21世紀涂料技術走向

   進入21世紀以來，由于受到來自環保和節能等方面日漸嚴酷的壓力，涂料工業不得不重新估價現有涂料品種的可適用性，發展水性涂料、高固體涂料、無溶劑涂料、粉末涂料和輻射固化涂料已成定局。如何促使這類涂料在使用性能上和經濟可行性上能夠替代原有的傳統涂料，并且隨著科學技術的不斷進步、新產品的出現，必須要用更新穎的功能性涂料與之配套，我們面臨的一個問題是：傳統的涂料工藝技術能否適應這一需求?事實上，目前許多新涂料的出現并非完全依賴于這些涂料工藝技術，而是需要大膽構思，另辟蹊徑，甚至舍棄傳統的涂料工藝技術而開創前所未有的新工藝來應對21世紀涂料技術的發展。

    眾所周知，涂料工業是為滿足建筑、工業和特種工業產品的不同需要而建立的工業配套部門，但值得注意的是，各國的涂料技術作用能力受到相應的市場準備狀態及其可接受性、實際的經濟狀況、法規章程以及文化適配性等各種因素的制約，因此涂料技術的發展主要也受控于各國涂料工業對研究和開發前景展望的程度以及包括對多種學科熟練掌握和運用的能力(涂料本身是一門邊緣學科)。在涂料領域里，任何一次技術的成功均取決于各種不同的要素，即配方、工藝、應用及檢驗技術發展一體化的協調性，缺乏這種同步性作用就必然會在涂料技術概念與商品化之間產生鴻溝。聚合物科學、合成顏料和助劑的快速發展已使涂料配方技術的發展要比涂料生產工藝、應用和檢驗技術快得多。輻射固化涂料從20世紀70年代初就以實驗室的規模加以使用，但其實際商品化卻來得相當晚，這是由于對合適的紫外線固化通道的開發不夠重視。同樣基于雙酚A環氧樹脂的快速固化無溶劑環氧涂料在20世紀60年代就為人們所知，但由于沒有合適的施工設備，也就使這種技術的商品化大大推遲了。所以要加速未來技術商品化的進程，對技術各個方面的著重程度加以適當平衡極為重要。

    1 涂料技術的轉型

    當今涂料技術發展處于轉型過程之中，從涂料技術發展的進程來看，早在20世紀60年代初，隨著美國關于控制VOC排放的空氣清潔法(66法規)的頒布，及此后歐美許多環保局強制推行的類似規章，促使減少VOC已擺上這些的涂料制造商的主要議事日程，這種推動的結果就促進了4項替換技術的開發，即工業用溶劑型高固體涂料、水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料。

    20世紀80年代，跨越的質量活動使改善性能成為重點，90年代，提高生產率和經濟效益方面的驅動力使各涂料公司市場競爭性增強，從而使涂料設計者們將工作重心移向此處。在本世紀，這種動力已發生變化，這是因為涂料制造商們在相比較的價格下所提供的產品及服務質量之間的界限逐漸消失，在這樣的環境之下，各涂料公司除了重新聚焦在研究、開發、革新產品之外，別無其它選擇。

    在2l世紀，除了環境方面的因素之外，對涂料產品的要求是優異的性能和高使用壽命，這就導致對各種涂料技術所需聚合物的使用有了根本性改變?；谔蓟瘜W的聚合物支配權正逐漸遭受到基于硅化學，碳、硅雜化化學和含氟聚合物等耐久性新一代聚合物的挑戰，它們在幾乎所有的涂料方面的滲透是顯而易見的。硅這種在地球上僅次于氧的第二大自然界豐富物質將成為新一代高性能涂料組成中的設計基體，它可以純無機材料基料或有機―無機雜化的互穿網絡聚合物基料形式加入涂料中，大大改善涂料體系的性能和使用壽命，特別是在對紫外線的穩定性、耐熱、耐化學品性和耐磨性方面。

    此外，超支鏈聚合物和樹枝狀體、基于納米技術的涂料和智能型涂料也是涂料新技術的佼佼者.

