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本文将着重研究绿色环保涂料的发展状况,着重介绍现阶段涂料研究的种类,以指明未来绿色发展的道路。
关键词:
绿色;
环保涂料;
建材
Abstract
Greencoatingisakindofgreenbuildingmaterials,istheevaluationofthe"
health,safety,environmentalprotectioncoatings"
properties,includingpartialevaluationoftheproductionofrawmaterials,productionprocess,constructionprocess,useprocessandwastedisposalprocessandcomprehensiveevaluation.Noharmtotheecologicalenvironment,greenenvironmentalprotectioncoatingimpactonhumanhealthistheinevitabletrendofdevelopmentofcoatings.Intoday'
sworldpaintstudyiswaterbornecoatings,powdercoatings,highsolidcoatingssuchasenvironmentalprotectiondirection,greenenvironmentalprotectioncoatingsisthecommonexpectationofthepeople.Thispaperwillfocusonthedevelopmentofgreenenvironmentalprotectioncoatings,emphaticallyintroducestypesofresearchatthisstagetothedevelopmentofgreenpaint,pointedoutthefutureroad.
Keywords:
greenenvironmentalprotectioncoating;
buildingmaterials;
目录
引言3
1涂料概述4
1.1涂料的定义4
1.2涂料的组成5
1.3涂料的作用6
2水性防水涂料的发展现状7
2.1水性防水涂料的研究状况7
2.2水性防水涂料的分类7
2.2.1乳化沥青类7
2.2.2改性沥青类8
2.2.3合成高分子类8
3粉末涂料的发展现状9
4高固体涂料的发展现状9
5功能光催化涂料的发展现状9
6多孔吸附性涂料的发展现状10
7结论10
参考文献11
致谢11
引言
二十世纪世界经济的迅速飞跃和世界工业化的高速发展,导致了地球资源和能源的过度消耗以及地球环境的急剧恶化,严重的污染威胁着人类生存空间,越来越制约着经济的持续发展。
保护环境、合理利用地球资源和能源已成为二十一世纪全人类最重要的主题之一。
涂料的生产和涂装两个环节正是人类生存环境的重要污染源之一。
20世纪70年代以前。
几乎所有涂料都是溶剂型的,随着人类生活质量的逐渐提高,涂料进人人们的生活和家庭与人们的关系越来越密切,它所造成的环境对人们的影响越来越大。
人们为提高生存质量,要求改善环境和保护环境的呼声越来越高,越来越多的低有机溶剂含量和不含有机溶剂的涂料得到了很大发展。
低VOC,无污染、节约能源绿色环保化越来越成为世界涂料工业的发展趋势。
所谓绿色涂料,就是能够保护环境的涂料,具有无毒、无异味的特点,能抑制霉菌的生长。
绿色环保涂料无毒、无害、不污染环境且不会危害人体健康。
世界涂料正朝着水性化、粉末化、无溶剂化、高固体化和辐射固化等低污染、无公害的方向发展。
绿色环保涂料应用非常广泛,现已经被大量应用于化学仓储、城市建设、建筑工程、涂装行业、船舶、汽车、核电等众多领域。
本文主要阐述了现今绿色环保涂料的种类以及研究现状。
叙述了绿色环保涂料的种类,涂料的组成,涂料的分类以及涂料种类的发展现状。
1涂料概述
1.1涂料的定义
涂料是一种涂覆在物体(被保护和装饰对象)表面并能形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料,它对物体起保护和增加美感的作用[3]。
涂料在使用之前,是一种高分子溶液或分散体,或是粉末,他们经添加或不加颜填料调制而成涂料。
涂料涂覆于物体表面后通过不同方式固化成“连续薄膜”才成为成品,起到预期的作用。
涂料可以是无机的也可以是有机的,而且随着高分子科技学的发展,有机涂料,特别是合成树脂涂料占据了涂料行业的主导地位。
