【正文】 成危害，對(duì)人類健康不產(chǎn)生負(fù)面影響的涂料，也有人稱之為“環(huán)境友好涂料”。它必須是不含有害的有機(jī)揮發(fā)物和重金屬鹽的涂料。在開發(fā)綠色環(huán)保產(chǎn)品上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都集中在以下幾個(gè)方面的研究：(1)水性涂料；(2)粉末涂料；(3)高固體份涂料，并取得了一定的成效[2]。文本主要介紹了了以上三種綠色環(huán)保涂料的特點(diǎn)、主要制備方法和應(yīng)用。關(guān)鍵字：環(huán)保涂料；制備方法；環(huán)保效果 水性涂料以水為溶劑，使成膜物質(zhì)均勻分散在水中，又稱作水基涂料或者乳膠涂料。它因具有來源廣、易于凈化、低成本、低粘度、良好的涂布適應(yīng)和無毒性、無刺激、不燃性等特點(diǎn)，而成為“環(huán)境友好涂料”的主要發(fā)展方向。制備水性涂料的關(guān)鍵是在高分子化合物的分子上引入親水性基團(tuán)，獲得水溶性樹脂，主要有以下幾種方法：(1)成鹽法：通過反應(yīng)將聚合物主鏈轉(zhuǎn)變成陽離子或陰離子。如帶羧基的聚合物與胺類中和成鹽(如陽極電沉積樹脂)帶氨基的聚合物以羧酸類中和成鹽(如陰極電沉積樹脂)。此種方法在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。(2)在聚合物中引入非離子集團(tuán)，如在聚合物主鏈或側(cè)鏈上引入羥基。(3)將聚合物轉(zhuǎn)變成兩性離子中間體。水性涂料最常見的三大類是水性環(huán)氧樹脂涂料、聚氨脂涂料和水性紫外光固化涂料(UVCC)。 水性環(huán)氧樹脂涂料水性環(huán)氧涂料是以水作為主要分散介質(zhì)的環(huán)氧涂料。通常只有在基料中或固化劑中引入羧基、羥基、氨基、醚鍵和酰氨基等親水基團(tuán)，才能獲得水性環(huán)氧涂料。它既具有溶劑型環(huán)氧涂料良好的耐化學(xué)品性、附著性、物理機(jī)械性、電氣絕緣性，又有低污染、施工簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，所以迅速發(fā)展到各行各業(yè)。國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)者對(duì)水性環(huán)氧樹脂涂料的研究集中在環(huán)氧樹脂體系的改性方面，即把溶劑型的環(huán)氧樹脂改變成水性環(huán)氧樹脂?，F(xiàn)在比較成熟的環(huán)氧樹脂水性化方法有：(1)直接法(機(jī)械法)，用球磨機(jī)、膠體磨等將環(huán)氧樹脂磨碎，然后加入乳化劑水溶液，再通過機(jī)械攪拌將粒子分散于水中；(2)相反轉(zhuǎn)法，通過相反轉(zhuǎn)將聚合物從油包水狀態(tài)轉(zhuǎn)變成水包油狀態(tài)；(3)自乳化法(化學(xué)法)，將極性基團(tuán)引入環(huán)氧樹脂分子骨架中，使其具有親水性，從而可在水中分散。在這些方法中，前兩種方法工藝簡(jiǎn)單，但是所得乳液的粒徑較大，分布較寬。而自乳化法制備的乳液粒徑為納米級(jí)，更利于涂裝。從這個(gè)意義上來說化學(xué)法雖然制備步驟多、成本高，但在某些方面具有實(shí)際意義[3]。其原理是：在環(huán)氧樹脂主鏈上引入強(qiáng)親水性基團(tuán)(環(huán)氧基為三元環(huán)，張力大，C、O電負(fù)性的不同使該三元環(huán)具有極性，容易受到親核試劑或親電試劑的進(jìn)攻而發(fā)生開環(huán)反應(yīng))，使環(huán)氧樹脂不用外加乳化劑即能分散于水中。根據(jù)引入極性基團(tuán)的類型和方式不同，又可以分為陰離子法、陽離子法、非離子法、接枝法和開環(huán)接枝型五種，而陰離子法又分為酯化型和醚化型兩種類型。環(huán)氧樹脂的水性化方法是很多的，而經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮铣陕肪€制成的水性環(huán)氧樹脂在附著力、耐化學(xué)品性、硬度、抗腐蝕性等方面都具有與溶劑型環(huán)氧涂料相當(dāng)?shù)男阅埽⒂行У亟档土薞OC含量。水性環(huán)氧樹脂涂料以其優(yōu)異的性能廣泛地應(yīng)用于下面幾個(gè)方面：(1)用作電氣、儀表及車輛用水溶性電泳涂料；(2)用作食品罐頭、貯油罐、蓄水箱及船艙等內(nèi)壁涂料；(3)建筑物外墻涂料；(4)與混凝土復(fù)合成高檔鋪路材料；(5)用于機(jī)場(chǎng)、公路、停車場(chǎng)、工業(yè)地坪、隧道及操作臺(tái)面等；(6)船甲板等防滑涂料。在最近的國(guó)際涂料標(biāo)準(zhǔn)中，水性環(huán)氧涂料亦被列入重防腐涂料范疇。隨著新工藝和新技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)大規(guī)模應(yīng)用水溶性環(huán)氧樹脂涂料也為時(shí)不遠(yuǎn)了。 