涂料工业的现状分析及发展趋势

李红生 王文丽
（陕西源源化工有限公司 715300）

摘要： 作者在分析涂料工业中现状的基础上，对水性涂料、粉末涂料、高固体份涂料、光固化涂料以及特种涂料等品种的发展趋势作了阐述。

关键词：涂料；现状；发展趋势

    当今的涂料产品广泛以石油工业、炼焦工业、有机合成化学工业等部门的产品为原料，品种越来越多，应用范围也不断扩大，涂料工业成为化学工业中一个重要的独立生产工业部门。我国目前涂料产量约为200万吨以上，其中工业涂料占60%，近年内需求量以3.4%的平均速度增长。
    随着科技水平的不断提高，为涂料工业提供了多种新型原材料和技术装备，促使涂料工业的生产水平和技术水平得到迅速提高。目前使用涂料最广泛的航空、造船、车辆、机械、电器制造、电子工业等部门，都在高速发展，这就对做为保护、装饰材料的涂料产品，不断提出了更高要求。如航空工业要求涂料工业提高适应超音速飞行，具有高度耐磨性、耐高温性和耐骤冷性和耐热的涂料品种;空间技术方面要求提供耐几千度高温,耐宇宙射线辐射的涂料;电子工业要求耐高温的绝缘材料;造船工业要求具有高度耐腐蚀和使用寿命更长的船舶涂料,如长效无毒的船底防污涂料等;汽车工业要求提供适应在提高行驶速度和在各种气候环境下,都具有优良保护、装饰性能的涂料；石油化工、机械制造等方面要求提供高度耐化学品腐蚀的涂料等。
    九十年代初，世界发达国家进行了“绿色革命”，对涂料工业是个挑战，促进了涂料工业的发展向“绿色”涂料方向大步迈进。以工业涂料为例，在北美，1992年常规溶剂型涂料占49%，到2000年降为26%；水性涂料、高固体份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%到2002年将增加到74%。在欧洲，常规溶剂型涂料由1992年的49%将降到2002年的27%；而水性涂料、高固体涂料，光固化涂料和粉末涂料将由1992年的51%到2002年将增加到73%。今后十年，水性涂料是成熟的技术，而60%以下固体含量的溶剂型涂料则是衰退中的技术。
    目前涂料研究的方向其一是涂料应用的自动化，所提供的产品施工简便和安全,特别是产品涂刷的自动化;其二是向环保型涂料方向发展;其三是增加新的组成成分,使涂料在涂后发生新的化学变化手段而构成涂膜以及将由一次施工只能得到薄涂层转变为得到厚涂层,涂膜层数也将由繁琐的多道配套简化为简单施工,涂膜的干燥过程也将利用各种物理、化学反应而大大缩短。
    一、水性涂料的发展
    由于水性涂料的优越性十分突出，因此，近十年来，水性涂料在一般工业涂料领域的应用日益扩大，已经替代了不少惯用的溶剂型涂料。随着各国对挥发性有机物及有毒物质的限制越来越严格，以及树脂和配方的优化和适用助剂的开发，预计水性涂料在用于金属防锈涂料、装饰性涂料、建筑涂料等方面替代溶剂型涂料将取得突破性进展。乳胶涂料 在水性涂料中，乳胶涂料占绝对优势。如美国的乳胶涂料占建筑涂料的90%。乳胶涂料的研究成果约占全部涂料研究成果的20%。研究较多的方向有以下几个方面：
    ⑴成膜机理的研究。这方面的研究主要是改善涂膜的性能；