1.2涂料的组成
涂料一般由成膜物质,溶剂,颜填料和助剂四个部分构成[4]。
如图1.1所示:
油脂
成膜物质高分子材料(树脂)
不挥发的活性稀释剂
涂料有机溶剂或水
颜填料
助剂
图1.1涂料组成图
①成膜物质
成膜物质又称基料,是使涂料牢固附着于被涂物面上形成连续薄膜的主要物质,是构成涂料的基础,决定着涂料的基本性质。
涂料的成膜包括将涂料施工在被涂物件表面和使其形成固态的连续的涂膜两个过程。
液态涂料施工到被涂物件表面后形成了可流动的液态薄层(湿膜),它通过不同方式变成固态的连续的涂膜(干膜),此过程称为干燥或固化,是涂料成膜过程的核心阶段。
溶剂性涂料的物理干燥过程主要依靠自身溶剂的挥发而干燥成膜。
而水性乳胶涂料是聚合物粒子在水中的分散体系,在成膜过程中,分散介质挥发的同时产生聚合物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来,最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜[5]。
对于水性防水涂料其主要成膜物质的选择非常重要。
主要成膜物质具有成膜作用,是影响防水涂料性能好坏的首要因素。
它既关系到涂膜的硬度、柔韧性、耐水性、耐碱性、耐候性,也关系到防水涂料的成膜温度、对底材的粘结强度等性能。
在本课题中我们考虑用性能较好的高分子合成乳液作为主要成膜物质,并对各种乳液的性能进行了比较,从而选择出适宜的成膜物质。
常用的成膜物质有丁苯乳液、聚醋酸乙烯乳液(PVAc)、醋酸乙烯-丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯乳液、纯丙烯酸酯乳液、硅丙乳液,醋酸乙稀-乙烯共聚乳液(VAE乳液)等[6]。
②颜填料
颜料为分散在漆料中的不溶的微细固体颗粒,分为着色颜料和体质颜料(填料),主要用于着色和提供保护、装饰以及降低成本等。
着色颜料应具有良好的着色力、适当的遮盖力、较高的分散度、鲜明的颜色和对光的稳定性及一定程度的耐化学腐蚀性。
根据其来源可分为天然颜料和合成颜料,前者有矿物性的朱砂、红土、雄黄、铜绿等;
后者有钛白、锌白、铬黄、红丹、铁蓝、酞菁蓝等。
应用多的是钛白粉。
填料是不溶于基料、溶剂与水等介质的微细粉末状物质。
它可增加涂膜的厚度和体质、强度,并可提高耐久力,比重小的填料有一定的悬浮作用,可以减轻或防止颜料或其它填料的沉淀。
主要是滑石粉:
用于涂料中使涂料具有良好的流平性和易施工性,另外其纤维状结构能对涂膜起到增稠作用,增加涂膜的柔韧性,而片状结构则能够降低涂膜的可渗透性,增强涂膜的耐久性[5]。
③溶剂
溶剂包括有机溶剂和水。
主要作用是指使基料溶解或分散成为粘稠的液体,以便涂料的施工。
在涂料的施工过程中和施工完毕后,溶剂挥发使基料干燥成膜。
溶剂的选用除考虑其对涂料的相溶性和分散性外,还要注意其挥发性、毒性和价
格。
一个涂料品种既可以使用单一溶剂,又可以使用混合溶剂。
常将基料与溶剂的混合物称为漆料[5]。
④助剂
助剂用量很少,主要用来改善涂料某一方面的性能。
如分散剂、乳化剂、消泡剂、润湿剂等用来改善涂料生产过程中的性能;
防沉剂、防结皮剂等用来改善涂料的贮存稳定性等;
流平剂、增稠剂、防流挂剂、成膜助剂、固化剂、催干剂等用来改善涂料的施工性和成膜性等;
防霉剂、UV吸收剂、阻燃剂、防静电剂等用来改善涂膜的某些特殊性能[5]。
1.3涂料的作用
一般认为涂料刷在被涂物体表面上,通过制成涂膜而起作用。
对被涂物体而言,涂料的作用包括以下方面[4]:
①保护作用物体暴露在大气中,总要受到光、水份及空气中的其他气体(如二氧化碳、硫化氢、一氧化碳等)以及酸、碱、盐水溶液和有机溶剂等的侵蚀,造成金属腐蚀、木材腐朽、水泥风化等破坏现象。
在物体表面涂上涂料,形成一层保护膜,可使材料与大气及化学介质隔离,起保护作用,从而延长材料的寿命。
表面涂装涂料是防腐蚀措施中最有效、最经济的措施。
②装饰作用在物体表面涂上涂料,形成具有不同颜色、不同光泽和不同质感的涂膜,起到美化人们生活得装饰作用。
要想使涂膜起到装饰作用,就要求它具有一定得丰满度、平整度和光泽度。
③标志作用道路划线、各种交通标志用涂料,以表示警告、危险、安全、前进、停止等信号,这就是涂料的标志作用。
涂料的使用即美化了环境又保护了材料,还常常赋予被涂物许多特殊功能。
④特殊作用涂料还有其他的用途,如吸波涂料的吸波作用、杀菌涂料的杀菌作用、绝缘涂料的绝缘作用、导电涂料的导电作用、以及耐磨涂料的高耐磨性作用等。
2水性防水涂料的发展现状
2.1水性防水涂料的研究状况
水性防水涂料在其固化前为无定型粘稠状态物质,通过在基层表面涂、喷施工,经水分蒸发固化形成整体的防水涂膜,并可铺设玻璃纤维布或聚酯无纺布加强。
