世界涂料技术走向世界涂料技术走向郑晟

世界涂料技术走向,世界涂料技术走向

进入21世纪以来，由于受到来自环保和节能等方面日渐严酷的压力，涂料工业不得不重新估价现有涂料品种的可适用性，发展水性涂料、高固体涂料、无溶剂涂料、粉末涂料和辐射固化涂料已成定局。如何促使这类涂料在使用性能上和经济可行性上能够替代原有的传统涂料，并且随着科学技术的不断进步、新产品的出现，必须要用更新颖的功能性涂料与之配套，我们面临的一个问题是：传统的涂料工艺技术能否适应这一需求?事实上，目前许多新涂料的出现并非完全依赖于这些涂料工艺技术，而是需要大胆构思，另辟蹊径，甚至舍弃传统的涂料工艺技术而开创前所未有的新工艺来应对21世纪涂料技术的发展。 众所周知，涂料工业是为满足建筑、工业和特种工业产品的不同需要而建立的工业配套部门，但值得注意的是，世界各国的涂料技术作用能力受到相应的市场准备状态及其可接受性、实际的经济状况、法规章程以及文化适配性等各种因素的制约，因此涂料技术的发展主要也受控于各国涂料工业对研究和开发前景展望的程度以及包括对多种学科熟练掌握和运用的能力(涂料本身是一门边缘学科)在涂料领域里，任何一次技术的成功均取决于各种不同的要素，即配方、工艺、应用及检验技术发展一体化的协调性，缺乏这种同步性作用就必然会在涂料技术概念与商品化之间产生鸿沟。聚合物科学、合成颜料和助剂的快速发展已使涂料配方技术的发展要比涂料生产工艺、应用和检验技术快得多。辐射固化涂料从20世纪70年代初就以实验室的规模加以使用，但其实际商品化却来得相当晚，这是由于对合适的紫外线固化通道的开发不够重视。同样基于双酚A环氧树脂的快速固化无溶剂环氧涂料在20世纪60年代就为人们所知，但由于没有合适的施工设备，也就使这种技术的商品化大大推迟了。所以要加速未来技术商品化的进程，对技术各个方面的着重程度加以适当平衡极为重要。

1 涂料技术的转型当今涂料技术发展处于转型过程之中，从涂料技术发展的进程来看，早在20世纪60年代初，随着美国关于控制VOC排放的空气清洁法(66法规)的颁布，及此后欧美许多国家环保局强制推行的类似规章，促使减少VOC已摆上这些国家的涂料制造商的主要议事日程，这种推动的结果就促进了4项替换技术的开发，即工业用溶剂型高固体涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料。 20世纪80年代，跨越全球的质量活动使改善性能成为重点，90年代，提高生产率和经济效益方面的驱动力使世界各涂料公司市场竞争性增强，从而使涂料设计者们将工作重心移向此处。在本世纪，这种动力已发生变化，这是因为涂料制造商们在相比较的价格下所提供的产品及服务质量之间的界限逐渐消失，在这样的环境之下，各涂料公司除了重新聚焦在研究、开发、革新产品之外，别无其它选择。 在2l世纪，除了环境方面的因素之外，对涂料产品的要求是优异的性能和高使用寿命，这就导致对各种涂料技术所需聚合物的使用有了根本性改变。基于碳化学的聚合物支配权正逐渐遭受到基于硅化学，碳、硅杂化化学和含氟聚合物等耐久性新一代聚合物的挑战，它们在几乎所有的涂料方面的渗透是显而易见的。硅这种在地球上仅次于氧的第二大自然界丰富物质将成为新一代高性能涂料组成中的设计基体，它可以纯无机材料基料或有机—无机杂化的互穿网络聚合物基料形式加入涂料中，大大改善涂料体系的性能和使用寿命，特别是在对紫外线的稳定性、耐热、耐化学品性和耐磨性方面。此外，超支链聚合物和树枝状体、基于纳米技术的涂料和智能型涂料也是涂料新技术的佼佼者。

