王堆出土汉墓的漆棺和漆器,说明中国在公元前2世纪时大漆技术成熟。明代,漆器技术达到高峰。明隆庆年间的黄成(又名黄大成)所著的《髹饰录》总结了大漆的使用经验。17世纪,中国的漆器技术和印度的虫胶(紫胶)涂料传入欧洲。

公元前的巴比伦使用沥青作为木船的防腐涂料,希腊人掌握了蜂蜡涂饰技术。公元初年,埃及已采用阿拉伯树胶制作涂料。




涂料分类

1.按成膜物质化学成分分类 :有机涂料 、无机涂料、无机-有机复合涂料

(1)有机涂料

①溶剂型涂料是以高分子合成树脂为主要成膜物质,有机溶剂为稀释剂,加入适量的颜料、填料(体质颜料)及辅助材料,经研磨而成的涂料。常用品种有过氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、氯化橡胶、丙烯酸酯等。

②水溶性涂料是以水溶性合成树脂为主要成膜物质,以水为稀释剂,加入适量的颜料及辅助材料,经研磨而成的涂料。 一般只用于内墙涂料。常用品种有聚乙烯醇-水玻璃内墙涂料、聚乙烯醇甲醛类涂料等。

③乳胶涂料又称乳胶漆。它是由合成树脂借助乳化剂的作用,以0.1~0.5μm的极细微粒子分散于水中构成乳液,并以乳液为主要成膜物质,加入适量的颜料、填料及辅助材料,经研磨而成的涂料。常用品种有聚醋酸乙烯乳液、乙烯-醋酸乙烯、醋酸乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸

酯等共聚乳液。

(2) 无机涂料(双组份)

 目前所使用的无机涂料是以水玻璃、硅溶胶、水泥等为主要基料,加入颜料、填料、助剂等经研磨、分散等而成的涂料。无机涂料的价格低,资源丰富,无毒、不燃,具有良好的遮盖力,对基层材料的处理要求不高,可在较低温度下施工,涂膜具有良好的耐热性、保色性、耐久性等。 

(3) 无机-有机复合涂料

不论是有机涂料还是无机涂料,在单独使用时,都存在一定的局限性。为克服其缺点,发挥各自的长处,出现了无机和有机复合的涂料。如聚乙烯醇水玻璃内墙涂料就比聚乙烯醇有机涂料的耐水性好。此外,以硅溶胶、丙烯酸系列复合的外墙涂料在涂膜的柔韧性及耐候性方面更能适应气候的变化。


2.按构乳成胶涂涂膜料的主要成膜物质分类

按构成涂膜的主要成膜物质,可将涂料分为聚乙烯醇系列建筑涂料、丙烯酸系列建筑涂料、氯化橡胶外墙涂料、聚氨酯建筑涂料和水玻璃及硅溶胶建筑涂料。


3.按建筑使用部位分类

按建筑物使用部位,可将涂料分为外墙建筑涂料、内墙建筑涂料、地面建筑涂料、顶棚涂料和屋面防水涂料等。


4.按使用功能分类

按使用功能,可将涂料分为装饰性涂料、防火涂料、保温涂料、防腐涂料、防水涂料、抗静电涂料、防结露涂料、闪光涂料、幻彩涂料等


 涂料工业与环境污染

水性涂料在生产和涂装过程中,还是会产生大量的污染。Ø 生产过程的废水主要来源是设备、容器和场地的清洗废水;涂装过程的废水不仅有设备和容器的清洗废水、电泳涂膜清洗用水,还有涂装过程除漆雾时产生的废水。

涂料对大气的污染多属于局部地区污染。但涂料在生产、施工、固化过程中大量VOC(挥发性有机化合物)的排放,已成为不可忽视的大气污染源。合成涂料中的未反应单体、有机溶剂、添加剂、重金属离子等大部分带有毒性,给地球生态和人体健康带来了极大的甚至是不可逆转的影响。 

辽宁环保涂料


环保涂料

Ø为了减少涂料对环境的污染,环保涂料的概念应运而生。

Ø低公害(或无公害)和低毒(或无毒)的涂料称为“环境友好涂料”或“环保涂料”。

Ø为实现这一目标,涂料工业的研究和生产主要向四个方向发展,即高固体份涂料、无溶剂涂料、粉末涂料和水性涂料(也成乳胶漆、水漆)。


水性涂料与环保涂料

Ø水性涂料并非完全不含有机溶剂。

Ø为提高涂料的各种性能所添加的助溶剂、助剂、固化剂等,都可能含有部分有机溶剂。

Ø各种助剂、填料、颜料带入涂料的重金属,同样会给水性涂料带来不环保的因素。

Ø因此,水性涂料并不能简单等同于绿色涂料或环保涂料。但是,水性涂料和涂料的水性化,极大地降低了有机溶剂的用量及对环境的污染,这为涂料工业向绿色、环保方向迈进提供了坚实的基础。

  

水性涂料现状

水性涂料通常由:水性树脂乳液、颜填料、助剂、水组成。

水性树脂是主要成膜物质,占总配方量的60%~85%,其性能的好坏直接影响贮存稳定、施工性能、成膜物的理化性能等。 


水性涂料绿色化发展趋势

水性涂料中VOC来源

乳液中残留单体:成膜物质——乳液在合成过程中会用到丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯等单体,这些单体中的杂质和未参与反应的残留单体。

助剂:乳液合成中使用的乳化剂、引发剂等助剂。

降低水性涂料中VOC含量

 研制低VOC 含量的乳液:从乳液的选择上着手,开发具有零VOC含量、无气味的优质乳液。

 不使用或者选择高沸点的成膜助剂:开发不需要或者少量添加成膜助剂和溶剂就能低温成膜的乳液,如自交联型丙烯酸乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液等。

研制低乳液含量的水性涂料:乳液与硅酸盐、硅溶胶等无机成膜剂复合或有机改性硅酸盐(硅酸盐有机杂化)为成膜剂。 


环保涂料的发展趋势

特定功能不断细分功能涂料的分类将不断细化,功能的实现更加具有针对性和目的性。如在医院中不同区域有针对性使用的各种抗菌涂料。通过在涂料中加入特殊材料,从而达到吸收室内有毒有害气体、消除室内异味、净化空气的目的。

使用简单,技术要求降低,效果持久从经济角度考虑,更多的施工方便、效果持久的功能涂料将被开发出来。如建筑物外墙涂料、海洋船舶的防污防腐涂料等。

环保要求更高绿色、健康、对人无害是涂料环保的最终要求。对容易造成污染,尤其是容易造成二次污染的涂料,如防火涂料等,不仅在工艺体系上进行不断改进,并且改进配方,以达到真正的绿色环保效果。 


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