国内外涂料技术的研究现状与发展趋势

第５２卷第１期　２０１４年１月　上海涂料　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　Ｃ０ＡＴＩＮＧＳ　Ｖ０１．５２Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１４　国内外涂料技术的研究现状与发展趋势　陶业立，张强，商灿，汪洋　（武汉材料保护研究所，湖北武汉４３００３０）　摘要：综述了国内外涂料技术的研究现状，包括：利用新的树脂合成方法获得新的成膜物，引　入无机纳米粒子改进涂层的性能，构建表面微纳结构以获得功能涂层，应用ＵＶ固化超支化聚氨酯技　提出了涂料技术的发展趋势，包括：环保健康化、　术，选用优质的天然草本植物作为主要成膜物等；　普材高性化和功能多样化等。　关键词：涂料技术；研究现状；发展趋势　中图分类号：ＴＱ　６３０．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—１６９６（２０１４）Ｏ１—００２８—０４　０引言　我国是世界上涂料生产和消费大国，但随着市　场的不断发展，涂料行业已经进入微利时代。近年　来，随着消费者对涂料的环保性、功能性及装饰性的　剂，反应结束后，部分有机小分子乳化剂还残留在树　脂中，从而影响了涂层的性能。为了解决这个问题，　人们借助辅助单体，以酸一碱为驱动力，开发了新的　无皂乳液聚合方法；通过微乳液聚合的方法也可以　制备无乳化剂残留的高性能树脂ｌ１　Ｊ。　１．２引入无机纳米粒子改进涂层的性能　要求越来越高，大多数传统涂料已远远不能满足消　费者的需求。同时，涂料产品同质化严重，创新力度　不足，使得企业之间的竞争变得越来越激烈。因此，　涂料行业迫在眉睫地需要寻求新的出路，开发新型　产品。本文主要综述了部分新型涂料的研究与应用　现状、发展趋势，以及涂料行业未来的发展导向。　通过共混法、原位生成法、自组装方法等将无　机纳米粒子引入到树脂及涂层中。不同的无机纳米　粒子可以赋予涂层不同的性能：导电性［碳纳米管、　ＡＴＯ（氧化锡锑）等］；高硬度、耐磨耐刮伤性（ＳｉＯ：、　Ａ１　Ｏ，、ＺｒＯ２等）；ｕＶ（紫外光）屏蔽性（ＺｎＯ、ＴｉＯ２　等）；抗菌性（Ａｇ、ＺｎＯ、ＴｉＯ：等）；阻隔性（勃姆石、　１国内外涂料技术研究现状　１．１利用新的树脂合成方法获得新的成膜物　黏土等）。　目前，将无机纳米粒子引人树脂的研究工作虽　已进行得较多，但由于树脂及其涂料体系非常复杂，　体系既可以是水性的，也可以是溶剂型的，还可以是　无溶剂型的；树脂分子链既可以是极性的，也可以　成膜物是涂料的关键，涂料的大部分性能直接　来源于成膜物的性能。近年来人们利用新的树脂合　成方法以获得新的成膜物。乳液聚合是一种最常用　是非极性的，尤其是现代水性涂料是整个涂料行业　的发展趋势，将无机纳米粒子引入到水性涂料中既　要考虑其在水性体系中的分散稳定性，更要注意同　化成膜后其与树脂涂层分子链的相互作用。　所以将无机纳米粒子引入到涂料中需要探索新　的树脂合成方法，利用乳液聚合可以有效地控制合　成树脂的结构及端基官能团的种类，达到对树脂在　分子范畴上进行设计，从而获得性能优异的树脂。但　常规的乳液聚合一般需要使用大量有机小分子乳化　［收稿日期］２０１３—１１—２９　［作者简介］陶业立，男，硕士，研究方向为涂料与涂装。　第１期　陶业立，等：国内外涂料技术的研究现状与发展趋势　２９　的方法，建立无机纳米粒子在不同树脂及其涂料中　的普适性分散稳定控制方法，发展无机纳米粒子的　表面设计、稳定分散理论。　１．３构建表面微纳结构以获得功能涂层　现在常见的表面微纳结构构建是利用高分子链　段在溶剂中的溶解度差异获得具有特殊结构的表面。　同样也可以利用嵌段共聚物不同段在同一溶剂中的　溶解度不同来构建具有特殊结构的表面。其他构建　具有微纳结构形貌表面的方法包括：碳纳米管法、　静电纺丝法、平板印刷和激光刻蚀、电沉积或化学沉　淀法、溶胶一凝胶法。这些方法所需要的设备昂贵，　条件苛刻，除特殊需要，尚难应用于树脂涂层的微纳　结构构建。　目前，大多数微纳结构构建方法只能用于较小　表面积，而且形成条件都具有非常高的特殊要求，形　成的涂层附着力差，不耐高温，有的成膜物质含有涂　料工业中的违禁物品。因此，需要针对可用作成膜物　的树脂及其涂料体系，探讨具有使用价值的微纳结　构涂层的构建方法，而且是既具有表面纳米结构，又　具有体相纳米结构涂层的宏观可控制备方法。　