中國粉體網訊 近年來，水性涂料憑借其綠色、低碳、高性能、廣泛適用等諸多優點受到了消費者的青睞，正在逐漸取代傳統涂料的主導地位。目前，我國環保型水性涂料已經呈現出“四足鼎立”的局面——水性無機富鋅涂料、水性環氧涂料、水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料。
1水性涂料的“優”與“劣”
1.1水性無機富鋅涂料
水性無機富鋅涂料由基料、顏填料、助劑3部分組成。水性無機富鋅涂料在安全環保、耐高溫、耐化學品及長效防腐方面具有巨大的優勢，但是其機械性能差、易開裂脫落、對基材要求高等缺點也十分顯著。
1.2水性環氧涂料
該涂料利用水或者其他介質作為溶劑，因具有較高的金屬附著性、粘結性能，且化學性能穩定，在使用過程中無揮發性有機溶劑，成為各國關注的重點。
但是該類涂料現在也存在一些弊端，例如：在固化成膜之后，由于涂膜內部的內應力過大，涂膜質地較脆，而且耐腐蝕性較差。這是由于顏料、助劑等原料與水的相容性較差，造成水性環氧涂料分散性不均勻，這也是水性涂料的一大通病。
1.3水性丙烯酸涂料
該類涂料主要是丙烯酸酯類樹脂配合助劑、顏料等物質制備而成。它具有耐酸堿、安全環保、廉價、防腐蝕等優勢，在汽車、家具、建材等領域有著較為廣泛的應用。
但是水性丙烯酸樹脂的成膜機理較為復雜，在改性過程中常出現團聚等一系列的問題，在改性過程中需要進行一些成膜機理的探索。
1.4水性聚氨酯涂料
該類涂料具有安全、環保、高硬度、耐磨損、易清理等眾多優異性能。但水性聚氨酯涂料也存在成膜所用的時間較長，對周圍環境要求較高，不易于存儲等問題，致使其存在應用范圍相對狹窄，大規模應用程度較低的問題。
2填料“填補”水性涂料短板
2.1非金屬礦物填料
體質顏料又稱為填料，包括許多化合物，主要是鋇、鈣、鎂或鋁的鹽類，硅或鋁的氧化物，或從前兩類物質衍生的雙鹽類，在涂料中具有廣泛的用途。這些填料有兩種通性，一是折射率低，二是顏色為白色或近乎白色。
填料的物化性能
在涂料工業中，填料主要起到兩個方面的作用。一是起到骨架與填充作用，減少樹脂用量，降低生產成本。二是能夠改善涂料的施工性能，例如：提高涂料施工的流動與流平性，提高產品的貯存性，提高涂料的涂膜質量，以及提高涂膜的硬度、機械強度、遮蓋力、耐候性、耐水性、耐溶劑性、抗彎曲性、阻燃性、抗劃痕性和抗龜裂性等。
Liu等在超聲催化的條件下，利用磷化殼聚糖(PCS)改性蒙脫土，得到了PMT(有機改性剝離蒙脫石)，將PMT添加到含有AHP(次磷酸鋁)的聚氨酯涂料中。結果表明，AHP含量為9%和PMT含量為1%的聚氨酯涂料阻燃性能良好。
2.2納米碳材料
以碳作為主要構成元素的碳材料具有質量輕、硬度高、耐磨、導電、導熱等優點，同時還具有優異的化學穩定性。例如，石墨烯、納米碳管、納米炭黑及納米碳化物等。
納米碳材料優異的穩定性、高力學性能、耐腐蝕性能等可以在水性涂料中得到很好的發揮。
納米碳材料改性水性涂料工藝流程簡圖
Lee等用聚乙二醇(PEG)與酸化碳納米管（MWCNTs）表面的羧基通過酯化反應，在其表面接枝了PEG鏈段，其在PU基體中分散性良好。這些是由于通過化學反應處理納米顆粒，改變粒子表面的結構并在其表面嫁接特殊的官能團，使碳材料具有親水性，最終達到讓碳材料在水性涂料中穩定分散的目的，形成高品質的納米粒子改性涂層。在實際生產應用中，納米碳材料在水性涂料中的分散性是影響其性能的主要因素，這是現階段研究的難點和重點。
3水性涂料研究及發展方向
納米碳材料方面，總整體而言，簡單、易操作、可大規模生產的改性方法，是未來納米碳材料改性水性涂料的主要趨勢。涂料行業“十四五”規劃中，對水性工業涂料的研究有明確方向指引。包括防腐、汽車、船舶、木器、鋼結構等水性工業涂料的科學技術研究，內容有水性涂料的抗性與成膜物結構關系、成膜機理、顏料分散機理、涂膜流動及流平等機理。
此外，還要特別關注有助于提高水性涂料性能的機理，如水性防腐涂料的防閃銹、提高早期耐水性機理，水性木器涂料的防漲筋機理，水性汽車涂料實現緊湊涂裝工藝的機理。
傳統顏填料方面，涂料行業“十四五”規劃中提出，鈦白粉、氧化鐵系顏料重點是通過新型制造技術或重大技術改進提高其耐候性、分散性，并且減少制造過程對環境的污染。
寫在最后
涂料對填料的搭配最終是根據需求選擇的，傳統非金屬材料方面，有多元化，低成本、綠色環保、材料來源廣泛等優勢。碳材料方面，隨著對納米碳材料的不斷研究，利用納米碳材料優異的導熱性、導電性、化學穩定性和力學性能，在高耐熱涂料、超導涂料、防腐涂料、超耐磨涂料等領域將具有非常大的應用前景和應用優勢。
參考來源：
孫英純，納米碳材料對水性涂料的改性研究現狀，南京林業大學
中國涂料行業“十四五”規劃(二)，中國涂料工業協會
司政凱，等：環保型水性涂料的研究現狀及發展趨勢，河南興安新型建筑材料有限公司
