水性涂料环保特性及其在表面涂装工艺中的应用分析.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7水性涂料环保特性及其在表面涂装工艺中的应用分析崔少杰袁李雅蕾袁张雷（山东省青岛市生态环境局平度分局，山东 青岛 266700）【摘要】分析了水性涂料相较于传统溶剂型涂料在环保方面具有的优势袁尤其在低挥发性有机化合物渊VOCs冤排放尧低毒性尧良好的生物降解性等方面具有明显优势袁探讨水性涂料在金属尧塑料尧木材以及建筑等表面的涂装应用袁结合水性涂料的特点袁进一步分析了其在表面涂装工艺应用中面临的问题袁并提出了有针对性的解决方案遥【关键词】水性涂料曰表面涂装曰环保【中图分类号】TQ639【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0016-030 引言随着人们环保意识的增强和国家政策的支持，水性涂料在表面涂装工艺中的应用日益广泛。水性涂料以水作为稀释剂，相较于传统溶剂型涂料具有较低的毒性，且挥发性有机化合物（VOCs）排放量较低，在环保性能、生态效益和经济效益等方面具有很大的优势。然而，由于水性涂料与溶剂型涂料在性能方面存在一定的差异，如固化速度、耐磨性、耐候性等，导致水性涂料在应用过程中还存在一些问题。为了进一步推广水性涂料在表面涂装工艺中的应用，需要加强水性涂料的研究和开发，不断提高其性能和稳定性，并优化涂装工艺，提高施工人员的技术水平和操作经验。同时，政府和企业应大力支持和鼓励水性涂料的应用，制定相关的环保政策和标准，推动绿色涂料产业的发展，为全球生态环境保护做出贡献。1 水性涂料的环保特性1.1 低 VOCs 排放VOCs 是指在标准温度条件下具有较高蒸汽压且具有挥发性的有机化合物，主要来源于工业废气、汽车尾气、涂料制造、溶剂生产等。在大气中，VOCs与氮氧化物反应会产生臭氧和其他光化学氧化物，会对空气质量和生态环境产生负面影响。此外，VOCs 还是室内空气污染的重要来源，可能引发头痛、嗜睡、嗓子发痒、气喘、过敏等不良反应。因此，降低 VOCs 排放对于减少环境污染和保护人体健康至关重要。水性涂料使用水作为稀释剂，其 VOCs 排放量比传统溶剂型涂料显著降低，大约只有传统涂料的 1/10。此外，水性涂料不含甲醛、苯等有害物质，更加环保和安全。这些特点使水性涂料在建筑、汽车、家具等领域的应用范围逐渐扩大，成为绿色涂料的代表。1.2 低毒性传统的溶剂型涂料采用挥发性有机溶剂作为稀释剂，其中一些有机化合物对人体和环境有较高危害性。例如，苯、甲苯、二甲苯等有机化合物是常见的VOCs，它们易挥发成气态，并在大气中形成臭氧等有害物质，对环境造成破坏。此外，这些有机化合物还可能造成室内空气污染，影响人体健康。而水性涂料相比溶剂型涂料，其原材料和添加剂的毒性更低，采用水作为主要的稀释剂，不会对人体和环境造成不利影响。1.3 良好的生物降解性水性涂料中的许多成分都是天然或可生物降解的物质。例如，水性丙烯酸涂料中的乳液树脂、填料和颜料等组分，可以被微生物分解为水和二氧化碳等；水性环氧涂料中的环氧树脂和固化剂也可以在环境中被微生物降解，减少对生态环境的危害。水性涂料在使用过程中产生的废水也易于处理，可以通过生物降解等方法来处理。相比之下，溶剂型涂料在使用过程中产生的废水中的有害物质较多，且不易分解，处理难度较大。2 表面涂装工艺中水性涂料的应用水性涂料是一种绿色环保型涂料，采用水作为稀释剂，具有低 VOCs 排放、低毒性、良好的生物降解性等优点，在各种表面涂装工艺中的应用越来越广泛。2.1 金属表面涂装金属表面涂装是保护金属表面不受损、提高金属产品质量、延长其使用寿命的重要手段。在金属表面涂装中，水性涂料可用于金属表面防锈、防腐蚀、装饰和保护。其中，水性丙烯酸涂料是较为常见的一节能环保16LOW CARBON WORLD 2023/7种水性涂料，其具有良好的耐候性、耐磨性、耐化学品性、色彩保持性和涂装性能等优点，可应用于金属表面涂装。在水性涂料的应用过程中，要注意金属表面的预处理和涂装条件。金属表面必须进行除锈、除油、除污等处理，确保涂层的附着力和耐久性。涂装条件也要进行适当的优化，确保涂装膜的光滑度和硬度，避免出现涂层起泡、脱落等问题1。