水性漆的环保性和质量

2017年02月节能环保水性漆的环保性和质量俞宪和（杭州市质量技术监督检测院浙江杭州310019）1水性漆的现状传统意义上的水性漆包括乳胶漆和水性涂料。水性漆是指以水代替有机溶剂作溶解介质应用于木器、藤竹器、金属等材料上的涂料，品种以丙烯酸树脂水性漆和聚氨酯树脂水性漆为主，以汽车行业的应用为驱动，逐渐向木器等材质领域发展。随着现代工业的发展，大气中的二氧化碳及碳氢化合物等气体浓度不断增加，不仅导致全球气温升高，对环境产生一次性污染，一些有机物与空气中的氮氧化合物发生光化学反应，产生有毒有害的臭氧等，引起比一次性污染更大的二次污染毒害。据统计，全世界每年向大气释放碳氢化合物约2000万吨，大部分与涂料涂装相关。涂料制造时排放到大气中有机溶剂量为涂料量的2%，涂装过程中挥发到大气中的有机溶剂为涂料量的50%～80%。各国政府不断通过限制和降低有机物排放以为减少环境污染、改善和提高生活品质。我国政府有关部门也出台了多项法律法规，以控制挥发性有机物(VOCs)的排放量，如环保部发布《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》，拟将实行“VOCs”排污收费制度；北京市出台的《空气清洁行动计划》规定,2015年家具厂“低VOC涂料”使用量不低于30%；上海市将溶剂型涂料列入落后产能淘汰清单；广州市规定不再批准有机溶剂型涂料生产项目；深圳发布《人居年度计划白皮书》，要求关停未经环保审批的喷涂生产线，环保手续齐全的家具涂装线完成水性化、UV化改造或VOC污染治理。环保部、税务总局和财政部联合发布的对产业结构调整指导目录中限制类的溶剂型涂料增收消费税，并已经正式列入征税清单。显然，溶剂型涂料消费税是扶持环保型涂料发展的重要政策举措之一。消费税的开征，将拉近溶剂型涂料与环保型涂料的市场价格差，为以环保型涂料著称的UV光固化水性漆等带来发展的良好机遇。这种机遇首先是政府对环境保护的重视，其次是建筑与汽车行业应用的驱动。受各国政府对于涂料VOC排放严格限制的影响，助推动了水性涂料市场的快速增长，2014年，欧洲地区水性漆的用量就占了占全球用量的三分之一以上。可以预见，严格的环境法规对于溶剂型涂料的限制将进一步推动该区域对水性涂料的需求。得益于印度、泰国、墨西哥、中国和印尼等发展中国家基础设施建设项目的大力增加和发展，亚太地区水性漆市场将在未来几年内获得快速发展，增速可在8%以上。预计亚太地区将在未来的5～8年内有望取代欧洲成为水性漆最大的区域市场，其中汽车行业水性漆的应用是增长最快的领域，预计2015～2022年增长率将达到8.1%。随着产品使用环境的改变和客户对水性漆质量期望的提高，水性漆品种从传统的乳液型、水分散体型、水溶型向无溶剂型和UV光固化型发展。据预计，大型跨国公司未来将会对水性涂料市场进行适度整合，这些大型跨国公司包括巴斯夫、Berger油漆、关西涂料、艾仕得涂料系统、立邦涂料、RPM国际、PPG、阿克苏诺贝尔、威士伯、宣伟和迪古里拉等。2水性漆的优点水性漆以水为溶剂或是稀释剂，不人为添加有机溶剂，特别是不人为添加苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI、有毒重金属等，无毒无刺激气味，对人体无害，不污染环境，这是水性漆最优良的品质。家居建材行业“低碳环保”的理念已经在消费者中深入人心，“要买就要买健康”的消费观念现在已经非常普遍。按照当前的消费观念，健康压倒一切，水性漆和油漆相比，就有这方面的优势，水性漆健康环保，是绿色产业，是漆类未来发展的方向，油性漆必然为水性漆所淘汰。以水为溶剂，节约了大量资源，大大减少了施工时的火灾隐患；对空气的污染也大大降低。采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了工作的环境条件。