无溶剂涂料的现状及其发展

无溶剂涂料的现状及其发展

李月,孙瑞

(天津灯塔涂料有限公司,天津300400)

摘要:无溶剂型涂料是一种新型环境友好的涂料,是各个涂料公司竞相研究和生产的对象。介绍了环氧、聚氨酯、聚脲等不同树脂品种的无溶剂涂料及其应用,并对其发展前景进行展望。

关键词:环境友好;无溶剂:涂料

0^1■■-__-刖菁

传统低固体分的溶剂型涂料中含有大量的有机溶剂,在其生产、施工、干燥和固化过程中,需向大气中散发出大量的VOC,对环境造成严重的影响Ⅲ。目前很多国家对涂料中的挥发性有机物的含量及排放给予了限制,使用无溶剂涂料最突出的特点就是能够减少有机溶剂挥发,控制其对空气的污染。因此,无溶剂涂料受到了市场的广泛关注陉。5】。

无溶剂涂料是指成膜后固体分含量接近或达到100%的涂料,它是一种高性能、高固体分的涂料嘲。无溶剂涂料又可称活性溶剂涂料,它并不是完全不含溶剂,而是指溶剂最终成为涂膜组分,在固化成膜过程中不向大气中排放Voc。无溶剂涂料一般为双组分,有时在使用前加入添加剂,常见的有环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚脲树脂等,其耐腐性、耐候性、机械强度等较为突出,一次成膜,附着力优异,原料的选择范围广,具有污染少、施工便利、物理性能优异,应用广泛等特尉7固j。

1环氧型无溶剂涂料

在目前使用的无溶剂涂料和黏合剂中,使用量和使用范围最大的就是环氧树脂,环氧树脂中含有多种可发生不同功能作用的基团,如环氧基、醚键、羟基和苯环,其中环氧基可发生交联反应,

2016年中国涂料、颜料行业工作年会论文集I135

羟基发挥黏结作用,醚键的耐水解性能优良,苯环的耐腐蚀性与耐热性良好。因此固化后的树脂具有坚韧、收缩率低、耐水、耐化学腐蚀和有机溶剂、可与许多材料牢固黏结等优尉101。

1.1无溶剂防腐涂料

王彝p1等研制了由不同分子量复配的环氧树脂与改性聚酰胺固化剂反应,再添加适量的促进剂、活性稀释剂、颜填料等得到了无溶剂超厚膜型环氧重防腐涂料,该涂料不含有机溶剂,一次喷涂干膜厚度可达1200~1300um。对涂层进行测试,结果显示该无溶剂超厚膜环氧涂料固含量高,无溶剂挥发,施工涂装道数少,能缩短工期,有效地减少环境污染。该涂层干燥后收缩率低,抗渗透性能好,综合物理性能优异。

张娟n”等制备了一种无溶剂环氧重防腐涂料并进行了性能检测,实验表明,加入5%的湿法绢云母粉可以显著提高涂膜的抗介质渗透能力。采用618环氧树脂、活性稀释剂、膨润土、湿法绢云母粉、惰性填料和脂肪胺固化剂制备出性能优异的无溶剂环氧重防腐涂料,施工性能好,可一次性施工500

防护。um不流挂,与防锈底漆或渗透性底漆配套,可广泛应用于重防腐领域钢结构和混凝土等的

杜建伟¨21等采用适当的活性稀释剂替代常规挥发性溶剂,通过使用硅烷偶联剂KH560、触变剂和消泡剂等改善玻璃鳞片在环氧树脂中的分散状态,利用适当的鳞片片径和采用喷洒法处理玻璃鳞片表面,增强玻璃鳞片的憎水性、悬浮性、分散性,提高玻璃鳞片和环氧树脂的润湿性,进一步提高涂层的黏附性。制成的无溶剂环氧玻璃鳞片涂料,其涂膜具有优异的机械性能和优良的耐化学介质性,是一种既安全又环境友好的防腐蚀涂料。

刘成楼u习等以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以聚硫橡胶为增韧剂,以腰果壳液改性胺为固化剂,以磷酸铝锌为防锈颜料,以SiC、陶瓷微珠、纳米Al:O,为耐磨填料,在活性稀释剂和助剂的配合下制备无溶剂环氧涂料,该涂料是一种耐含砂水流冲磨、海浪冲蚀、风砂撞磨的环境友好型涂料。为了提高环氧固化产物的柔韧性,选用液态聚硫橡胶JLY-121进行增韧,用量为环氧树脂的10%左右。耐磨填料选用球形碳化硅、硅铝基陶瓷微珠、纳米三氧化二铝,其组合比例为:20:10:2(质量分数)。稀释剂选用腰果壳液改性的不挥发非活性稀释剂,添加量为环氧树脂的20%左右。固化剂的选用腰果壳液改性酚醛胺Nx一2007。研制的无溶剂环氧抗冲磨防腐涂料,综合性能优异、应用领域广泛,市场前景看好。

