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              發(fā)展水性材料的重要性

                  水性(waterborne)涂料被定義為“配方中的揮發(fā)性物質(zhì)絕大部分是水的涂料”。在水性涂料中,水的獨特物理特性和其普遍存在性決定了水性涂料的使用方法以及科技開(kāi)發(fā)。隨著(zhù)人們環(huán)保意識的不斷提高和環(huán)保法規的日趨嚴格,水性涂料將成為21世紀世界涂料市場(chǎng)的主角,目前在我國也擁有巨大的市場(chǎng)。
               
                  1·發(fā)展水性涂料的重要性
               
                  從“水性”兩個(gè)字上,我們并看不出這有什么重要意義,水對我們日常的生活中已經(jīng)司空見(jiàn)慣而習以為常。這里之所以突出水的重要性而經(jīng)常不提或不重點(diǎn)提及涂料中其它的成分是因為,在這種涂料中“水”取代了或大部分取代了其他種類(lèi)涂料中討厭的而經(jīng)常是帶來(lái)種種問(wèn)題的“有機溶劑”。而且從實(shí)際工程應用的角度來(lái)看,涂料的性能在很大程度上是由溶劑的特性決定的。
               
                  水性涂料現在越來(lái)越得到人們的關(guān)注而取得了長(cháng)足的進(jìn)步。其科技進(jìn)步的動(dòng)力是對向大氣中排放有機溶劑的限制,這也是粉末型涂料和高固含量涂料發(fā)展進(jìn)步的動(dòng)力所在。減少有機溶劑的揮發(fā)既有環(huán)保上的又有經(jīng)濟上的重要意義。最早的環(huán)?紤]始于美國,其最早開(kāi)始制定政府的法規約束有機溶劑如烯烴、芳香化合物和支鏈酮等光敏性等揮發(fā)物。最早的法規是LosAngels郡在1966年7月制定的“六六法規”。原因是LosAngels深受有機溶劑引起的環(huán)境問(wèn)題的困擾,因為其地理環(huán)境特點(diǎn)使揮發(fā)的有機溶劑聚集在城市上空而經(jīng)久不散。它們徘徊在城市的上空,常常引起光化學(xué)反應產(chǎn)生的大霧而給城市帶來(lái)極大的煩惱。美國政府早在1970年就制定了全國范圍內的法規來(lái)控制碳氫化合物的排放-就是著(zhù)名的“清潔空氣法案(ClearAirAc)t”。
               
                  水性涂料除了環(huán)境保護方面的優(yōu)點(diǎn)之外,還有其他的許多好處。特別是對于在涂料行業(yè)進(jìn)行施工的工人,水性涂料的廣泛使用可以是他們少受或不受有機涂料潛在的毒害以及免除火災發(fā)生的隱患。從經(jīng)濟上來(lái)說(shuō)水性涂料更加惹人喜愛(ài),因為水是工程用溶劑中最便宜和最容易循環(huán)利用的溶劑。和經(jīng)常受石油價(jià)格影響的有機溶劑相比,水是最經(jīng)濟最穩定的選擇。
               
                  據報道太原一位高工家里搞裝修,一天高工去工地時(shí),發(fā)現3個(gè)油漆工都昏死過(guò)去,經(jīng)過(guò)緊急搶救后,仍有一人死亡。據了解,由于給家具刷油漆時(shí)不能開(kāi)窗以防止油漆的龜裂,油漆工們晚上覺(jué)得氣味難聞,就躲到另一間未刷漆的房間睡覺(jué),沒(méi)想到還是中毒了。尤其以在涂料的使用過(guò)程中危害最大,而油漆工人往往是最大的受害者。除此之外,涂料使用后的3-6個(gè)月中也是最容易危害人體健康的時(shí)期。涂料所含的有害物主要有揮發(fā)性中苯及苯系物是主要污染物。據了解,苯已經(jīng)被世界衛生組織確定為致癌物質(zhì),可引發(fā)癌癥、血液病等。除了施工中的污染不可忽視外,入住后的危害也不能小覷。
               