涂层具有较强的耐水性、耐候性和弹性。
由于涂料为不定型物质,在涂布施工中对任何复杂的基层表面适应性强,固化后形成没有接缝的整体防水层,特别适合在阴阳角多、穿过结构层的管道等复杂部位使用。
由于是水性的,可以在潮湿基层施工,此外还具有一般水性涂料施工方便、安全、无毒及无污染等优点[6]。
水性防水涂料主要分为以下三类:
乳化沥青类、改性沥青类、合成高分子类等。
2.2水性防水涂料的分类
2.2.1乳化沥青类
主要品种有石棉乳化沥青涂料、石灰乳化沥青涂料和膨润土乳化沥青涂料等。
这一类涂料主要以无机或有机乳化剂采用某种工艺使沥青乳化,从而得到可稳定存在的乳化沥青基料。
例如:
膨润土乳化沥青涂料[7],利用膨润土具有亲水亲油性的特性,作为一种活性填料加入到体系中,形成水-膨润土-沥青三者均匀、稳定的分散体。
在乳化煤焦油沥青中添加少许保水剂[8](由淀粉和丙烯酸进行共聚而形成的接枝共聚物),而制成的防水涂料可解决煤焦油沥青所存在的硬化、涂膜因寒冷收缩而从密封层脱落及内应力不足干裂等原因所造成的雨水等渗漏现象。
2.2.2改性沥青类
①SBS改性沥青涂料[9-10]SBS热塑性弹性体是含有PSt、PB嵌段的共聚物,具有抗拉强度高、弹性好、高温稳定、低温柔性等特点。
制备方法先用合成橡胶对沥青进行改性,然后再乳化,可形成改性沥青厚质涂料。
②氯丁胶乳沥青涂料[11-12]氯丁胶乳是由2-氯-1,3-丁二烯经乳液聚合而制得的橡胶乳液。
此外,还有再生胶沥青涂料、APP改性沥青涂料、聚丙烯酸酯乳液改性乳化沥青涂料、水性PVC改性煤焦油厚质涂料、SBR改性沥青厚质涂料[13]和弹性沥青防水涂料等。
改性沥青类涂料兼有合成橡胶或树脂和沥青的双重优点,在性能上克服了沥青高温流淌、低温冷脆以及耐老化性差等不足,属中档防水涂料,是目前我国建筑防水工程中使用较广泛的水性涂料。
2.2.3合成高分子类
合成高分子乳液是防水涂料的主要材料,它有着成膜作用。
为此,合成高分子乳液的选定对于制备防水涂料最重要。
选择合成高分子乳液时,必须考虑其耐候性、低温柔韧性、耐水性以及经济性等。
合成高分子乳液有以下类别:
①VAE乳液[14-16]VAE乳液是醋酸乙烯与乙烯的共聚乳液,由于乙烯的引入,使醋酸基更加分散,高分子主链变得柔软,其柔软性随乙烯的含量增加而增加。
同时乙烯链段的引入使分子链之间的相互作用减弱,分子链的活动性增加,因而起到了内增塑的作用。
②丙烯酸酯乳液[17-19]丙烯酸酯乳液运用甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯类硬单体和丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等软单体,加入引发剂、交联剂在一定温度下搅拌进行乳液聚合,生成既柔软又有弹性的耐水性好的与橡胶或橡塑基层粘结牢固的水乳型丙烯酸酯系高分子树脂。
③丙烯酸酯乳液和VAE乳液的共混物[20-22]结合乳液的特征,将其按照一定的比例冷拼而成,运用弹性丙烯酸酯乳液,增强共混体系的涂膜弹性及耐紫外线能力。
④有机硅改性弹性乳液有机硅材料具有很低的表面张力,能降低基材的表面能,使其具有憎水性,因而可单独作为建筑防水剂使用。
用于改性弹性乳液的有机硅聚合物是一种半有机高分子材料[23-24]。
采用端羟基聚二甲基硅氧烷与聚丙烯酸酯接枝共聚物为基料而成的有机硅聚合物改性聚丙烯酸酯防水涂料,结合有机硅聚合物优良的憎水防水功能和聚丙烯酸酯优异的成膜性、耐老化性、机械强度等优点,具有优良的综合性能[25-26]。
合成高分子类水性防水涂料除具有改性沥青防水涂料的优点外,还具有优良的耐高低温性能(-30~+80℃无多大变化)、耐老化性能好、高弹性及粘结性强等突出优点,是目前性能最好的水性防水涂料,已成为水性建筑防水涂料主要发展方向。
3粉末涂料的发展现状
粉末涂料是一类固体组分调制而成的低VOC含量的涂料,以熔体作为基材,将固相颜料和其他与涂料不相容而的均匀分散在基体之类。
就工艺而言,首先,将粉粹的细粉体喷到基材表面,经高温锻炼,转变为熔融体,实现膜的均匀分布。
现如今,粉末涂料分为两大类,一是热固性粉末涂料,二是热塑性粉末涂料。
目前,对于粉末涂料研究,其重心在于将纳米CaCO3、纳米级SiO2、纳米级滑石粉、纳米级硅酸铝、纳米级铁系颜料等一系列传统的无机颜填料的纳米级粒子对涂膜的光泽、耐擦洗性、耐候性、阻透性、增效性、增稠性、遮盖率以及机械性能的影响,除增强其表面能之外,有效地降低VOC,减少有机溶剂的挥发,达到环保的要求。
4高固体涂料的发展现状
何谓高固体涂料?