１．４应用Ｕｖ固化超支化聚氨酯技术　紫外光（ｕＶ）固化技术具有快速固化、低能耗、　高效率、污染小等优点，符合“５Ｅ”原则：Ｅｎｅｒｇｙ（节　能）、Ｅｃｏｎｏｍｙ（经济）、Ｅｃｏｌｏｇｙ（生态保护）、Ｅａｓｅ（易　于应用）、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（效率），是一种环境友好的绿色　技术。现在ＵＶ固化技术多用在超支化聚合物中，超　支化聚合物具有高度支化的三维空间结构，含有大　量可改性端基，其中超支化聚氨酯除了具有一般超　支化聚合物所共有的性能外，还具有良好的耐水性、　热稳定性及力学性能，在涂料中具有广阔的应用前　景。利用ｕＶ固化技术固化超支化聚氨酯丙烯酸树脂　固化速度快、易与其他材料混溶。Ｓａｂａｎｉ等ｌ４］将超支　化聚氨酯丙烯酸树脂应用于ｕＶ固化木器涂料，由于　羟基官能团数量增加、固化膜交联密度增大，具有较　好的涂装性能、力学性能和热稳定性能，能耐大部分　溶剂，涂层与木质基材附着力好、光泽度高。韩建祥　等［　］以丙烯酸羟丙酯（ＨＰＡ）、１，６一六亚甲基二异氰　酸酯（ＨＤＩ）三聚体为主要原料合成相对分子质量较　低的三官能度聚氨酯丙烯酸酯（ＰＵＡ）低聚物，以该　低聚物为主体树脂，添加活性稀释剂、丙烯酸共聚体　系、光引发剂及其他涂料助剂制成紫外光（ｕｖ）固化　聚氨酯丙烯酸酯涂料，结果表明：该涂料的综合性　能良好。　１．５选用优质的天然草本植物作为主要成膜物　利用天然草本植物作为涂料的原材料，可以有　效解决涂料原料来源于石化资源的问题，对解决能　源紧张、促进可持续发展具有极大的意义。天然植物　草本涂料采用的是油性和水性的天然原料和助剂，　但尚未实现规模性的配套。实现天然植物草本涂料　产业化，主要在于成膜物质的选择及助剂的搭配。近　几年来，有关天然草本植物涂料的研究，国内外都有　一些专利：日本馨乐丽康野田株式会社野田泰三等　提供了含有干性油，包括：桐油、亚麻籽油、葵花籽　油、芝麻油、麻油、紫苏油、树蜡、小烛树蜡及粉末　状巴西棕榈蜡的木质地板用表面处理剂，经处理后　的地板不仅性能优越，而且在长期的使用过程中不　释放任何有害物质。　２涂料技术的发展趋势　随着世界各国对环境保护的高度重视、人们对　生活品质越来越高的需求和各种高新技术产业的不　断发展，对树脂及涂层的性能要求也在不断提高。现　在涂料产品的发展趋势主要向着环保健康化、普材　高性化和功能多样化发展。　２．１环保健康型涂料　传统涂料中添加的有机溶剂对人类和环境造成　危害，以及环保法规对挥发性有机化合物（ＶＯＣ）的　限制越来越越严格，其应用越来越受到限制。随着人　们可持续发展意识的增强，对发展节能减排、隔热保　温、低温或常温固化涂料的呼声也越来越高。　水性涂料由于几乎不含挥发性有机化合物而成　为涂料发展的主力军，尤其是水性聚氨酯涂料，以其　不燃、无毒、无污染物、节省能源、易贮存以及高硬　度、耐磨损等优点越来越受到重视Ⅲ７］。但由于水性聚　氨酯涂料以水为分散介质，其涂膜的耐水性、耐化学　品性、耐溶剂性等性能有待改善，因此需对水性聚氨　酯进行改性，克服其在实际应用中存在的缺陷Ⅲ８］。目　第１期　陶业立，等：国内外涂料技术的研究现状与发展趋势　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１２（０９）：７０３—７１６　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｓｐｅｃｔ，２００１（１７９）：７１—７ｇ　韩建祥，等．ＵＶ固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的研制及其应用［Ｊ］．涂　料工业，２０１３，４３（１）：１５—１８　９　５＇１志明，张佳伟，刘研，等．新型金属型绝热复合涂料的研究［Ｊ］　铸造，２０１３，６２（０３）：２０３—２０５　６王锐．天然植物草本涂料专利申请的调查［Ｊ］．新材料产业，２０１２　（０２）：５０—５２　１０祝红良，李妍，何亮，等．新型耐高温防腐蚀涂料的研制［Ｊ］．上海　涂料，２０１３，５１（０４）：６－８　７徐晶，刘国军，刘素花，等．水性防腐涂料的研究进展［Ｊ］．现代涂　料与涂装，２０１０（１２）：２１—２３　８　１ｏｈｎＹＫ，Ｃｈ　。ｎｇ１ｗ，Ｋｉｍ　ＪＨ．ＣｈａｉｎＥｘｔｅｎｓｉ。