    2 有機―無機雜化技術

    以有機―無機雜化技術而發展的涂料品種有：新一代氣干型碳―硅氧烷雜化體，如環氧聚硅氧烷、硅氧烷―丙烯酸類、滲硅乳膠等，均具有突出的耐久性，且已商品化，其中負盛名的當推工程性環氧聚硅氧烷涂料，用于重防腐蝕涂料體系中，不同于有機／無機富鋅涂料、環氧中間層和聚氨酯面漆3道系統，而是有機／無機富鋅底漆和環氧聚硅氧烷面漆2道系統，性能優于前者，且低VOC，減少了對環境的污染；而由雜化技術開發的乳液體系采用內核殼乳化和外乳化方法制成，原料采用丙烯酸和醇酸，這種氣干型水性雜化乳液具有丙烯酸乳液和醇酸乳液的雙重優點，可用于建筑領域，具有優異的性能，如光澤、流動和流平性、可涂刷性、潤濕性等，它既有溶劑型醇酸涂料的施工便利性，同時又具有丙烯酸分散體的干燥速率、耐久性、不泛黃性和水解穩定性，不含成膜助劑，無VOC，不含烷基苯氧乙烯／壬基苯氧乙基，實際無氣味，這種乳液符合新的歐洲共同體環境指令因而在歐洲很流行。

    滲硅乳液也是雜化乳液的一種，系將乙烯化硅氧烷或其衍生物與丙烯酸單體共聚制成，用于滲透混凝土/磚石的封閉底漆以及硅酸鹽涂料，這種乳液可與丙烯酸乳液拼混制得外墻用長壽命硅酸鹽涂料，它有8年的耐久性，極佳的抗沾污性，耐風吹雨打而不犧牲呼吸性。將憎水性聚硅氧烷齊聚物混入乳膠漆用于建筑物外墻面，具有出色的水珠效應。環氧聚硅氧烷涂料具有優異的耐沾污性，可作為無有機錫的自拋光涂料，并在無毒防污漆市場上占有優勢地位。

    3 氟聚合物及樹枝狀聚合物

    含氟聚合物具有許多烴類對應物所無法比擬的性能，包括突出的耐候性、耐化學品性、抗酸蝕性和硬度，它具憎水和憎油的功能，因此制成的涂料高度抗污染，使用壽命達25年；溶劑可溶的含氟聚合物根據相對分子質量和羥基含量可設計成氣干或交聯型涂料，用于建筑型材、轎車、飛機、商用車輛和海洋用途中：，基于氟化乙烯乙烯醚多元醇的氟化聚氨酯涂料是很有前途的船舶用無錫自拋光防污涂料。偏氟乙烯之類的含氟聚合物則用于卷材涂料和建筑用粉末涂料中，為平衡使用效果，?；煲詿崴苄员┧嵋詼p少由于過分結晶而產生的收縮以及改善附著力，該涂料符合美國建筑制造商新的AAMA2604／AAMA2605規范要求，在佛羅里達曝曬試驗場達到10年的天然試驗要求。

    超支鏈聚合物也稱為樹枝狀聚合物，具有稠密的支鏈結構并含有大量的活性端基，其系一種或多種ABx型單體經均聚或共聚產生的縮聚聚合物，或有時在多功能核分子存在下產生的樹枝狀聚合物支鏈網絡。其中ABx單體為脂肪族系，如2，2―二甲基丙酸，也可以是芳香族，如3，5―二乙酰氧基苯甲酸等。在此工藝中，擴鏈由逐步聚合產生，直至獲得所需的相對分子質量和功能性端基，這種多分散性超支鏈聚合物可更廣泛地以工業規模制造，因為它比單分散樹枝狀物成本低，加工容易。

    已報導的超支化聚合物多為聚酯類，與線型或常規支鏈型聚酯相比，它具有涂料設計者所需要的一些重要優點，如在已知相對分子質量下具有牛頓型行為以及較低粘度，且有大量的功能性端基充分交聯。該聚合物可設計出低粘度高固體且具有優異流變性能、涂膜厚度和反應活性的產品。這種樹枝狀聚酯的丙烯酸和甲基丙烯酸衍生物可用于輻射固化系統。一種新型的超支化聚酯酰胺樹脂可用于卷材涂料中，它能在較低溫度下與六甲氧甲基三聚氰胺型交聯劑相結合進行固化，得到較高的膜厚。