水性聚氨酯涂料水性聚氨酯(PU)是聚氨酯溶解或分散于水中形成的二元膠態(tài)體系。按使用形式來分類，它有單組分和雙組分之分。水性PU是以水代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚氨酯中的有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)發(fā)展起來的高分子材料，可調(diào)配成不含或僅含少許有機(jī)溶劑的涂料，這些涂料不僅具有無毒、安全可靠、易操作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有溶劑型聚氨酯的一些重要的性能特征，使它在織物、皮革涂飾及粘合劑等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。水性PU涂料的合成方法，一般分為兩個(gè)步驟：(1)由低聚物二醇參與形成高相對(duì)分子質(zhì)量的PU或中高相對(duì)分子質(zhì)量的PU預(yù)聚體；(2)通過外乳化法和自乳化法將含NCO端基的PU預(yù)聚體在剪切力作用下分散于水中。外乳化法制得的分散液極其粗糙且很不穩(wěn)定。自乳化法通常是在PU結(jié)構(gòu)中引入離子基團(tuán)或親水鏈段，根據(jù)引入基團(tuán)的不同，自乳化型水性PU可分為陽離子型、陰離子型、兩性型和非離子型。自乳化型水性PU的合成工藝上，首先是制備相對(duì)分子質(zhì)量中等，端基為NCO的PU預(yù)聚體，然后通過不同的方法制成水性PU。這些不同方法的主要區(qū)別反映在擴(kuò)鏈過程，包括：(1)溶劑法，又叫丙酮法；(2)預(yù)聚體混合；(3)熔融分散縮聚法；(4)酮亞胺和酮連氮法；(5)保護(hù)端基乳化法。這些方法優(yōu)缺點(diǎn)各異，應(yīng)用于不同的場(chǎng)合[45]。水性PU涂料以其優(yōu)異的性能和特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：(1)木器涂料；(2)汽車涂料；(3)紙張涂料；(4)皮革裝飾劑。隨著研究的不斷深入相信將會(huì)出現(xiàn)性能更好、品種更多的改性水性PU涂料的新產(chǎn)品。 水性光固化涂料紫外光固化涂料(Ultraviolet curing coatings，簡(jiǎn)稱UVCC)是20世紀(jì)60年代開發(fā)的一種節(jié)能環(huán)保型涂料，其原理是利用紫外光的能量引發(fā)涂料中的低分子預(yù)聚物或齊聚物，以作為活性稀釋劑的單體分子之間的聚合及交聯(lián)反應(yīng)，得到硬化漆膜，實(shí)質(zhì)上是通過形成化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)化學(xué)干燥。和傳統(tǒng)涂料固化技術(shù)相比，UVCC的最大優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：(1)固化快，可在幾秒內(nèi)固化，應(yīng)用于要求瞬時(shí)固化的場(chǎng)合；(2)不需外加熱，對(duì)于某些熱敏器件、光學(xué)電子零件來說十分有用；(3)可配成無溶劑產(chǎn)品，減少大氣污染，有利于環(huán)保；(4)節(jié)省能量，紫外光源的效率要高于烘箱；(5)固化過程可以自動(dòng)化操作，提高生產(chǎn)中的自動(dòng)化程度，從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，UVCC涂料也存在著一些缺點(diǎn)，比如UV固化前必須除去大部分水，水性系統(tǒng)的總固化周期較長(zhǎng)并且還受到紫外光穿透能力的限制等。總的來說，由于水性UV固化體系的優(yōu)點(diǎn)突出，近幾年來已成為非?；钴S的研究和開發(fā)領(lǐng)域，并已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家獲得應(yīng)用[6]。UVCC主要由光引發(fā)劑、光活性單體、光活性齊聚物和其他助劑等組成，一般配比為：齊聚物30 %~60 %，活性稀釋劑40 %~60 %，光引發(fā)劑1 %~5 %， %~ %。光引發(fā)劑(光敏劑)是UVCC的重要組分，其作用是吸收紫外光后引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，形成涂膜，光引發(fā)劑是決定UVCC固化程度和固化速度的主要因素。齊聚物又叫光敏樹脂，是成膜物質(zhì)，對(duì)涂料的性能起決定性的影響。從分子結(jié)構(gòu)看，它們都是含有碳碳雙鍵的低分子量物質(zhì)，主要是不飽和樹脂，如環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯。活性稀釋劑是一種功能性單體，它的作用是調(diào)節(jié)UVCC的粘度，控制涂料固化交聯(lián)密度，改善涂膜的物理機(jī)械性能，也參與了成膜。