1058-107無(wú)醛涂料的制備與研究（只有說(shuō)明書(shū)）

1058-107無(wú)醛涂料的制備與研究（只有說(shuō)明書(shū)）,涂料,制備,研究,鉆研,只有,說(shuō)明書(shū),仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 107 無(wú)醛涂料的制備與研究 學(xué) 院： 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 材料化學(xué)班級(jí)學(xué)號(hào)： 06023317學(xué)生姓名： 向順成指導(dǎo)教師： 熊聯(lián)明教授二 O 一 O 年 六 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯題目 20 世紀(jì)到 21 世紀(jì)水性涂料面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 材料化學(xué)班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 06023317學(xué) 生 姓 名 向順成指 導(dǎo) 教 師 熊聯(lián)明教授填 表 日 期 2010 年 3 月 8 日1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系QQ 251133408 另專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證。1 前言1.1 107 無(wú)醛涂料簡(jiǎn)介107 涂料是上世紀(jì) 80 年代初期開(kāi)發(fā)的,以聚乙烯醇縮甲醛為主要成膜物的涂料。仿瓷涂料、冷瓷涂料、803 涂料等均為此種涂料的商名。盡管上世紀(jì) 60 年代我國(guó)就有了乳膠漆的生產(chǎn)技術(shù),但由于 107 涂料以?xún)r(jià)格低廉適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的社會(huì)發(fā)展水平和人民生活的要求,所以曾風(fēng)靡一時(shí),占據(jù)了我國(guó)建筑涂料的大部分市場(chǎng)。但是，在多年使用中,107 涂料暴露出一些致命的缺陷。其中最大的危害當(dāng)屬 107涂料中含有的有害物質(zhì)—甲醛。傳統(tǒng) 107 涂料的主要成膜物質(zhì)—107 膠的生產(chǎn),是在聚乙烯醇中加入甲醛,進(jìn)行醇醛縮合反應(yīng)而生成的膠狀體混合物,由于聚乙烯醇是分子量很大的高分子化合物,與甲醛反應(yīng)時(shí)反應(yīng)阻力很大,通常條件下很難與甲醛反應(yīng)完全 [1],這樣大量的致癌物質(zhì)甲醛就會(huì)殘留在 107 膠中,當(dāng) 107 膠用作 107 涂料的主要成膜物質(zhì)時(shí),107 膠中的未反應(yīng)甲醛就全留在 107 涂料中，危害人們的健康。目前市場(chǎng)上的 107涂料絕大部分都含有甲醛這一有毒、有害成分，加之傳統(tǒng) 107 涂料的耐寒性差、游離甲醛含量高，其應(yīng)用范圍受到很大限制 [2]。聚乙烯醇（PVA）在酸性條件下與甲醛反應(yīng)生成的聚乙烯醇縮甲醛膠，因具有粘接力強(qiáng)、黏度大、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，也曾在建筑裝飾裝修中廣泛應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)縮醛類(lèi)膠水中游離甲醛揮發(fā)量的限制越來(lái)越嚴(yán)格。近年來(lái)人們?yōu)榻档涂s醛類(lèi)膠水中游離甲醛揮發(fā)做了大量工作，并取得了一定進(jìn)展 [3-7]，但這些改性方法只能降低膠粘劑中游離甲醛的含量，而不能完全消除。因此，研制新型無(wú)毒害的 107 涂料已是 107 涂料市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。無(wú)醛 107 涂料即是在 107 膠的生產(chǎn)制備過(guò)程中選用某種交聯(lián)物質(zhì)來(lái)替代傳統(tǒng)的甲醛，使得 107 膠中完全不含有甲醛這一有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)源頭將甲醛這一有毒物質(zhì)去除，從而保證了制備的新型 107 涂料完全適應(yīng)市場(chǎng)的需要，亦符合國(guó)家的環(huán)保要求。以聚乙烯醇作為主要成膜物制得的建筑涂料具有水溶性好，成膜性能優(yōu)良，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛使用 [6]，但聚乙烯醇分子中含有大量的羥基，親水性大，單純以聚乙烯醇作為成膜物的建筑涂料，因耐水性差而受影響。如何提高聚乙烯醇類(lèi)涂料2的耐水性是建筑涂料行業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。