高波n41等讨论了该涂料树脂体系、触变剂等对涂层防腐性能及施工性能的影响,同时采用电化学阻抗谱(EIs)方法评价了涂层的防腐性能,结果显示,当涂层改性树脂的用量为环氧树脂用量的50%~60%时,涂层综合性能最好。自制改性触变剂使其具有良好贮存稳定性和抗流挂性,吸油量较高的粉料经偶联剂处理后,改变了粉料与基材和树脂之间的结合方式,从而提高了涂层的防腐性能。研制的高性能双组分无溶剂改性环氧砂浆重防腐涂料是一种性能优异、超厚膜化施工、性价比高的涂料,具有广阔的应用前景。

1.2无溶剂地坪涂料

随着环保理念的日益加深,无溶剂地坪涂料也越发为人们所重视,从高光环氧自流平地坪,到亚光环氧自流平地坪,直至环氧磨石地坪,环境友好型的无溶剂环氧地坪涂料为人们广泛熟知并使用n5。81。

马小芳一1等使用E一5l环氧树脂、活性稀释剂丁基缩水甘油醚、适当的助剂和固化剂配制的涂1362016年中国涂料、颜料行业工作年会论文集

料,该涂料无VOC的排放,一次性成膜厚可达1IIlnl,是普通涂料成膜厚的10~20倍。涂层具有优异的机械性能和耐化学品性能,生产工艺简单,产品性能稳定,自流平效果好,表面光滑,装饰效果佳,施工周期短,修补容易。环氧自流平地坪涂料的流动度可达到170~180mm,光泽为95%左右,流平性好、施工工艺简单,涂膜的光泽高、丰满度好。

赖应标n卅等使用E-5l环氧树脂和自制耐黄变环氧固化剂为主要成膜物质,研制了一种无溶剂环氧磨石专用地坪涂料,并对骨料的选择、物料配比等探讨,结果显示使用适合粒径的骨料得到地坪涂料凹坑较少,在地坪涂料:骨料约为1:3的情况下黏度最佳,地坪厚度可一次性达到6~20mm,是一种环境友好高性能高装饰性地坪。

2聚氨酯型无溶剂涂料

赵绍洪∞1等研制了以蓖麻油酸改性环氧酯为含羟基树脂,以二丁胺改性l’6・己二醇二缩水甘油醚为反应性稀释剂,配合聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料、磷钛粉、吸水剂等组成A组分,采用含一NCO基的聚氨酯预聚体为B组分,将A组分和B组分按规定比例混合均匀后涂布在金属表面即形成一种无溶剂、不含重金属的新型环境友好金属防锈涂料。该涂料通过合成蓖麻油酸改性环氧酯、二丁胺改性l,6一己二醇二缩水甘油醚反应性稀释剂,配合聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料、zOLD矾E@MS.PLus除水剂等,制备出的聚苯胺无溶剂聚氨酯防锈涂料不仅具有黏度低、施工性好的特点,而且涂膜外观平整光滑,无气泡,具有优良的附着力、抗冲击、耐磨性、耐化学介质等性能。

刘锦春口¨研究了无溶剂聚氨酯防水涂料用预聚物的合成,并讨论了原料种类、游离一NcO质量分数、扩链剂组分中聚醚多元醇的配比催化剂用量等对涂膜力学性能的影响,结果显示以聚醚3050和Tdi01.2000合成半预聚物时,A组分游离一NCO质量分数控制在9%~10%、3050/Tdiol一2000质量比为0.6、填料加入量为20%~30%时,材料的综合性能较好。催化剂加入量为0.2%~0.3%时,材料的工艺性能较好。紫外线吸收剂加入量为0.3%左右时,材料耐日光老化性能较好。

3其他型无溶剂涂料

胡兴兰口21等研究了以聚天门冬氨酸酯为基料树脂,以HDI三聚体、HDI缩二脲和自制树脂115为固化剂制备了无溶剂聚脲涂料,研究了不同固化剂对涂层物理化学性能的影响,自制的115固化剂具有较大的空间位阻,延长涂料的活化时间且得到的涂膜断裂伸长率最大。使用HDI三聚体、HDI缩二脲为固化剂的耐磨性更佳,弹性模量更大,涂膜效果好,3种不同固化剂均可满足设计要求,解决叶片涂料韧性不够的问题。