    ⑵施工应用的研究。近年来对金属用乳胶涂料作了大量研究并获得十分可喜的进展，美国、日本、德国等国家已生产出金属防锈底、面漆，在市场上颇受欢迎。热塑性乳胶基料常用丙烯酸聚合物，丙烯酸共聚物或聚氨酯分散体，通过大分子量（3×10 ～3×10 ）的颗粒聚结而固化成膜。乳胶颗粒的聚结性关系到乳胶成膜的性能。近几年来，着重于强附着性基料和快干基料的研制，以及混合树脂胶的开发。一般水性乳胶聚合物对疏水性底材（如塑料和净化度差的金属）附着性差。为提高乳胶附着力，必须注意乳胶聚合物和配方的设计，使其尽量与底材的表面接近，并精心选择合适的聚结剂，降低水的临界表面张力，以适应临界表面张力较低的市售塑料。新开发的聚合物乳胶容易聚结，使聚结剂用量少也能很好的成膜，现已在家具、机器和各种用具等塑料制品上广泛应用。新研制的乳胶混合物弥补了水稀释性醇酸/刚性热塑性乳胶各自的不足，通过配方设计，已解决了混溶性和稳定性差的问题。
    水性聚氨酯涂料
    这是近年来迅速发展的一类水性涂料。它除具有一般聚氨酯涂料所固有的高强度、耐磨等优异性能外，且对环境无污染，中毒和着火的危险性小。由于水性聚氨脂树脂分子内存在氨基甲酸酯键和脲键，所以水性聚氨酯涂料的柔韧性、机械强度、耐磨性、耐化学药品及耐久性等都十分优异，欧、美、日均将其视为高性能的现代涂料品种大力研究开发。   
    二、粉末涂料的发展迅速
    在涂料工业中，粉末涂料属于发展最快的一类。由于世界上出现了严重的大气污染，环保法规对污染控制日益严格，要求开发无公害、省资源的涂料品种。因此，无溶剂、100%地转化成膜、具有保护和装饰综合性能的粉末涂料，便因其具有独有的经济效益和社会效益而获得飞速发展。
粉末涂料的主要品种有环氧树脂、聚酯、丙烯酸和聚氨酯粉末涂料。近年来，芳香族聚氨酯和脂肪族聚氨酯粉末以其优异的性能令人注目。
    三、高固体份涂料发展动向
    在环境保护措施日益强化的情况下，高固体份涂料有了迅速发展。其中以氨基、丙烯酸和氨基一丙烯酸涂料的应用较为普遍。近年来，美国MObay公司开发了一种新型汽车涂料流水线用面漆。这种固体份高、单组份聚氨酯改性聚合物体系，可用于刚性和柔性底材上，并且有优异的耐酸性、硬度以及颜料的捏合性。采用脂肪族多异的氰酸酯如Dsemodur Ｎ和聚己内酯，可制成固体份高达100%的聚氨酯涂料。该涂料各项性能均佳，施工方法普通。用Dsemodur Ｎ和各种羟基丙烯酸树脂配制的双组份热固性聚氨酯涂料，其固体含量可达70%以上，且粘度低，便于施工，室温或低温可固化，是一种非常理想的装饰性高固体份聚氨酯涂料。
    四、光固化涂料的进展
    光固化涂料也是一种不用溶剂、很节省能源的涂料，主要用于木器和家具等。在欧洲和发达国家的木器和家具用漆的品种中，光固化型市场潜力大，很受大企业青睐，主要是木器家具流水作业的需要，美国现约有700多条大型光固化涂装线，德国、日本等大约有40%的高级家具采用光固化涂料。最近又开发出聚氨酯丙烯酸光固化涂料，它是将有丙烯酸酯端基的聚氨酯齐聚物溶于活性稀释剂（光聚合性丙烯酸单体）中而制成的。它既保持了丙烯酸树脂光固化涂料的特性，也具有特别好的柔性、附着力、耐化学腐蚀性和耐磨性。主要用于木器家具、塑料等的涂装。
    五、几种特种涂料的态势和发展
    1、防污涂料
    近年来，荷兰Sigma公司研制成功一种新型不含锡防污涂料，它的自抛光性与现有含锡防污涂料相同，但其防缩孔性和防开裂性大大优于其它不含锡的防污涂料。最近，日本的关西涂料公司新开发的一种对水中生物无毒性的不含有机锡和氧化亚铜的名为Captain Crystal的船用防污涂料。作为改善地球环境的这种涂料，能有效防止生物附着在船底上，持继时间可达5年。日本油脂公司采用超交联技术成功开发出一种新型防污且耐酸雨的PCM涂料，实验证明，该技术能使汽车涂料具有优良的耐污染性，其耐候性是丙烯酸树脂系列涂料的八倍，且其漆膜硬度可达3～4H。