目前普遍采用化學(xué)改性的方法，使其耐水性得到改善，常用的有甲醛改性聚乙烯醇，但因游離甲醛的刺激氣味及毒性使其應(yīng)用范圍受到限制，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性 [8]，都存在一定問(wèn)題，改性工藝復(fù)雜，可操作性差，引入原材料品種多，成本高。因此，需要尋找新的無(wú)醛方式來(lái)對(duì) 107 涂料進(jìn)行改性。1.2 脲素改性聚乙烯醇反應(yīng)機(jī)理107 膠耐寒性差是由于聚乙烯醇在水中的氫鍵效應(yīng)所致。聚乙烯醇在水溶液中易發(fā)生締合反應(yīng)，水被氫鍵截留在無(wú)定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)。在無(wú)定型區(qū)，它們是相對(duì)游離的;在結(jié)晶區(qū)，則呈締合狀態(tài)。因此，提高 107 膠的耐寒性應(yīng)使結(jié)晶區(qū)的水締合狀態(tài)發(fā)生改變。解決的有效辦法是通過(guò)聚乙烯醇的高縮醛化，使 107 膠的結(jié)晶區(qū)改變制備的關(guān)鍵是原料配比、合成工藝和反應(yīng)終點(diǎn)，提高膠的縮醛化度，使其具有較高的粘度和較好的耐寒性。在一定條件下加入適量的脲素，可以達(dá)到這一效果。反應(yīng)式如下：1.3 硼酸鈉改性聚乙烯醇反應(yīng)機(jī)理聚乙烯醇(PVA)是一種強(qiáng)親水性經(jīng)基聚合物，要想改善其耐水性，必須把 PVA 分子中的羥基掩蔽起來(lái)，或者使羥基與其它分子結(jié)合生成難溶于水的物質(zhì)。本文加入硼酸鈉，水解后會(huì)生成硼酸，其作用是使 PVA 分子中的 —OH 基團(tuán)與硼酸分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，硼酸的 B—O 鍵斷裂，與聚乙烯醇形成—C —B—O—鍵，從而使聚乙烯醇分子3得以交聯(lián)，提高了耐水性，其反應(yīng)式如下:1.4 異氰酸酯（TDI ）改性聚乙烯醇反應(yīng)原理TDI 在水溶液中 ,同 PVA 的反應(yīng)比較復(fù)雜,其主要交聯(lián)反應(yīng)為 TDI 交聯(lián) PVA 分子鏈,生成甲苯二氨基甲酸聚乙烯醇酯。交聯(lián)反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)行,也可相互交錯(cuò)進(jìn)行,生成交聯(lián)度更大的高分子化合物。由于以水為溶劑,交聯(lián)劑 TDI 與水反應(yīng)生成甲苯二胺和脲,該反應(yīng)產(chǎn)物很容易被氧化成醌,而使粘合劑帶棕黃色 [9]。另外,TDI 自身也可二聚、三聚。利用動(dòng)力學(xué)原理,控制反應(yīng)溫度、原材料配比等來(lái)控制交聯(lián)度抑制副反應(yīng)、避免較深的顏色、保證交聯(lián)改性反應(yīng)的有效進(jìn)行。1.5 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展國(guó)內(nèi)這幾年涂料市場(chǎng)的發(fā)展非常迅猛，但國(guó)家對(duì)其環(huán)保要求也是越來(lái)越高。據(jù)筆者了解，水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自實(shí)施之日起，不達(dá)標(biāo)的涂料產(chǎn)品不再允許生產(chǎn)；自 2010年 7 月 1 日起，不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品不再允許在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。從 2010 年 5 月份起，由環(huán)境保護(hù)部頒布的涂料環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求防水涂料》正式實(shí)施。水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不得人為向防水涂料中添加乙二醇醚及其酯類(lèi)、鄰苯二甲酸酯、二元胺、烷基酚聚氧乙烯醚、支鏈?zhǔn)榛交撬徕c、烴類(lèi)、酮類(lèi)、鹵代烴類(lèi)溶劑。同時(shí)，水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物、放射性、甲醛、苯、苯類(lèi)溶劑、固化劑中游離4甲苯二異氰酸酯等物質(zhì)也提出了限值要求。在國(guó)外，環(huán)境保護(hù)已成為一項(xiàng)重中之重的事業(yè)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染越來(lái)越受到人類(lèi)的重視，各國(guó)政府都相繼制定了有關(guān)法規(guī)，美國(guó)從 66 項(xiàng)法規(guī)發(fā)展到現(xiàn)在的 1113 項(xiàng)法規(guī)，對(duì)建筑涂料的有機(jī)揮發(fā)物（VOC）的限制作出了更為明確的規(guī)定。其有機(jī)揮發(fā)物含量從 100mg/l 限定到 50mg/l。