易于生产、价格低廉、涂刷性好、涂膜柔韧，渗透性好；不会有易黄变等缺陷，漆膜更持久如新；新一代的PU水性漆产品无论是漆膜饱满度、硬度、还是耐刻划度都丝毫不逊色于油性漆；水性漆施工要求宽泛，能在潮湿表面和环境中直接涂覆，对材质表面的干燥程度要求不高，涂层附着力很强，施工简单方便，不易出现气泡、颗粒，漆膜手感好，耐水性优良，不燃烧，可与乳胶漆等其他漆同时施工。水性漆的广泛使用节约了石油资源，减少了产品运输环节，消除了对人体有毒有害、污染环境、易燃易爆的安全隐患，为企业降低了成本。UV固化水性漆集中了众多水性漆的优点，可自行调节涂料粘度，无需稀释单体，消除了普通水性漆中的毒性和刺激性；以水为稀释剂可降低固化膜的收缩率，有利于提高固化膜对底材的粘附性，漆膜的附着性能更好；适合喷涂施工，施工的灵活性增加；涂装设备和装置可用水进行清洗；具有良好的阻燃性能；与常规自干型水性漆相比，产品在紫外光照射下快速干燥，提高了涂装效率，被涂饰产品下线直接可以包装；漆膜硬度、抗刮等性能更好；由于不使用低分子活性稀释剂，克服了传统紫外光固化涂料不能兼顾高硬度和高柔韧性问题，UV光固化水性漆很好地兼顾了柔韧性与硬度。220ChaoXing2017年02月节能环保3现阶段水性漆的质量标准目前水性漆主要有以下几项有关国家标准：GB/T23999-2009《室内装饰装修用水性木器涂料》GB24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》GB24408-2009《建筑用外墙涂料中有害物质限量》GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》3.1有害物质限量GB24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》项目挥发性有机化合物含量≤苯系物含量（苯、甲苯、乙苯和二甲苯总和）/（mg/kg）≤乙二醇及其酯类含量（乙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯总和）/（mg/kg）≤游离甲醛含量/（mg/kg）≤可溶性重金属含量（限色漆和腻子）/（mg/kg）≤铅Pb镉Cd铬Cr汞Hg限量值涂料300g/L30030010090756060腻子60g/LGB24408-2009《建筑用外墙涂料中有害物质限量》项目挥发性有机化合物（VOC）含量（g/L）≤苯含量/%≤甲苯、乙苯和二甲苯含量总和/%≤限量值水性外墙涂料底漆120--面漆150腻子15g/kg溶剂型外墙涂料（包括底漆和面漆）色漆6800.340清漆700闪光漆760游离甲醛含量/（mg/kg）≤游离二异氰酸酯含量总和/%≤（限以异氰酸酯作为固化剂的溶剂型外墙涂料）乙二醇醚及醚酯含量总和/%≤（限乙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯）100-0.03-0.4重金属含量（限色漆和腻子）/（mg/kg）≤铅（Pb）镉（Cd）六价铬（Cr6+）汞（Hg）100010010001000GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》项目挥发性有机化合物含量（VOC）≤苯、甲苯、乙苯、二甲苯总和/（mg/kg）≤游离甲醛/（mg/kg）≤可溶性重金属/（mg/kg）≤铅Pb镉Cd铬Cr汞Hg限量值水性墙面涂料120g/L30010090756060水性墙面腻子15g/kg3.2物理性能指标221ChaoXing2017年02月节能环保GB/T23999-2009《室内装饰装修用水性木器涂料》项目在容器中状态施工性遮盖率（色漆）干燥时间≤涂膜外观贮存稳定性（50℃，7d）打磨性光泽（600）铅笔硬度（擦伤）≥附着力（划格间距2mm）/级≤耐干热性［（90±2）℃，15min］/级≤耐磨性（750g，500r）/g≤耐冲击性耐水性（24h）耐碱性（2h）耐醇性（8h）耐污染性(1h)耐黄变性a（168h）ΔE*注：清漆产品必须在产品外包装上注明所达到的等级。a该项目仅限于标称具有耐黄变等类似功能的产品。