周广青但31等以自制的有机硅低聚物、有机膦酸、环氧树脂合成无溶剂环氧聚硅氧烷树脂防251,探讨了3种材料在合成树脂中所占比例对树脂成膜性能的影响。结果表明:有机硅低聚物加入量为40%~80%(质量分数)、环氧树脂加入量为10%~60%(质量分数)、有机膦酸加入量为0.5%~5%(质量分数)为宜;以此树脂为成膜物质,复配颜填料和助剂制备的压载舱涂料具有无溶剂、单组分、固化快、防腐寿命长的特点,经盐雾试验、阴极剥离性能试验和冷凝舱试验,其涂层综合性能符合GB/rI’6823—2008《船舶压载舱漆》标准的要求。

董晓娜B61等指出由于硅树脂结构,使其具有优良的耐高低温性、耐候性等性能田1,此文章以甲

2016年中国涂料、颜料行业工作年会论文集l137

技术进展

基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等为原料,在无水乙醇和水的混合溶剂中进行水解。经缩聚封端,脱除溶剂,活性稀释剂调整固含量等工艺,制得无溶剂甲基苯基耐高温硅树脂溶液。分析其水解温度、单体配比、用水量、乙烯基硅氧烷含量等因素对无溶剂硅树脂合成反应的影响,并得到最佳合成工艺:,l(Ph)/n限)卸4,,z限)/,z(si)=1.3,水解温度为50℃。采用热失重测试研究了硅树脂的耐热性能。结果表明该树脂具有优异的耐热性能,当温度达到350℃时热失重仅为2.4%,800℃时仍有73%的硅树脂残留分率。

4结语

自从国家发布对于施工状态下挥发性有机物含量低于420g/L的涂料免征消费税,这就对传统的涂料行业一个不小的冲击,传统涂料的VOC往往都高于国家规定值,且挥发性大,有毒成分多,在生产、运输和涂装过程中都存在一定的危害和污染。随着人们环保意识的增强,新兴的水性涂料、光固化涂料和无溶剂涂料等发张日益加快,其中的无溶剂涂料以其优异的性能和施工的方便性引起了人们的极大重视,因此无溶剂涂料是非常具有发展潜力的涂料品种,随着研究的不断深入,会占有更大的市场份额。

参考文献

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技术进展

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无溶剂涂料的现状及其发展

李月,孙瑞

(天津灯塔涂料有限公司,天津300400)

摘要:无溶剂型涂料是一种新型环境友好的涂料,是各个涂料公司竞相研究和生产的对象。介绍了环氧、聚氨酯、聚脲等不同树脂品种的无溶剂涂料及其应用,并对其发展前景进行展望。

关键词:环境友好;无溶剂:涂料

0^1■■-__-刖菁

传统低固体分的溶剂型涂料中含有大量的有机溶剂,在其生产、施工、干燥和固化过程中,需向大气中散发出大量的VOC,对环境造成严重的影响Ⅲ。目前很多国家对涂料中的挥发性有机物的含量及排放给予了限制,使用无溶剂涂料最突出的特点就是能够减少有机溶剂挥发,控制其对空气的污染。因此,无溶剂涂料受到了市场的广泛关注陉。5】。

无溶剂涂料是指成膜后固体分含量接近或达到100%的涂料,它是一种高性能、高固体分的涂料嘲。无溶剂涂料又可称活性溶剂涂料,它并不是完全不含溶剂,而是指溶剂最终成为涂膜组分,在固化成膜过程中不向大气中排放Voc。无溶剂涂料一般为双组分,有时在使用前加入添加剂,常见的有环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚脲树脂等,其耐腐性、耐候性、机械强度等较为突出,一次成膜,附着力优异,原料的选择范围广,具有污染少、施工便利、物理性能优异,应用广泛等特尉7固j。

1环氧型无溶剂涂料

在目前使用的无溶剂涂料和黏合剂中,使用量和使用范围最大的就是环氧树脂,环氧树脂中含有多种可发生不同功能作用的基团,如环氧基、醚键、羟基和苯环,其中环氧基可发生交联反应,

2016年中国涂料、颜料行业工作年会论文集I135

羟基发挥黏结作用,醚键的耐水解性能优良,苯环的耐腐蚀性与耐热性良好。因此固化后的树脂具有坚韧、收缩率低、耐水、耐化学腐蚀和有机溶剂、可与许多材料牢固黏结等优尉101。