根據(jù)每一分子中所含的雙鍵數(shù)目，可分為單官能雙官能和多官能三類活性稀釋劑。助劑可以改善涂料與涂膜性能，增加紫外光敏感性，降低施工難度，是涂料中不可缺少的組分。常用的助劑主要有光敏助劑和阻聚劑，還有流平劑、消泡劑、促進(jìn)劑和分散劑等。紫外光固化粉末涂料已經(jīng)處于商品化初級(jí)階段，其技術(shù)攻關(guān)在于如何解決紫外光固化粉末涂料在低溫下進(jìn)行固化[67]。UVCC是一種高效、節(jié)能、環(huán)保，適用于各種基材的綠色涂料，目前已被廣泛應(yīng)用于木材、塑料、紙張、金屬、電子和黏合劑工業(yè)中。UVCC涂料在北美、日本、歐洲已得到很大的發(fā)展，進(jìn)入了較為成熟的階段。目前，世界輻射固化產(chǎn)品生產(chǎn)總量已達(dá)10多萬噸。我國(guó)的UVCC產(chǎn)業(yè)雖有一定基礎(chǔ)，近十年來得到了迅速發(fā)展，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在品種、質(zhì)量、市場(chǎng)規(guī)模、研究開發(fā)方面還有較大差距，還需要進(jìn)一步提高。2 粉末涂料粉末涂料是一種含有100 %固體分、以粉末形態(tài)進(jìn)行涂裝的涂料，它與一般溶劑型和水性涂料的最大不同在于不使用溶劑或水作分散介質(zhì)。因其涂裝過程中噴溢料可回收再利用；無溶劑揮發(fā)，生產(chǎn)施工安全，涂裝易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高生產(chǎn)率，符合國(guó)際上流行的“四E”原則(經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、性能卓越)，成為發(fā)展迅猛的涂料品種[8]。粉末涂料有兩種類型：熱塑性粉末涂料和熱固性粉末涂料，熱塑性粉末涂料以具有很高分子量的熱塑性樹脂作為成膜物質(zhì)，來提高耐化學(xué)性和韌性，故價(jià)格較高，用作功能性涂層。熱固性粉末涂料成膜物質(zhì)是熱固性樹脂和固化劑，熱固性樹脂和固化劑的分子量比熱塑性樹脂分子量低，在固化期間，低分子物的流動(dòng)性和表面浸潤(rùn)性好，因而對(duì)底材有較強(qiáng)的附著力，涂膜有較好的外觀。目前工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用的粉末涂料都是熱固型樹脂，如環(huán)氧、聚酯、聚氨酯等[1,8]。在制備工藝上，可分為干法和濕法兩種，干法可分為干混合法和熔融混合法；濕法又可分為蒸發(fā)法、噴霧干燥法和沉淀法。現(xiàn)在還出現(xiàn)了由Ferro公司開發(fā)的超臨界流體法VAMP(Vedoc Advanced Manufacturing Process)，這種方法的原理是利用超臨界態(tài)的二氧化碳是一種很好的溶劑，將粉末涂料的各種成份稱量后加到帶有攪拌裝置的超臨界流體加工釜中，超臨界態(tài)二氧化碳使涂料的各種成份流體化，這樣在低溫下就達(dá)到了熔融擠出的效果。物料經(jīng)噴霧井在分級(jí)釜中造粒，制得產(chǎn)品。這種方法開發(fā)利用被稱為粉末涂料制造方法的革命[8]。粉末涂料是發(fā)展最快的涂料品種，目前世界的總產(chǎn)量為70萬噸。西歐占總產(chǎn)量的50 %。它主要應(yīng)用于鋁質(zhì)和鋼質(zhì)金屬建材、家電、交通、儀器等。近年來世界研究開發(fā)的最為矚目的粉末涂料是低溫固化型粉末涂料(烘烤溫度在150 ℃之下)；其次是預(yù)涂用粉末涂料和氟樹脂粉末涂料等功能性粉末涂料；再次是消光、高光澤及高鮮映性等美術(shù)型粉末涂料。并開始研究開發(fā)薄膜化、高耐候型、耐熱型、提高涂裝效率的粉末涂料品種。3 高固體份涂料一般固體份含量在65 %~85 %的涂料便可稱為高固體份涂料(highsolids solventborne coatings)。高固體份涂料中的VOC在30 %~40 %甚至更低，但并不降低涂料的施工性能與成膜性能，一定程度上節(jié)省了涂料生產(chǎn)和使用中的溶劑，降低污染。早期的高固體份涂料是以犧牲硬度和保色率等性能來達(dá)到高固體分的要求，現(xiàn)在開發(fā)的高固體份涂料，不但溶劑含量低，而且質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，廣泛應(yīng)用在眾多行業(yè)中[2,9]。高固體份涂料分為高固體份醇酸樹脂涂料、高固體份丙烯酸涂料、聚氨酯高固體份涂料和環(huán)氧樹脂型高固體份涂料。制備這些高固體份涂料技術(shù)的關(guān)鍵是如何降低樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量和保證官能團(tuán)分布均勻的聚合技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)聚合過程主要以縮聚反應(yīng)和自由基聚合為主。作為高固體份化的手段是樹脂改性(低分子量化、低極性化和粒子化)，添加活性稀釋劑等方法[1,9]