日本和歐美國(guó)家也都在環(huán)保法規(guī)上對(duì)有機(jī)揮發(fā)物含量給出了限定標(biāo)準(zhǔn)，世界環(huán)保的要求和呼聲，使涂料的開(kāi)發(fā)研究朝著低污染環(huán)保型的方向深化。建筑涂料在生產(chǎn)、使用中的揮發(fā)物質(zhì)是主要的環(huán)境污染源之一，因此，減少有機(jī)揮發(fā)物的含量已經(jīng)成為國(guó)外建筑涂料發(fā)展的總趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外大多都是著力降低 107 涂料中游離甲醛的含量，例如：張占柱等人在改性 107 膠的制備研究 [1]中通過(guò)高縮醛化等方法使得 107 涂料中游離甲醛的含量≤0.35% ; Pedram Fatehi 等人通過(guò)高分子電解滴定和膠質(zhì)滴定等方法 [10]來(lái)改性涂料中游離甲醛的含量; Huining Xiao 等人通過(guò)添加纖維來(lái)改性涂料 [11]。目前取代甲醛用別的物質(zhì)作交聯(lián)劑來(lái)制備 107 建筑涂料這樣的研究還是比較少的，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性，都存在一定問(wèn)題，比如：改性工藝復(fù)雜，可操作性差，引人原材料品種多，成本高，等等。1.6 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)以及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題研究?jī)?nèi)容：傳統(tǒng) 107 建筑涂料的成本低廉、容易制備，但它的粘結(jié)強(qiáng)度和耐水、耐潮性能較差，加之含有甲醛等有害物質(zhì)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越受到限制。選用無(wú)毒無(wú)害的交聯(lián)劑來(lái)替代甲醛完成聚合反應(yīng)，同時(shí)使所得產(chǎn)品的基本性能不發(fā)生變化成為一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。本文采用三種不同種類(lèi)的交聯(lián)劑進(jìn)行改性，完全不用甲醛等有毒有害物質(zhì)作為交聯(lián)劑、從產(chǎn)品源頭上保證所制得的產(chǎn)物符合國(guó)家的環(huán)保要求。另外，采用正交等實(shí)驗(yàn)方法確定每一種交聯(lián)劑的最佳實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)比較三種交聯(lián)劑在最佳實(shí)驗(yàn)條件下所制得 107 涂料的力學(xué)性能確定哪種交聯(lián)劑最為合適。研究目標(biāo)：(1) 確定每一種交聯(lián)劑與聚乙烯醇(PVA)反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)條件；(2) 制備出水溶性、力學(xué)性能較高的 107 無(wú)醛涂料并測(cè)定其基本力學(xué)性能；(3) 通過(guò)比較確定最佳交聯(lián)物質(zhì)及反應(yīng)條件。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：(1) 由于聚乙烯醇 (PVA)極容易聚合，因此確定交聯(lián)劑的含量成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。5(2) 測(cè)試產(chǎn)品的各種性能。(3) 綜合分析各種產(chǎn)品。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)試劑詳見(jiàn)表2.1。表2.1 實(shí)驗(yàn)試劑藥品名稱(chēng) 化學(xué)式 純度 生產(chǎn)廠家聚乙烯醇1799 (CH2CHOH)n CP 上海精細(xì)化工科技有限公司硼酸鈉 Na2B4O7·10H2O AR 江西科技精細(xì)化工廠脲素 CH4N2O AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司甲苯-2,4-二異氰酸酯 C9H6N2O2 AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉 NaOH AR 上海實(shí)驗(yàn)試劑有限公司丙酮 CH3COCH3 AR 汕頭市隴西化工有限公司磷酸三丁酯 CH2=CHCOOC4H9 CP 上海化學(xué)試劑供應(yīng)五聯(lián)化工廠六偏磷酸鈉 (NaPO3)6 AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司鈦白粉 TiO2 AR 汕頭市隴西化工有限公司立德粉 ZnS·BaSO4 AR 無(wú)錫市澤輝化工有限公司6滑石粉 Mg3[Si4O10](OH)2 AR 南昌市明瑞化工有限公司輕質(zhì)碳酸鈣 CaCO3 AR 上海市奉賢試劑廠2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器詳見(jiàn)表2.2。