它就是固体含量占比较大。
因固体结构,其VOC含量较低,但仍有较好的涂膜效果。
类似于粉末涂料,高固体涂料对涂膜的粘性有着重要的影响。
目前,从环保的角度考虑,研究高固体涂料的重心在于聚氨酯高固体涂料,它被应用于不同领域,其耐候性能较强,且干燥性能较好,能够降低VOC含量,成本低,对于未来发展将是重要的材料之一。
5功能光催化涂料的发展现状
纳米TiO2由于其在精细陶瓷、屏蔽紫外线、半导体材料、光催化材料等方面的广泛应用,近年来倍受人们关注,已成为超细无机粉体合成的一个热点。
纳米级超细TiO2粉体的制造方式主要为气相法和液相法。
它作为功能光催化涂料的重要组成部分之一。
TiCl4氢氧火焰水解法[29]最早由德国迪高沙(Degussa)公司开发成功,并生产出当前纳米级超细TiO2粉体的著名牌号之一(P25);
除德国迪高沙公司以外,此外,美国的卡伯特公司和日本的Aerosil公司等运用此方式制备超细TiO2粉体。
此方式是将TiCl4气体导入高温的氢氧火焰中(700~1000℃)进行气相水解,其基本化学反应式为:
TiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)
TiO2(g)+4HCl
经此工艺制备的粉体一般是锐态型和金红石型的混晶型,纯度高(99.5%)、粒径小(21nm)、表面活性大、分散性好、团聚程度较小,主要用于电子材料、催化剂和功能陶瓷等。
英国的TiOxide公司[33]以氯化法钛白粉厂的精制TiCl4为原料,将其稀释到一定浓度后,加入碱性溶液中和水解,所制备的TiO2水合物经洗涤、干燥和煅烧处理后即得针状金红石型纳米TiO2产品。
6多孔吸附性涂料的发展现状
目前,硅藻土涂料,它主要由二氧化硅组成的,但其表现为多孔物质,如多孔性、高比表面积、硬度大,可被用作隔热材料、吸附剂等。
在韩日等国,运用硅藻土等特性,开发一系列的室内装饰材料,它对于调节室内温度,吸附有害气体等有着重要的效用。
7结论
随着我国经济的持续发展,中国的制造行业也迎来了重大的发展以及变革,各种新型的技术以及工艺的不断更新换代,也从而带动了与之相关的一系列相关制造相关产业的蓬勃发展。
在这众多的相关行业中,涂料也作为一门十分重要的产业得到了前所未有的重要革新及产业扩展。
如今的涂料行业,其应用几乎涉及各个领域及行业,对产品最终的性能拥有决定性的影响。
所以,随着国民经济的发展,涂料已经成为了与人们生活密切相关的高分子基复合材料。
涂料即传统意义上的油漆,它是指可以涂覆在物体表面形成具有一定强度、致密、连续、均匀的固态涂膜。
它由主要成膜物质、溶剂、助剂和颜填料组成。
中国涂料行业在持续发展,按照现有趋势分析,它正逐步地向着“环保、健康、绿色”的方向发展。
在涂料行业整体发展中,18类涂料产品,产量最大的为醇酸树脂漆,其次是酚醛树脂漆料,环保类涂料、粉末涂料等占比例为26.0%,但同类产品在世界发达国家占比例为80%左右。
对于环保经济型的涂料研究,将有着重要的现实意义。
综上所述,本文着重分析环保经济型涂料的研究方向,分析其未来发展的趋势,以为环保型涂料的发展提供一定的参考。
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致谢
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完,在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍,都在老师和同学的帮助下度过了。
尤其要强烈感谢我的论文指导老师——杨坤老师,她对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。
另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。
在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢!
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。
本文引用了数位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友,在我写论文的过程中给予我了很多你问素材,还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师和学友批评和指正!
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