1.1无溶剂防腐涂料

王彝p1等研制了由不同分子量复配的环氧树脂与改性聚酰胺固化剂反应,再添加适量的促进剂、活性稀释剂、颜填料等得到了无溶剂超厚膜型环氧重防腐涂料,该涂料不含有机溶剂,一次喷涂干膜厚度可达1200~1300um。对涂层进行测试,结果显示该无溶剂超厚膜环氧涂料固含量高,无溶剂挥发,施工涂装道数少,能缩短工期,有效地减少环境污染。该涂层干燥后收缩率低,抗渗透性能好,综合物理性能优异。

张娟n”等制备了一种无溶剂环氧重防腐涂料并进行了性能检测,实验表明,加入5%的湿法绢云母粉可以显著提高涂膜的抗介质渗透能力。采用618环氧树脂、活性稀释剂、膨润土、湿法绢云母粉、惰性填料和脂肪胺固化剂制备出性能优异的无溶剂环氧重防腐涂料,施工性能好,可一次性施工500

防护。um不流挂,与防锈底漆或渗透性底漆配套,可广泛应用于重防腐领域钢结构和混凝土等的

杜建伟¨21等采用适当的活性稀释剂替代常规挥发性溶剂,通过使用硅烷偶联剂KH560、触变剂和消泡剂等改善玻璃鳞片在环氧树脂中的分散状态,利用适当的鳞片片径和采用喷洒法处理玻璃鳞片表面,增强玻璃鳞片的憎水性、悬浮性、分散性,提高玻璃鳞片和环氧树脂的润湿性,进一步提高涂层的黏附性。制成的无溶剂环氧玻璃鳞片涂料,其涂膜具有优异的机械性能和优良的耐化学介质性,是一种既安全又环境友好的防腐蚀涂料。

刘成楼u习等以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以聚硫橡胶为增韧剂,以腰果壳液改性胺为固化剂,以磷酸铝锌为防锈颜料,以SiC、陶瓷微珠、纳米Al:O,为耐磨填料,在活性稀释剂和助剂的配合下制备无溶剂环氧涂料,该涂料是一种耐含砂水流冲磨、海浪冲蚀、风砂撞磨的环境友好型涂料。为了提高环氧固化产物的柔韧性,选用液态聚硫橡胶JLY-121进行增韧,用量为环氧树脂的10%左右。耐磨填料选用球形碳化硅、硅铝基陶瓷微珠、纳米三氧化二铝,其组合比例为:20:10:2(质量分数)。稀释剂选用腰果壳液改性的不挥发非活性稀释剂,添加量为环氧树脂的20%左右。固化剂的选用腰果壳液改性酚醛胺Nx一2007。研制的无溶剂环氧抗冲磨防腐涂料,综合性能优异、应用领域广泛,市场前景看好。

高波n41等讨论了该涂料树脂体系、触变剂等对涂层防腐性能及施工性能的影响,同时采用电化学阻抗谱(EIs)方法评价了涂层的防腐性能,结果显示,当涂层改性树脂的用量为环氧树脂用量的50%~60%时,涂层综合性能最好。自制改性触变剂使其具有良好贮存稳定性和抗流挂性,吸油量较高的粉料经偶联剂处理后,改变了粉料与基材和树脂之间的结合方式,从而提高了涂层的防腐性能。研制的高性能双组分无溶剂改性环氧砂浆重防腐涂料是一种性能优异、超厚膜化施工、性价比高的涂料,具有广阔的应用前景。

1.2无溶剂地坪涂料

随着环保理念的日益加深,无溶剂地坪涂料也越发为人们所重视,从高光环氧自流平地坪,到亚光环氧自流平地坪,直至环氧磨石地坪,环境友好型的无溶剂环氧地坪涂料为人们广泛熟知并使用n5。81。

马小芳一1等使用E一5l环氧树脂、活性稀释剂丁基缩水甘油醚、适当的助剂和固化剂配制的涂1362016年中国涂料、颜料行业工作年会论文集

料,该涂料无VOC的排放,一次性成膜厚可达1IIlnl,是普通涂料成膜厚的10~20倍。涂层具有优异的机械性能和耐化学品性能,生产工艺简单,产品性能稳定,自流平效果好,表面光滑,装饰效果佳,施工周期短,修补容易。环氧自流平地坪涂料的流动度可达到170~180mm,光泽为95%左右,流平性好、施工工艺简单,涂膜的光泽高、丰满度好。

赖应标n卅等使用E-5l环氧树脂和自制耐黄变环氧固化剂为主要成膜物质,研制了一种无溶剂环氧磨石专用地坪涂料,并对骨料的选择、物料配比等探讨,结果显示使用适合粒径的骨料得到地坪涂料凹坑较少,在地坪涂料:骨料约为1:3的情况下黏度最佳,地坪厚度可一次性达到6~20mm,是一种环境友好高性能高装饰性地坪。