    4 納米技術

    納米復合涂料所采用的納米技術屬于控制材料的新學科，即通過減少材料尺寸至納米級水準，得到許多工業上很為重要的技術優點。在涂料領域，納米技術可通過溶膠凝膠工藝來提升聚合物的性能，改善產品的物理―化學性能，如抗劃傷性、自清潔性、耐沾污性等。許多類型的納米粒子，如納米金紅石型二氧化鈦、納米氧化鋅、納米二氧化硅、納米滑石粉、納米碳纖維正不斷用來改善涂膜的性能，它們可通過加到基料或涂料中作為增強性填料。

    納米粒子可用于制造透明木材填孔料、汽車用陶瓷清漆、防滑／潤滑涂料、防污染涂料，超耐刮性涂料以及高抗沾污性涂料等，由于其潛力巨大，因此已成為涂料公司研究的焦點區域。

    5 智能型涂料

    智能型涂料屬于一類新涂料，它采用智能性聚合物或材料加以設計，呈現出不同凡響的功能；或以革新的方式達到獨特的使用性能。智能型分子系原子級或分子級工程材料，這種材料加入涂料配方中會顯示出不同尋常的功能。這類涂料包括傳感器型涂料、預測性涂料系統、功能型涂料、納米粒子型涂料、光催化涂料、新型高性能涂料等。如在涂料體系中的導電聚合物能起著模擬的聚合物中子作用，即能接收外部刺激并作出應答，這一性能可利用來開發傳感器型智能涂料，用于化學傳感器、氣體傳感器、生物傳感器、光電傳感器和熱動開關中。將智能材料用于對腐蝕敏感之用的自探測涂料依賴于與腐蝕環境發生作用而進行轉型的材料，這種相互作用可通過一些方式加以體現，例如因pH值變化而發生色變或因腐蝕進行而使導電性發生變化以及因與金屬發生氧化或絡合作用而由非熒光性轉型為熒光性(發射光的波長發生變化)，從充以染料的微膠囊等之中在受損傷區釋出有色染料，通過轉型來指示和探測腐蝕損害，但在目前，這種技術以實驗室為主。熱致變色聚合物以及熱敏顏料均可用于示溫涂料中；而電致發光聚合物可用于信號指示燈、車輛駕駛室儀表板、機場跑道、偽裝路標等以增強可見性；將光活性顏料加到涂料中有助于探測針孔、縮孔、劃傷痕跡等施工缺陷。這種光學活性涂料用于船舶涂裝，如壓載水艙施工中需要探測是否有涂層是極為重要的。智能型涂料第三個重要領域是納米復合涂料，由于納米材料的加入可成功地設計易清潔涂料，超抗劃傷涂料和抗污染涂料等。

    6 結語

    應該看到，涂料技術目前的走向還著重于解決短、中期且比較實際的目標，這就要解決涂料用原料的佳化、提升現有產品的質量及改善涂料制造和施工效率。不言而喻，目前市場上產品的競爭力主要反映在制造成本和產品優勢上，這就在于掌握產品的時代需求趨勢以及掌握涂料制造關鍵并降低生產成本，這是大多數涂料企業所必須考慮的。 這種結果一是使涂料產品的開發轉向中、短期見效快的課題，轉向改善現有產品及其制造工藝，使其價格更具競爭力或使其產品質量更優；二是環保壓力促使涂料制造商們在選用涂料用原材料時更注重環保要求；三是必須密切掌握好整個供應鏈，即原材料的供應、配方研究開發、生產制造工藝控制、質量監控、包裝、物流管理、經銷點分配、廣告宣傳、用戶使用評價等一系列體系，并集中優勢于主要利潤區以獲取市場的控制權，主導市場上技術發展方向，這樣才能居于地位并保持經濟的持續增長。