   2、防腐涂料
    国外十分重视长效防腐涂料的发展，主要品种有无机富锌漆、环氧沥青、乙烯基树脂、厚浆型氯化橡胶、无溶剂环氧聚酰胺、无溶剂环氧砂浆和SPGuard 涂料等。用20%～30%的片状玻璃粉填入双酚A型环氧树脂、间苯二甲酸不饱和聚酯、环氧丙烯酸树脂等基料中组成的长效防腐涂料，用于海洋设施的涂装，其防腐寿命超过10年。近几年，我国防腐涂料的发展较快。例如环氧煤沥青防腐涂料前不久已由陕西源源化工有限公司研制成功，该涂料附着力强，可直接在有锈层的钢铁上涂刷，防腐效果好。油田防腐涂料由郑州工学院与中原油田勘探设计院研制成功，该涂料具有优良的耐腐蚀性和良好的低温潮湿固化特性。有机钛涂料作为高科技防腐涂料由吉林化学工业公司研究院研究成功，这种无毒性有机钛涂料的耐蚀性能已达到国外同类产品的水平，可用于化工、海洋等领域的防腐设备。
    3、阴极电泳涂料
    这类涂料国外发展很快，并取得了许多新的成就。其中最有代表的是开发了厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型和彩色阴极电泳涂料。厚膜阴极电泳涂料是美国PPG公司研制成功的一种新型阴极电泳涂料，各项性能均优良；低温固化型阴离子电泳涂料是八十年代末日本神东涂料公司和日本油脂公司共同开发的新品种，该涂料的标准固化条件为：130℃/20min或160℃/5min；彩色阴极电泳涂料是日本关西涂料公司开发的，它以环氧树脂为基础，采用特殊异氰酸酯交联，并配以第三成份丙烯酸树脂，可在电泳中均一沉积形成复合层涂膜。这种技术可使环氧树脂系阴极电泳涂料彩色化，也提高了涂层的耐候性。阴极电泳涂料的发展方向是：厚膜型阴极电泳涂料，将可解决在电泳涂装时沉积的漆膜以及烘烤过程中漆膜的粘弹性控制问题，使一次成膜比较厚，外观平整；低温固化型阴极电泳涂料，开发烘烤温度为130～140℃的低温固化型，并保持耐腐蚀和其它性能不变，以便用于带塑料、橡胶等汽车部件上，节能并减少污染；边棱防锈型阴极电泳涂料，要求减少涂膜溶融时的流动性，提高涂膜的边棱覆盖率，以改善阴极电泳涂料边棱的防腐蚀性。我国应重点开发膜厚30—40微米、耐盐雾1000小时的厚膜型阴极电泳漆和耐盐雾720小时以上的普通型阴极电泳漆。
    六、其它有关方面的发展态势
    为了适应涂料产品性能提高和品种增加的需要，也要不断提高所需颜料的性能。主要将更广泛地利用有机颜料，如偶氮系、酞菁系和具有优良耐晒、耐溶剂性能的蒽醌系颜料。
    在涂料中扩大使用辅助材料，对涂料的发展也越来越显得重要，如紫外线吸收剂应用于涂料中，能提高耐光性；抗氧化剂能提高耐老化性能；随着水性涂料的发展，湿润剂的品种将不断扩大；在利用紫外线干燥的涂料中，需要利用光固化剂。这些辅助材料在今后将被更广泛地利用。
    计算机在涂料工业中的应用可使涂料配方改进、大工业生产、生产设施的设计最佳化，且能迅速解决涂料的研究、生产、应用和销售等方面所出现的技术和管理问题。随着涂料需求量和产品品种的增加，涂料生产工艺也需不断改进。改进的总趋势是进一步简化工艺过程，提高生产率，实现连续化、自动化生产。今后射流技术、可控硅技术、纳米技术等将在涂料工业中广泛应用，从而使生产的自动化程度达到新的水平