2.2 塑料表面涂装水性涂料可用于各种塑料制品的表面涂装，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯等。水性涂料可提升塑料制品的防水、防潮、耐腐蚀、耐磨损、耐紫外线等性能，从而延长其使用寿命，提高其美观度。水性涂料在各种塑料表面具有较好的附着力，不易剥落、开裂。此外，水性涂料具有可调节的黏度和流动性，能够适应不同形状和尺寸的塑料制品涂装。2.3 木材表面涂装木材表面涂装是保护和美化木材表面的一种重要手段。传统的溶剂型涂料在木材表面涂装中广泛应用，但随着人们环保意识的增强、环保法规的日趋完善，水性涂料逐渐替代溶剂型涂料。水性涂料在木材表面涂装中的应用优势主要表现在以下 4 个方面。（1）保护性能。水性涂料具有出色的保护性能，能够防止木材受潮、腐朽，避免遭受昆虫和霉菌的侵害。此外，水性涂料还能够有效抵御紫外线，防止木材因长期暴露在阳光下变色和劣化。（2）装饰效果。水性涂料具有良好的透明度和光泽度，能够为木材提供出色的装饰效果。水性涂料不仅能够保护木材表面，还能够突出木材的天然纹理和色彩，提高木材的美观度和装饰效果。（3）环保性能。相比传统的溶剂型涂料，水性涂料的 VOCs 排放量更低，对室内空气质量的影响更小。此外，水性涂料中不含有害的重金属和有机物，对环境和人体健康更加友好。（4）施工性能。水性涂料的干燥时间较短，涂层干燥后的表面平整度和硬度较高，能够提高施工效率和涂层的耐久性。在实际应用中，水性涂料可分为清漆和漆膜涂料两类。清漆主要用于保护和美化木材表面，涂层透明，能够显示出木材天然的纹理和色彩。漆膜涂料则包括底漆、面漆和封边漆等，除了具备清漆的功能外，还具有优异的保护性能和装饰效果。2.4 建筑表面涂装水性涂料在建筑表面涂装中的应用非常广泛，可以用于室内外墙面、地板、屋顶、门窗等各种建筑表面。与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料具有以下优势。（1）环保。水性涂料中的有害物质较少，特别是VOCs 排放量较低，对环境和人体健康的影响较小。水性涂料的使用可以减少施工过程中有害物质的排放，提高施工环境和室内空气质量。（2）良好的耐候性。水性涂料具有较好的耐候性，能够在不同气候条件下保持长时间的色彩和光泽度，减少了涂料维护和更换的次数，降低了建筑维护成本。（3）良好的装饰效果。水性涂料的颜色选择多样，且可根据需要进行定制。水性涂料可以营造出各种效果，如光泽、哑光、纹理等，增强了建筑物的装饰效果。（4）抗污染性强。水性涂料具有较强的抗污染性能，能够抵御大气污染、水分、紫外线、霉菌等多种侵害，延长涂料的使用寿命，降低维护成本2。在建筑表面涂装过程中，水性涂料的应用与传统涂料类似，包括表面处理、底漆涂装、中涂涂装和面漆涂装。需要注意的是，水性涂料的涂装条件和施工温度比传统溶剂型涂料更为严格，需要控制好施工环境和涂料的质量，确保施工效果。2.5 其他领域的应用在纸张表面涂装领域，水性涂料能够增强纸张的光泽和耐水性，使其更加耐用。与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料不会污染纸张表面，也不会产生刺激性气味和有害物质，因此更加环保。目前，水性涂料在印刷纸、涂布纸、特种纸等领域已经得到了广泛的应用。在纺织品表面涂装领域，水性涂料可以为纺织品增加防水、防污、防火等特殊性能。水性涂料与纺织品的结合较好，不会对纤维造成损害，同时也不会对人体造成危害。目前，水性涂料在户外用品、运动服装、防火布料等领域的应用日益广泛。在家具表面涂装领域，水性涂料能够保护木质家具免受污染和损伤，同时具有良好的装饰效果。水性涂料的 VOCs 排放量较低，不会污染室内环境，也不会对家具和人体造成危害3。目前，水性涂料在沙发、床、橱柜等家居产品中得到了广泛的应用。3 水性涂料在表面涂装工艺应用中的问题与解决方案3.1 成本与性能平衡水性涂料相较于传统溶剂型涂料在环保方面具有较大的优势，其低 VOCs 排放、低毒性、良好的生物降解性等优点受到了市场和消费者的广泛认可。但是，部分水性涂料在性能方面可能略逊于溶剂型涂料，如耐磨性、耐候性等，使其在一些应用领域受到节能环保17LOW CARBON WORLD 2023/7限制。此外，水性涂料的成本比传统溶剂型涂料高，这也使得其在市场竞争中处于不利地位。