                  正是由于前面提到的水性涂料的種種好處,盡管一些保守主義的涂料使用者還在彷徨猶豫,各種水性涂料已經(jīng)越來(lái)越得到人們的青睞。很多涂料領(lǐng)域的科研工作者越來(lái)越多的投身到水性涂料的研究。
               
                  2·水性涂料綠色推薦標準及范圍
               
                  2002年7月份中國環(huán)境標志產(chǎn)品認證委員會(huì )秘書(shū)處與國家環(huán)?偩止餐C布了新的《水性涂料環(huán)境標志產(chǎn)品技術(shù)要求》,《要求》對現在家庭裝修中使用比較普遍的水性涂料的環(huán)保、綠色、健康、安全等標準做了強制性規定。大家熟悉的多樂(lè )士、立邦、富亞等成為首批通過(guò)新標準的涂料。全國8000多家涂料企業(yè)只有30多家的100多種水性涂料達標。
               
                  首先是方方面面最關(guān)注的VOC(volatileorganiccompound)指標。由于定義不清,許多企業(yè)自以為自己的產(chǎn)品已經(jīng)達到了比國際標準還高的水平。這種誤解源于國家質(zhì)檢總局頒布的內墻涂料有害物質(zhì)限量標準、北京市質(zhì)監局頒布的安全健康質(zhì)量評價(jià)規則兩個(gè)有影響的標準,都把VOC定義為一升涂料中揮發(fā)性有機物VOC值國標為VOC的含量。但是,世界各國的VOC定義指的是一升涂料中扣除水分干重中VOC的含量,這一差別,導致北京規則的VOC≤125克/升指標,不過(guò)相當于國外的250克/升,這是國外水性涂料與溶劑性涂料的分界限。而國家強制性標準的200克/升指標,則相當于國外的410克/升以上,已經(jīng)出了水性涂料的界限。所以,許多人單憑數值,就說(shuō)1999年環(huán)境標志標準規定的250克/升限值寬于北京規則和國家強制性標準是不對的。由于與國際標準的VOC計量準則相同,1999年的環(huán)境標志標準,實(shí)際上嚴于上述兩個(gè)強制性標準,2002年的環(huán)境標志標準,規定內墻涂料≤100克/升,是按美國ASTM方法正確測試計算VOC值,限值與美國標準相同,更嚴于上述兩個(gè)標準,體現了綠色推薦產(chǎn)品的高標準、嚴要求。
               
                  其次,關(guān)于苯、甲苯、二甲苯、乙苯、鹵代烴、甲醛及甲醛聚合物以及重金屬鉛、鎘、鉻、汞等,公眾不清楚,這些都是不得添加的,因此沒(méi)有含量高與低之差別,只有遵守“不得添加”這一規則的守法違法問(wèn)題。許多企業(yè)以這些指標作為健康涂料的依據,也是不符合水性涂料實(shí)際的。為此,國家環(huán)?偩謽藴手忻鞔_說(shuō)明,所有上述物質(zhì),只是為控制雜質(zhì)帶入的有害物限量,即對顏料、鈦白粉、乳液等因成分不純帶入的有害物予以限制,絕不是允許人為添加。
               
                  第三是水性涂料的范圍,除廣為使用的內墻、外墻涂料外,水性木器漆、水性防腐涂料、水性防水涂料、水性聚氨酯涂料也進(jìn)入綠色推薦標準范圍。僅舉水性木器漆一例,2004年雅典奧運會(huì ),全部場(chǎng)館都指定用水性木器漆,因為對家庭裝飾裝修,德國、法國已規定,不能讓左鄰右舍聞到有機溶劑的氣味。為適應這一以人為本的潮流,更多地支持各類(lèi)水性涂料,是這一新標準的目標。
               
               
               