2 有机—无机杂化技术以有机—无机杂化技术而发展的涂料品种有：新一代气干型碳—硅氧烷杂化体，如环氧聚硅氧烷、硅氧烷—丙烯酸类、渗硅乳胶等，均具有突出的耐久性，且已商品化，其中最负盛名的当推工程性环氧聚硅氧烷涂料，用于重防腐蚀涂料体系中，不同于有机／无机富锌涂料、环氧中间层和聚氨酯面漆3道系统，而是有机／无机富锌底漆和环氧聚硅氧烷面漆2道系统，性能优于前者，且低VOC，减少了对环境的污染；而由杂化技术开发的乳液体系采用内核壳乳化和外乳化方法制成，原料采用丙烯酸和醇酸，这种气干型水性杂化乳液具有丙烯酸乳液和醇酸乳液的双重优点，可用于建筑领域，具有优异的性能，如光泽、流动和流平性、可涂刷性、润湿性等，它既有溶剂型醇酸涂料的施工便利性，同时又具有丙烯酸分散体的干燥速率、耐久性、不泛黄性和水解稳定性，不含成膜助剂，无VOC，不含烷基苯氧乙烯／壬基苯氧乙基，实际无气味，这种乳液符合最新的欧洲共同体环境指令因而在欧洲很流行。 渗硅乳液也是杂化乳液的一种，系将乙烯化硅氧烷或其衍生物与丙烯酸单体共聚制成，用于渗透混凝土/砖石的封闭底漆以及硅酸盐涂料，这种乳液可与丙烯酸乳液拼混制得外墙用长寿命硅酸盐涂料，它有8年的耐久性，极佳的抗沾污性，耐风吹雨打而不牺牲呼吸性。将憎水性聚硅氧烷齐聚物混入乳胶漆用于建筑物外墙面，具有出色的水珠效应。环氧聚硅氧烷涂料具有优异的耐沾污性，可作为无有机锡的自抛光涂料，并在无毒防污漆市场上占有优势地位。

3 氟聚合物及树枝状聚合物含氟聚合物具有许多烃类对应物所无法比拟的性能，包括突出的耐候性、耐化学品性、抗酸蚀性和硬度，它具憎水和憎油的功能，因此制成的涂料高度抗污染，使用寿命达25年；溶剂可溶的含氟聚合物根据相对分子质量和羟基含量可设计成气干或交联型涂料，用于建筑型材、轿车、飞机、商用车辆和海洋用途中：，基于氟化乙烯乙烯醚多元醇的氟化聚氨酯涂料是很有前途的船舶用无锡自抛光防污涂料。偏氟乙烯之类的含氟聚合物则用于卷材涂料和建筑用粉末涂料中，为平衡使用效果，常混以热塑性丙烯酸以减少由于过分结晶而产生的收缩以及改善附着力，该涂料符合美国建筑制造商最新的AAMA2604／AAMA2605规范要求，在佛罗里达曝晒试验场达到10年的天然试验要求。 超支链聚合物也称为树枝状聚合物，具有稠密的支链结构并含有大量的活性端基，其系一种或多种ABx型单体经均聚或共聚产生的缩聚聚合物，或有时在多功能核分子存在下产生的树枝状聚合物支链网络。其中ABx单体为脂肪族系，如2，2—二甲基丙酸，也可以是芳香族，如3，5—二乙酰氧基苯甲酸等。在此工艺中，扩链由逐步聚合产生，直至获得所需的相对分子质量和功能性端基，这种多分散性超支链聚合物可更广泛地以工业规模制造，因为它比单分散树枝状物成本低，加工容易。 已报导的超支化聚合物多为聚酯类，与线型或常规支链型聚酯相比，它具有涂料设计者所需要的一些重要优点，如在已知相对分子质量下具有牛顿型行为以及较低粘度，且有大量的功能性端基充分交联。该聚合物可设计出低粘度高固体且具有优异流变性能、涂膜厚度和反应活性的产品。这种树枝状聚酯的丙烯酸和甲基丙烯酸衍生物可用于辐射固化系统。一种新型的超支化聚酯酰胺树脂可用于卷材涂料中，它能在较低温度下与六甲氧甲基三聚氰胺型交联剂相结合进行固化，得到较高的膜厚。