2聚氨酯型无溶剂涂料

赵绍洪∞1等研制了以蓖麻油酸改性环氧酯为含羟基树脂,以二丁胺改性l’6・己二醇二缩水甘油醚为反应性稀释剂,配合聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料、磷钛粉、吸水剂等组成A组分,采用含一NCO基的聚氨酯预聚体为B组分,将A组分和B组分按规定比例混合均匀后涂布在金属表面即形成一种无溶剂、不含重金属的新型环境友好金属防锈涂料。该涂料通过合成蓖麻油酸改性环氧酯、二丁胺改性l,6一己二醇二缩水甘油醚反应性稀释剂,配合聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料、zOLD矾E@MS.PLus除水剂等,制备出的聚苯胺无溶剂聚氨酯防锈涂料不仅具有黏度低、施工性好的特点,而且涂膜外观平整光滑,无气泡,具有优良的附着力、抗冲击、耐磨性、耐化学介质等性能。

刘锦春口¨研究了无溶剂聚氨酯防水涂料用预聚物的合成,并讨论了原料种类、游离一NcO质量分数、扩链剂组分中聚醚多元醇的配比催化剂用量等对涂膜力学性能的影响,结果显示以聚醚3050和Tdi01.2000合成半预聚物时,A组分游离一NCO质量分数控制在9%~10%、3050/Tdiol一2000质量比为0.6、填料加入量为20%~30%时,材料的综合性能较好。催化剂加入量为0.2%~0.3%时,材料的工艺性能较好。紫外线吸收剂加入量为0.3%左右时,材料耐日光老化性能较好。

3其他型无溶剂涂料

胡兴兰口21等研究了以聚天门冬氨酸酯为基料树脂,以HDI三聚体、HDI缩二脲和自制树脂115为固化剂制备了无溶剂聚脲涂料,研究了不同固化剂对涂层物理化学性能的影响,自制的115固化剂具有较大的空间位阻,延长涂料的活化时间且得到的涂膜断裂伸长率最大。使用HDI三聚体、HDI缩二脲为固化剂的耐磨性更佳,弹性模量更大,涂膜效果好,3种不同固化剂均可满足设计要求,解决叶片涂料韧性不够的问题。

周广青但31等以自制的有机硅低聚物、有机膦酸、环氧树脂合成无溶剂环氧聚硅氧烷树脂防251,探讨了3种材料在合成树脂中所占比例对树脂成膜性能的影响。结果表明:有机硅低聚物加入量为40%~80%(质量分数)、环氧树脂加入量为10%~60%(质量分数)、有机膦酸加入量为0.5%~5%(质量分数)为宜;以此树脂为成膜物质,复配颜填料和助剂制备的压载舱涂料具有无溶剂、单组分、固化快、防腐寿命长的特点,经盐雾试验、阴极剥离性能试验和冷凝舱试验,其涂层综合性能符合GB/rI’6823—2008《船舶压载舱漆》标准的要求。

董晓娜B61等指出由于硅树脂结构,使其具有优良的耐高低温性、耐候性等性能田1,此文章以甲

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技术进展

基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等为原料,在无水乙醇和水的混合溶剂中进行水解。经缩聚封端,脱除溶剂,活性稀释剂调整固含量等工艺,制得无溶剂甲基苯基耐高温硅树脂溶液。分析其水解温度、单体配比、用水量、乙烯基硅氧烷含量等因素对无溶剂硅树脂合成反应的影响,并得到最佳合成工艺:,l(Ph)/n限)卸4,,z限)/,z(si)=1.3,水解温度为50℃。采用热失重测试研究了硅树脂的耐热性能。结果表明该树脂具有优异的耐热性能,当温度达到350℃时热失重仅为2.4%,800℃时仍有73%的硅树脂残留分率。

4结语

自从国家发布对于施工状态下挥发性有机物含量低于420g/L的涂料免征消费税,这就对传统的涂料行业一个不小的冲击,传统涂料的VOC往往都高于国家规定值,且挥发性大,有毒成分多,在生产、运输和涂装过程中都存在一定的危害和污染。随着人们环保意识的增强,新兴的水性涂料、光固化涂料和无溶剂涂料等发张日益加快,其中的无溶剂涂料以其优异的性能和施工的方便性引起了人们的极大重视,因此无溶剂涂料是非常具有发展潜力的涂料品种,随着研究的不断深入,会占有更大的市场份额。

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技术进展

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2016年中国涂料.颜料行业工作年会论文集l139


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