                  3·水性涂料的常見(jiàn)困難
               
                  水性涂料和有機溶劑涂料在有些地方是相似的。但是在有些情況下,水性涂料經(jīng)常要面對一些在有機溶劑涂料沒(méi)有的困難。這兩種體系的最大差別在于成膜過(guò)程中揮發(fā)物的連續相的逐漸消失機理的不同。而成膜過(guò)程又對涂料的最終性能有很大的影響因而在受到極大的關(guān)注。3.1水性涂料中的水有很高的沸點(diǎn)因此揮發(fā)過(guò)程十分緩慢,強烈的依賴(lài)與環(huán)境的濕度。在低濕度情況下,它可能干燥的很快有時(shí)會(huì )引起裂縫。在高濕度情況下(如熱帶國家尼加拉瓜濕度經(jīng)常達到78-85%),成膜過(guò)程將十分緩慢造成涂料的松垂。需要更多的能量使其干燥,甚至是溶劑型油漆的四倍因為水的比熱較大。
               
                  3.2 水性涂料對施工過(guò)程中及材質(zhì)表面清潔度要求高,因水的表面張力大,很不容易侵潤,易使涂膜產(chǎn)生縮孔。在油脂性表面這個(gè)問(wèn)題尤其突出。
               
                  3.3 水性涂料對抗強機械作用力的分散穩定性差,輸送管道內的流速急劇變化時(shí),分散微粒被壓縮成固態(tài)微粒,使涂膜產(chǎn)生麻點(diǎn)。要求輸送管道形狀良好,管壁無(wú)缺陷。
               
                  3.4 水性涂料對涂裝設備腐蝕性大,尤其是對鐵制設備的銹蝕。經(jīng)常需采用防腐蝕襯里或不銹鋼材料,設備造價(jià)高。水性涂料對輸送管道的腐蝕,金屬溶解,使分散微粒析出,涂膜產(chǎn)生麻點(diǎn),也需采用不銹鋼管。
               
                  3.5 烘烤型水性涂料對施工環(huán)境條件(溫度、濕度)要求較嚴格,增加了調溫調濕設備的投入,同時(shí)也增大了能耗。
               
                  3.6 水的蒸發(fā)潛熱大,烘烤能量消耗大。陰極電泳涂料需在180℃烘烤;而乳膠涂料完全干透的時(shí)間則很長(cháng)。
               
                  3.7 沸點(diǎn)高的有機助溶劑等在烘烤時(shí)產(chǎn)生很多油煙,凝結后滴于涂膜表面影響外觀(guān)。
               
                  3.8 形成的涂料層常常對水是敏感的,即使空氣中的水蒸汽含量的增加就會(huì )引起涂料的褶皺。
               
                  水性涂料雖然存在諸多問(wèn)題,但通過(guò)配方及涂裝工藝和設備等幾方面技術(shù)的不斷提高,有些問(wèn)題在工藝上得到防止,有些通過(guò)配方本身得到改善和提高。
               
                  4·結論及展望
               
                  試圖對于水性涂料的要求、特點(diǎn)和困難作一簡(jiǎn)要的涉獵。作為一種新興的“朝陽(yáng)”類(lèi)型,水性涂料已經(jīng)而且還將繼續得到飛速的發(fā)展。鑒于對環(huán)保、能源和健康的與日俱增的關(guān)注,發(fā)展水性涂料在可見(jiàn)的將來(lái)會(huì )得到政府和科技工作者持續而執著(zhù)的任務(wù)。
               
                  從技術(shù)創(chuàng )新來(lái)講,在水溶性、交聯(lián)劑和表面活性劑是科研的重點(diǎn)所在。最近在水性涂料的研究發(fā)展方向致力于抗應力和環(huán)境溫度的變化、提高整體綜合性能、進(jìn)一步減少共同溶劑的使用。在乳液集合的發(fā)展使膠束有自聚結的能力,這種活性聚結物可以減少共同溶劑的使用。水性涂料的綜合性能的提高得力于基于聚氨酯和混合聚合物的新配方以及使用新的交聯(lián)成膜方式(如紫外照射)。
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