ｎ　Ｓｔｕｄｙ　０ｆＡｑｕｅｏｕｓ　Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　Ｄｉ　Ｐｒｅｓｉ０ｎ［Ｊ］．Ｃｏｉｌ。ｉｄａｎｄ　Ｓｕｆｆａｃｅ　Ａ，Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　１１王荣民，刘发锐，何玉凤，等．改性纳米氟碳涂料的自清洁性与抗　茵性［Ｊ］．石油化工，２０１３，４２（０３）：３２５—３２９　１２聂振芝．白色含氟高耐磨特种烤漆［Ｊ］．涂料技术与文摘，２０１３　３４（０３）：２１—２２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｔ　Ｈｏｍｅ　ａｎｄ　Ａｂｒｏａｄ　ｒａｏ　Ｙｅｌｉ，Ｚｈａｎｇ　Ｑｉａｎｇ，Ｓｈａｎｇ　Ｃａｎ，Ｗａｎｇ　Ｙａｎｇ　（Ｗｕｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｈｕｂｅｉ　Ｗｕｈａｎ，４３００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　０ｂｔａｉｎ　ｎｅｗ　ｆｉｌｍ—ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗｉｔｈ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｒｅｓｉｎ，ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｔｏ　ｍ０ｄｉｆｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｉｌｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｃｒｏ—ｎａｎｏ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏａｔｉｎｇ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＵＶ—　ｃｕｒａｂｌｅ　ｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄ　ｐ０ｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈｉｇｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｎａｔｕｒａｌ　ｈｅｒｂｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆｉｌｍ—ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ・　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌ０Ｄｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ—ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅａｌｔｈ，　ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　２０１４年１月９日，全球领先的液体和粉末涂料供　应商艾仕得涂料系统在新亚太区及中国总部开业仪　式上，宣布推出其在中国的可持续科技教育项目。该　项目是艾仕得全球教育项目的一部分，同时也是艾仕　得成为独立公司后在中国的首个企业社会责任项目。　这一项目包括为中国顶尖的材料科学以及化学　工程大学的学生提供奖学金，定期在校园中举办由　艾仕得科学家主持的技术讲座和研讨会、举行艾仕　得大学开放日以及与大学进行合作项　目。此外，艾仕得公司将为合作大学提　供学生实习机会，直接参与艾仕得项　目调研与开发，接触艾仕得复杂的产　品生产线、先进的技术及可持续生产　流程。　在艾仕得亚太区和中国新总部开　业仪式上，艾仕得董事长兼首席执行　官谢睿思（Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｓｈａｖｅｒ）先生为来自　中国五所大学的获奖学生代表颁发了　奖学金证书。