水性工业涂料的发展现状及趋势
1·引言
随着人类对环境及健康的日益重视，水性涂料已获得了愈来愈广泛的应用。传统溶剂型涂料在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质（VOC）产生的污染，目前成为排在汽车之后的城市主要污染源。为了使涂料达到环保的要求，科技工作者把研究重点放在了代替传统的溶剂型涂料的研发上。这些替代型涂料包括：高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等。这些涂料作为传统溶剂型涂料的替代物，可以降低VOC的排放、减少有害废物的生成、减少工人对有毒释放物的接触。其中，水性涂料具有来源方便、易于净化、低成本、低黏度、无毒、无刺激、不燃等特点，成为当今的研究热点。
水性涂料最早应用于建筑涂料领域，随着汽车、大型家电等工业发展的需要，水性涂料作为工业金属防腐蚀涂料也随之快速发展起来。然而在工业涂装领域，仍是溶剂型涂料一统天下，水性涂料还只占很小的比例。因此，提高涂料特别是工业涂料的水性化比例，减少涂料对环境的污染和施工人员的身体危害，已成为我国涂料行业共同面临的课题。
2·水性工业涂料的发展现状
在涂料工业的三大应用领域中，水性涂料在2个大的应用领域中占有相当的比例。1999年，欧洲的水性工业涂料已超过50万t，2010年将达到100万t。水性工业涂料在世界工业涂料中已占20%，到2010年将达到30%以上。现在欧洲水性工业涂料已占到30%，即使在专用涂料领域，水性涂料也在以前所未有的速度向汽车修补涂料、防腐蚀涂料、道路标示涂料等所占比重较大的领域渗透。世界各工业发达国家很重视水性涂料的开发，例如美国对水性涂料的开发占其全部涂料开发的50%以上，而水性涂料的开发成果占其全部涂料总成果的20%；日本从21世纪开始重视并着手发展以水性涂料为主的低环境负荷类型的涂料。我国近年来还为研究、开发和生产水性涂料出台了不少重要的环保法规和实施标准。
水性工业涂料应用于大型家电以及汽车等行业，作为降低VOC排放量的一项重要措施。特别是汽车底漆、中间层漆以及面涂用涂料的水性化已成为全球汽车涂料的发展方向。
然而，国内工业涂料的水性化水平与工业发达国家相比存在着很大差距。水性涂料面临的主要难题是在成本可接受的前提下如何提高产品的性能，使之达到与溶剂型涂料相同或接近的水平，并进一步降低VOC的排放量。
3·水性工业涂料研究背景
随着人们健康和环境意识的不断提高，欧盟和北美自由贸易协议（NAFTA）国家环保法规的实施，水性涂料技术的平均增长率（AGR）正在超过传统的溶剂型涂料技术的平均增长率。越来越多的成功应用的例子也证明，即使在恶劣条件下水性涂料也可为钢材提供良好的防腐蚀性能。水性涂料不仅健康、安全和环保，而且它的干燥覆涂时间短、保险费用低、无稀释剂成本、停工时间短（使用较少的涂层和产生较少溶剂气味问题），所以它的优点是涂料的高性能和高效施工带来的低成本。
最早的商品化水性涂料出现于20世纪30年代。基于其对环境的相容性和保护性，并具有节省资源和能源的优点，很快就被市场所接受，并逐渐发展扩大。日本、美国1986年水性涂料分别占涂料总销售量的18%和22%，英国1995年水性涂料产量占全国涂料总产量的64.5%。我国从20世纪60年代开始研究水性涂料，进入90年代后，国家大力扶持水性涂料的发展，目前的市场占有率虽不是很高，但却具有广阔的发展前景。
随着人们对环境问题的关注，对于涂料的污染和毒性问题也越来越重视。世界各国相继出台了相关的法律法规，对涂料的环保性提出了严格的要求。传统的溶剂型涂料，其组成中含有高达60%的溶剂。据统计，目前仅汽车漆一项，每年排入大气的有机溶剂约50万t。有机溶剂是环境问题的主要关注点，因为它们在常温常压下即可挥发。在车间，溶剂气体可引起火灾、爆炸等危险，应妥善贮存和操作。溶剂释放VOC和危险的空气污染物进入到大气，VOC在阳光下与一氧化氮结合形成地面级臭氧。地面级臭氧是烟雾的先驱体，城市和工业地区的一种主要污染源。所以，水性涂料的发展，既解决了环境污染，又节省了大量溶剂。
4·政策法规的支持
众所周知，欧美国家特别是欧盟对环保非常重视，相继制定了一些环保法规来限制VOC向大气中释放，如欧盟Directive.99/13/CE法规，德国AT-Luft法规（大气净化法，1992），美国的66法规、CAA（空气洁净法，1970）、CAAA（空气洁净法修正案，1990）；近年来欧盟实施的ROHS指令以及西方国家为了贸易保护而设置的环保方面的贸易壁垒等，都将推动我国环保涂料尤其是水性涂料的发展进程。我国目前出口西方发达国家的工业产品，有许多已开始改用环保的水性涂料涂装施工。
此外，国内近来发生的重大河流湖泊污染和出口产品的污染毒害事件已经促使我国高层领导下大决心，重视保护生态环境。节能减排工作力度的加大、国家环保总局升格为环保部、国内相关产品环保安全方面强制性标准的制定、出台等一系列措施，说明我国政府对环境保护的重视，同时国内也形成了重视环保、关注生命的氛围。另一方面，政府对民生的关乎，对劳动人员各类保障的重视和日趋完善，也将唤起劳动者对工作环境及劳动保护的重视，有毒有害的溶剂型涂料的涂装施工今后将面临人员短缺及施工成本增加的问题。今后污染环境、危害施工人员身体健康的溶剂型涂料的应用将受到越来越多的限制和制约，这将给水性涂料提供良好的发展空间。