为了平衡成本和性能，研究人员和企业应加大对水性涂料性能优化的研究力度，提高其性价比，以满足市场需求。一方面，通过选择合适的树脂、助剂等原材料，调整涂料的配方，提高其性能；另一方面，通过研发新型的水性涂料，提高其性能，拓展更多的应用领域。例如，在改善水性涂料耐磨性方面，可以探索采用纳米材料、聚氨酯等新型添加剂，或者采用双组分交联反应技术，以提高其硬度和耐磨性。在提高水性涂料耐候性方面，可以通过优化涂层的配方，增强其耐紫外线、耐氧化性等性能。此外，还可以探索采用新型光稳定剂、抗氧化剂等添加剂，以增强涂层的耐候性。3.2 水性涂料的干燥与固化水性涂料的干燥与固化过程相较于溶剂型涂料较慢，可能会对涂装工艺的生产效率造成一定的影响。通过优化涂料配方和改进涂装设备与工艺等措施，可以加快水性涂料的干燥与固化速度，从而提高涂装效率4。首先是优化涂料配方，可在涂料的配方中加入促进干燥和固化的成分，如交联剂、固化剂等。这些成分能够加快涂料的固化反应，缩短干燥时间，提高涂料的性能。其次是改进涂装设备和工艺，采用辅助热源可以加快水性涂料的干燥速度，例如，在涂装时使用红外线烤漆炉、紫外线干燥机等。此外，也可以通过调整涂装过程中的温度、湿度等参数来优化涂料干燥效果，提高生产效率。最后是调整生产计划，对于干燥困难的涂装工件，可以采取先干燥后涂装的方法，确保涂料充分干燥和固化。同时，也可以根据涂装工艺的特点和涂料干燥时间的要求，合理制订生产计划，以提高生产效率5。3.3 施工技术与操作方法水性涂料在施工技术与操作方法方面应做如下调整。（1）喷涂技术。相较于传统溶剂型涂料，水性涂料的黏度较高，需要适当调整喷涂设备的压力、喷嘴的大小和喷涂距离等参数，以获得理想的喷涂效果。（2）涂装厚度的控制。水性涂料在涂装过程中容易发生起皮、流挂等问题，因此，需要施工人员掌握涂装厚度的控制方法，确保涂层的平整度和附着力。（3）涂装环境的要求。水性涂料对施工环境的要求比传统溶剂型涂料更高，需要严格控制温度、湿度等因素，确保涂层的质量和性能。（4）与旧涂料的兼容性。在进行水性涂料的涂装前，需要将旧涂料完全清除，避免水性涂料与旧涂料难以兼容。此外，如果需要进行涂料修补，也需要确保新旧涂料的兼容性，避免出现涂层脱落等问题。为确保水性涂料的涂装效果和性能，施工人员需要掌握涂装方法和操作技巧，应注意以下 5 个要点。（1）喷涂。水性涂料喷涂需要注意喷嘴大小、气压、喷涂距离等参数的调整，确保涂层的均匀性和质量。同时，也需要注意控制喷涂速度和角度，避免出现涂料滴落或者流挂的现象6。（2）辊涂。在进行水性涂料辊涂时，需要注意辊子的选择和操作。辊子的质量和类型会影响涂层的均匀性和光泽度，因此需要选择质量好、适用于水性涂料的辊子，并控制辊子的涂布厚度和涂布速度。（3）储存和搬运。水性涂料的储存和搬运需要注意防止冻结、高温、阳光直射等不良影响。在搬运过程中，需要注意防止涂料桶破裂、漏涂。（4）涂层的干燥和固化。水性涂料的干燥和固化过程较为缓慢，需要注意涂料的干燥时间和固化时间，避免出现干燥不充分、固化不完全等情况。（5）清洗和维护。水性涂料的施工和涂装工具需要使用合适的清洁剂和工具，同时，也需要定期检查和维护涂层，以延长其使用寿命。4 结语水性涂料在环保方面具有明显优势，包括低VOCs 排放、低毒性、良好的生物降解性等，从而减少有害物质的排放，改善施工环境和室内空气质量，减少对环境和人体健康的危害。未来，随着人们环保意识的增强、法律法规的完善和科技的进步，水性涂料在表面涂装工艺中的应用前景将更加广阔。参考文献1 于长江.实木家具水性涂料环保涂装的解决方案J.中国涂料，2022，37（8）：59-63.2 庞宇.水性漆环保涂料在涂装中的运用研究J.四川水泥，2019（9）：94.3 仲岩.简析水性漆环保涂料在涂装中的应用J.工程建设与设计，2019（12）：161-162.4 张贵智，王秀锦，申标，等.浅谈水性漆环保涂料在涂装中的应用J.汽车实用技术，2018（21）：263-264.5 张云飞，陈天宇，唐瑞芬，等.水性 UV 涂料在塑胶表面涂装的应用J.中国涂料，2015，30（5）：47-50，63.6 肖九梅.塑料制品涂装专用水性环保涂料J.化学工业，2011，29（4）：21-24，34.作者简介院崔少杰（1976），男，汉族，山东青岛人，本科，高级工程师，研究方向为环境工程。节能环保18