涂料的种类及成膜机理概述

霍原非 蒲泓沁 张乾康 彭涛 沈嘉豪

摘要：住宅建设、能源交通和汽车工业的迅速发展带动涂料需求量的大幅增长，但在涂料的生产和使用过程中会对环境和人的健康产生威胁。为此，本文综述了几种主流涂料的发展现状及涂料的成膜机理，对涂料的污染问题进行总结，并对涂料的发展进行展望。

关键词：主流涂料;发展现状;成膜机理

近几年来，房屋建设、能源交通和汽车制造业的迅速发展，带动了涂料需求量的大幅增长。但在涂料的生产和使用过程中，产生了大量的废气、废水粉尘等有毒有害物质，对环境和人们的健康造成了严重威胁。因此解决这一问题已然成为了涂料工业继续发展的必然要求，该如何处理涂料的污染十分值得思考。为此，本文综述了几种主流涂料的发展现状及涂料的成膜机理，对涂料的污染问题进行总结，并对涂料的发展进行展望。

1涂料的发展现状

根据形态分类，涂料主要分为有机溶剂型涂料，水性涂料和粉末涂料[1]。

1.1有机溶劑型涂料

有机溶剂型涂料是把有机溶剂作为稀释剂制成的涂料[2]。经过多年的发展，有机溶剂型涂料形成了具有高装饰性和持久保护性，多功能性和多样性的新型建筑材料，不仅在现代工业和现代国防的发展中，而且在信息，生物化学和新材料方面发挥着重要作用。航空产业、海洋资源的开发和环境保护等现代产业的发展也在很大程度上取决于有机溶剂型涂料的发展。但是在涂覆涂层后，成膜过程中，溶剂蒸发，会造成环境污染，大多数有机溶剂对人类都有毒，同时在成膜后溶剂完全蒸发，造成了资源和能量的浪费。

1.2粉末涂料

粉末涂料以固体树脂作为基料，由基料与颜填料和助剂等组分组成固体粉末而制成，分为热塑性和热固性两大类[3]。与有机溶剂型涂料和水性涂料不同，它是以微小的粉末状态存在，从而容易分散在空气中，因此它的稀释剂是空气，而不是液体[4]。粉末涂料对环境要求低，可使用静电、滚涂、淋涂等多种涂装方式，并且过喷的粉末可以100%回收[5]。粉末涂料的涂膜性能优异，附着力良好、耐候性强、坚硬耐磨以及耐腐蚀性能优异，同时还是环境友好型涂料，在生产及使用过程中可以达到VOC零排放。

但其有很多缺陷，比如在生产和涂装过程中会产生大量粉尘，现有的除尘设备无法处理完全，仍有部分超细粉尘排放到大气中，并且需大量使用对人体有害的原料。粉末涂料的固化需要高温条件，要消耗更多能量，而且无法在大多数非金属底材、特大型金属件和形状复杂的金属件表面使用。

1.3水性涂料

水性涂料就是将水作为分散介质或者作为溶剂的一种涂料，按照使用的黏合剂进行划分，水性涂料可以分为人工合成树脂的水性涂料，还有矿物质以及天然物质为主的天然性的水性涂料[6]。

水性涂料不仅成本低，而且相对于有机溶剂型涂料安全、不易燃易爆、可以在潮湿环境中直接使用，适用于喷涂、刷涂、电泳涂装等多种方法，以及于各种材质及形状的物品，受涂装方法和固化条件的限制小。并且这种涂料疏松多孔，透气性良好，不容易起泡，对施工的基层含水率要求更为宽松。

以水作为原料既有好处也有缺点。水较难蒸发，水性涂料需要更高的烘干温度或更长的烘干时间，这种涂料对喷漆室的湿度也有一定的要求，在环境相对湿度85%以上时表干缓慢，水溶剂在较饱和湿度环境下无法正常挥发，当相对湿度过高（I>90%）时，在被涂物上的涂膜会流淌下来[7]。因此还需要在有良好的空气循环的喷漆室中，保持适当的温度的情况下使用。并且水性涂料现在无法像有机溶剂型涂料一样，应用于高装饰性场合。

2涂料成膜机理

涂料的成膜或者固化主要是指涂料涂覆在固体上，随着溶剂的挥发以及交联固化的发生，从液态变成固态膜，主要有物理和化学两种方式。

有机溶剂涂料、水性涂料及粉末涂料这三种主流涂料均可进行物理成膜，虽然同属物理成膜，但粉末涂料和其余两种的成膜方式并不相同，粉末涂料主要是通过静电或热的办法将其附在基材表面上，并加热至熔融温度以上，熔融的聚合物粘流体流平后，冷却即得固体漆膜。而水性涂料和有机溶剂涂料则主要是通过溶剂蒸发，乳液颗粒靠近变形并变得密集，之后互相扩散，当干燥温度达到一定时，最终成膜。并且水性涂料和有机溶剂涂料可以通过各种活性基团相互之间反应，进行化学成膜，形成交联成网状结构的薄膜。

3总结与展望

本文综述了主流涂料的发展现状和其成膜机理，研究发现虽然水性涂料和粉末涂料对环境污染相对较小，但由于水性涂料无法满足高装饰性要求的场合的需要，粉末涂料不能用于非金属底材、特大型金属件和形状复杂的金属件，无法完全替代污染较大的有机溶剂型涂料，因此有机溶剂型涂料仍占主要地位。此外发现了在涂料成膜过程中污染产生的环节，如有机溶剂涂料成膜过程中溶剂的蒸发会对大气造成污染。由此关于涂料未来的发展提出自己的看法：有机溶剂型涂料相对其他涂料性能较好，是主要使用的涂料，但污染较大，未来需要改进制备和成膜方法，减少污染物的排放。水性涂料污染较小，但无法满足高装饰性要求，未来应着重对其改性的研究，提升其性能，以满足高装饰性场合的需要。粉末涂料则需要改进粉尘处理技术和制备工艺，减少超细粉的污染并降低能耗。

参考文献：

[1]吴晖.苯甲酸型缩水甘油酯和几种潜在固化剂的合成探索[D]. 南京理工大学，2014.

[2]左国庆.水性电机面漆涂膜的性能及改进[C]//高功能涂料开发与应用技术研讨会暨氟硅材料在涂料中的应用技术研讨会.2003.

[3]胡利平，曹有名.低温固化聚酯/环氧粉末涂料研究[J].广东化工，2015，42（11）：30-32.

[4]李文渊.低温固化环氧粉末涂料及MDF粉末静电喷涂工艺研究[D].广东工业大学，2015.

[5]师立功.未来环保涂料市场粉末涂料能否异军突起笑傲江湖[J].涂料工业，2018，48（05）：80-87.

[6]石星丽，张亚娟，冯潇.水性涂料的化学配方应用及其发展探究[J].化工设计通讯，2017，43（10）：61.

[7]罗帅.水性涂料的研究进展[J].现代涂料与涂装，2015，18（12）：1-6.

作者简介：霍原非（2000-），男，河北省唐山市人，民族：汉，职称：无，学历：本科生。研究方向：材料材料物理化学。