5·水性工业涂料应用
5.1水性树脂在工业涂料中的应用
近年来，国外先进的水性树脂产品和涂料技术进入我国涂料市场，再加上国内对水性涂料新产品开发的重视，带动了我国水性涂料特别是水性工业涂料的发展和应用。现在，一大批先进的水性树脂新产品和高性能水性涂料品种的问世，使得水性涂料的性能已能满足越来越多的工业产品的涂装要求。这些新品种水性树脂主要有：水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水溶性丙烯酸和羟基丙烯酸乳液树脂等。
水性丙烯酸防锈漆具有环保、硬度高、干燥快、附着力、耐水性、耐腐蚀性和耐候性好等优点。广泛应用于汽车底盘、机车、工业设备、机械制造、五金交电等行业的金属涂装，也可应用于化工储罐、水塔、钢结构桥梁、室内和室外机械设备的表面涂装。
水性醇酸防锈漆具有附着力强、遮盖力好、不燃不爆、安全可靠等优点，广泛应用于工业设备、机械制造、五金交电、家用电器等行业的金属防锈涂装。
水性环氧防腐漆具有优良的防腐性能，优良的耐油、耐水、耐盐水、耐溶剂性能，良好的附着力等优点，广泛应用于钢材的防锈底漆及无锌涂层底漆。
水性聚氨酯涂料具有干燥快、硬度高、附着力强、漆膜丰满等优点，广泛应用于车辆面涂、机电等行业。
5.2铁道车辆涂料
车身涂装大都使用传统的溶剂型涂料，其中含有的大量有机溶剂，给储运、施工带来不便和安全隐患。值得一提的是，在溶剂型涂料生产和使用过程中释放的有害气体，更是会给生产员工的健康和大气环境造成不可忽视的负面影响。相对于传统溶剂型涂料而言，水性防腐涂料的优势不仅仅体现在环保、防腐性能等方面，在涂装生产的过程中，用户更能进一步缩减成本、提高投入产出比，从而有效增强产品的竞争力。据悉，在发达国家，粉末涂料、100%固体含量液体涂料、水性涂料已成为铁路车辆制造业的主流涂料体系，其中水性涂料的应用越来越广泛。根据我国《铁路“十一五”环境保护规划》，“十一五”期间铁路要确保完成主要污染物减排10%。届时，水性防腐涂料将成为我国铁路机车“环保高速线”的强大推力，而步入大规模应用的春天。
5.3重防腐涂料
日常生活中随处可见金属制品的腐蚀生锈，造成资源、能源的浪费，经济上的损失，有时甚至危及人身安全。根据美国、日本、加拿大等国公布的一些腐蚀损失资料，腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%～4%，每年腐蚀生锈的钢铁约占年产量的20%，约30%的设备因腐蚀而报废；我国每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4%，如此惊人的损耗，刺激着防腐蚀涂料的发展。通过调查分析，采用涂料涂装防止金属腐蚀是最简单、经济、有效的方法。目前，受石油资源及环保法规的限制，防腐涂料开始由传统的溶剂型向“绿色化”的方向发展，其中水性化技术是当今研究的重点和主要发展方向之一。
开发环保型工业重防腐涂料是全球许多发达国家涂料专家正在积极探索的高技术项目，在国内更是一个新兴的领域。在一些典型的重防腐涂料市场，如基础设施、石油和煤气、电力、桶槽、海洋和化学品工业，水性涂料的使用正在不断增加。用于重防腐领域的有水性醇酸体系、水性环氧体系（环氧云铁中涂和环氧富锌底漆）、水性无机富锌体系、水性环氧酯体系等。
5.4水性集装箱涂料
目前，世界集装箱年产量为320万只标准箱，年需涂料约30万t，价值约50亿元。目前世界范围内使用的集装箱涂料基本都是溶剂型的，集装箱生产喷漆过程中，会产生大量的溶剂挥发，不仅危害喷漆作业人员的身体健康，还会造成环境污染。随着环保法规日趋严格，国际集装箱标准化委员会对集装箱涂料的环保和卫生提出较高的要求：如涂料内不得含Cd、Pb、Cr、Hg等重金属；采用磷酸盐等无毒的颜料；高固体分、低VOC等。随着国际环保法规的严格执行，丙烯酸面漆替代氯化橡胶面漆、箱底专用漆也开始逐步推进。因此，研究和开发水性集装箱涂料有着重大的现实意义。
5.5汽车涂料
随着汽车工业的高速发展，汽车涂料的用量也在不断增长，目前国内汽车涂料以溶剂体系为主，在汽车喷涂施工和随后的干燥过程中，这些溶剂便挥发到大气中，对环境造成严重的污染，世界各国相继制订了相关法规以限制涂料VOC的使用量。而水性涂料可将VOC排放降到很低，21世纪水性涂料必将成为汽车涂料的主流。
汽车涂料主要包括底漆、中涂、面漆，其中面漆又分为本色漆和金属闪光漆。汽车涂料的水性化进程是从底到面逐步进行的，早在20世纪60年代，欧、美等发达国家已经率先使用水性电泳底漆，目前底漆已有90%以上采用水性涂料，88%汽车中涂也已采用水性化技术，水性金属闪光底色漆的应用超过了65%。如大众、通用、宝马、克莱斯勒等汽车公司均采用水性中涂和水性底色漆。