4 纳米技术纳米复合涂料所采用的纳米技术属于控制材料的新学科，即通过减少材料尺寸至纳米级水准，得到许多工业上很为重要的技术优点。在涂料领域，纳米技术可通过溶胶凝胶工艺来提升聚合物的性能，改善产品的物理—化学性能，如抗划伤性、自清洁性、耐沾污性等。许多类型的纳米粒子，如纳米金红石型二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米滑石粉、纳米碳纤维正不断用来改善涂膜的性能，它们可通过加到基料或涂料中作为增强性填料。纳米粒子可用于制造透明木材填孔料、汽车用陶瓷清漆、防滑／润滑涂料、防污染涂料，超耐刮性涂料以及高抗沾污性涂料等，由于其潜力巨大，因此已成为全球涂料公司研究的焦点区域。5 智能型涂料智能型涂料属于一类新涂料，它采用智能性聚合物或材料加以设计，呈现出不同凡响的功能；或以革新的方式达到独特的使用性能。智能型分子系原子级或分子级工程材料，这种材料加入涂料配方中会显示出不同寻常的功能。这类涂料包括传感器型涂料、预测性涂料系统、功能型涂料、纳米粒子型涂料、光催化涂料、新型高性能涂料等。如在涂料体系中的导电聚合物能起着模拟的聚合物中子作用，即能接收外部刺激并作出应答，这一性能可利用来开发传感器型智能涂料，用于化学传感器、气体传感器、生物传感器、光电传感器和热动开关中。将智能材料用于对腐蚀敏感之用的自探测涂料依赖于与腐蚀环境发生作用而进行转型的材料，这种相互作用可通过一些方式加以体现，例如因pH值变化而发生色变或因腐蚀进行而使导电性发生变化以及因与金属发生氧化或络合作用而由非荧光性转型为荧光性(发射光的波长发生变化)，从充以染料的微胶囊等之中在受损伤区释出有色染料，通过转型来指示和探测腐蚀损害，但在目前，这种技术以实验室为主。热致变色聚合物以及热敏颜料均可用于示温涂料中；而电致发光聚合物可用于信号指示灯、车辆驾驶室仪表板、机场跑道、伪装路标等以增强可见性；将光活性颜料加到涂料中有助于探测针孔、缩孔、划伤痕迹等施工缺陷。这种光学活性涂料用于船舶涂装，如压载水舱施工中需要探测是否有涂层是极为重要的。智能型涂料第三个重要领域是纳米复合涂料，由于纳米材料的加入可成功地设计易清洁涂料，超抗划伤涂料和抗污染涂料等。

6 结语应该看到，涂料技术目前的走向还着重于解决短、中期且比较实际的目标，这就要解决涂料用原料的最佳化、提升现有产品的质量及改善涂料制造和施工效率。不言而喻，目前市场上产品的竞争力最主要反映在制造成本和产品优势上，这就在于掌握产品的时代需求趋势以及掌握涂料制造关键并降低生产成本，这是大多数涂料企业所必须考虑的。这种结果一是使涂料产品的开发转向中、短期见效快的课题，转向改善现有产品及其制造工艺，使其价格更具竞争力或使其产品质量更优；二是环保压力促使涂料制造商们在选用涂料用原材料时更注重环保要求；三是必须密切掌握好整个供应链，即原材料的供应、配方研究开发、生产制造工艺控制、质量监控、包装、物流管理、经销点分配、广告宣传、用户使用评价等一系列体系，并集中优势于主要利润区以获取市场的控制权，主导市场上技术发展方向，这样才能居于领先地位并保持经济的持续增长。

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