表干/h实干/h醋茶清漆色漆一级二级指标家具厂和装修用面漆搅拌后均匀无硬块施涂无障碍商定124正常无异常-商定HB120.050-无异常无异常无异常无异常无异常≤3.03.1～6.0≤3.0地板用面漆F0.040涂膜无脱落、无开裂通用底漆-易打磨-----3.3其它类型的水性漆产品目前尚无国家有关标准。4影响水性漆质量的几方面原因水性漆对于原材料、生产过程的工艺条件、温度湿度变化的要求都非常高。4.1原材料因素水性漆以水作为稀释剂，一般分为三类：一类是以丙烯酸树脂为主要成膜物质的水性漆，其主要特点是附着力好，不会加深木器的颜色，但耐磨及抗化学性较差。因其成本较低且技术含量不高，成为目前市场上的主要产品；第二类是以丙烯酸与聚氨酯的合成物为主要成膜物质的水性漆，其特点除了秉承丙烯酸漆的特点外，又增加了耐磨及抗化学性强的特点；第三类是聚氨酯水性漆，其耐磨性能甚至达到油性漆的几倍，为水性漆中比较好的产品。无论是氧化成膜、化学反应固化成膜还是UV光固化成膜，产品所用的树脂质量优劣是影响产品品质的重要因素之一。水性UV树脂是在传统UV树脂的基础上引入了水性基团或链段，使树脂具有一定的亲水性和吸水性。常见的水性UV固化树脂的合成方法有两种：一种是在传统树脂的分子链上引入亲水性基团，如不饱和聚酯类树脂；另一种是与丙烯酸酯反应生成水性丙烯酸酯类低聚物如聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等，无论是哪一种合成方法，树脂链上都有光敏基团存在，光敏基团的存在并在涂膜过程中参与分子链交化反应，使得形成的漆膜的各项性能更好。4.2生产过程的工艺条件因素以UV光固化水性漆为例。UV光固化水性漆是通过添加一种有机胺或者酸使其变成羧酸盐或铵盐而溶于水的，所以相比油性UV漆，需要水和助溶剂的预挥发干燥和紫外光辐射固化干燥两个过程。即在光固化前，需要闪蒸设备来干燥除水，在预干燥过程中将有机胺和水份移出后，盐又成为水不溶的酸且成膜，然后在紫外光的照射下，预聚物发生基团聚合、交联反应，在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物，液态的组分转变为固体聚合物，成为硬化膜。光固化前的预干燥程度对固化膜性能影响很大，干燥不完全时，减缓光固化速度，这是因为水对抑制氧的阻聚作用有一定效果，但是这只能使膜表面迅速固化（即表干），而不能达到实干，由于膜内含有的水难以逸出，使固化膜难以成为均匀、连续相，表现为发白不透明。水的存在也不利于提高凝胶转化率，漆膜附着性不好。要保证水性UV漆成膜质量必须保证UV光固化水性漆的预干燥一定要干燥充分、完全。因此生产过程中反应时间、温度等各项参数的控制十分关键。4.3产品使用过程中温度湿度变化因素由于水的高表面张力造成水性漆在润湿、雾化、流平、防流挂等方面和溶剂型涂料相比有一定的难度，除了配方上要下功夫，在实际生产施工时，要严格把握控制漆液施工粘度、喷枪角度及板面涂布量。首先水性漆对施工过程及材质表面清洁度要求高，因水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔；其次水性漆在对抗强机械作用力的分散时，漆液中分散微粒被压缩成固态微粒，使涂膜产生麻点，因此输送管道形状要求良好，管壁没有缺陷；对烘烤型水性漆，由于水的蒸发潜热大，烘烤能量消耗大，为使液体凝结后不滴于涂膜表面影响外观，要求有合适的调温调湿设备，否则影响漆膜的各项物理性能。水性漆产品作为物件表面装饰保护用，许多良好的物理性能和抗环境介质能力是其它产品所无法代替的，特别是它的安全性更是引领行业方向的重要因素。要稳定和提高产品质量，企业需要从质量管理和控制、标准化水平及生产工艺等方面作文章，如举办产品质量学习班，多方面强化企业的质量意识，特别是企业高级管理人员的质量意识。企业要有完善的原材料验收、生产过程和出厂检验制度。在成本控制、生产过程监控和质量关键点的监管方面，要制定严格有效的质量体系，并使之按照质量体系的要求执行。222ChaoXing