表2.2 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱(chēng) 型號(hào) 生產(chǎn)廠家調(diào)溫恒溫電熱套 HDM–500 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 101–1–BS 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠數(shù)顯恒溫水浴鍋 HH–2 國(guó)華電器有限公司無(wú)極恒速攪拌器 D–2 鞏義市英谷予華儀器廠電子天平 PL–203 海特勒（上海）儀器有限公司旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì) NDJ–7 上海天平儀器廠秒表 4504 廣州麥斯卡發(fā)展有限公司初粘性測(cè)試儀 QT–G 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司漆膜附著力試驗(yàn)儀 QFZ 天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司72.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.2.1 以脲素為交聯(lián)劑制備 107 涂料 [12]2.2.1.1 正交實(shí)驗(yàn)表的確定 [13]實(shí)驗(yàn)選擇粘度為主要參考指標(biāo)，采用四個(gè)不同的反應(yīng)因素作為正交實(shí)驗(yàn)表的四個(gè)因素，分別為：A—反應(yīng)溫度（℃） ；B—反應(yīng)時(shí)間（ min） ；C—交聯(lián)劑與聚乙烯醇（PVA）的摩爾比。每個(gè)因素?cái)M定 3 個(gè)水平(見(jiàn)表 2.3)，選用 L4(23)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表 2.4） 。表2.3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表因素水平A反應(yīng)溫度（℃）B反應(yīng)時(shí)間（min）C交聯(lián)劑與聚乙烯醇（PVA）的摩爾比1 75 20 1.2:12 85 30 1.5:1L4(23)正交實(shí)驗(yàn)因素表如表2.4所示表2.4L 4(23)正交實(shí)驗(yàn)因素表列號(hào)實(shí)驗(yàn)號(hào)A B C1 1 1 12 1 2 23 2 1 24 2 2 12.2.1.2 107膠的制備向裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入 92ml 的去離子水，攪拌下慢慢加入 8.0g 聚乙烯醇（PVA） 。逐步升溫至 A℃，攪拌溶解。溶解后加入濃鹽酸，8調(diào)至 PH 值為 C,繼續(xù)保溫 A℃，加入 Dg 交聯(lián)劑硼酸鈉，反應(yīng) Bmin,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約 60℃，慢慢滴加 30%的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)液至 PH 值 7.0～7.5。撤去熱源，繼續(xù)攪拌片刻即可。2.2.1.3 107涂料的制備在一燒杯中取 2.2.1.2 中制得 107 膠 50g，分別加入 1.0g 六偏磷酸鈉、1.4g 鈦白粉、2.8g 立德粉、2.8g 滑石粉、15.0g 輕質(zhì)碳酸鈣、0.1g 磷酸三丁酯，攪拌混勻，即得 107涂料。測(cè)所得涂料的粘度作為主要參考指標(biāo)，確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。2.2.1.4 107 涂料性能的研究在最佳實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù) 2.2.1.2，2.2.1.3 步驟，測(cè)試涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù)。2.2.2 以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備 107 涂料 [14-15]2.2.2.1 107膠的制備在電加熱爐上，向裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入 92ml 的去離子水，攪拌下慢慢加入 8.0g 聚乙烯醇（PVA） 。逐步升溫至 95℃以上，攪拌溶解。溶解后將三口燒瓶移至恒溫水浴鍋中，加入適量 5%的 NaOH 溶液，調(diào)至 PH 值為 7 左右,反應(yīng)溫度控制在 70℃左右，分別加入 0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05gNa 3BO3 為交聯(lián)劑，反應(yīng) 60min,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約 50℃，撤去熱源，繼續(xù)攪拌片刻即可。五組實(shí)驗(yàn)編號(hào)分別為 0.01%號(hào)、0.02%號(hào)、0.03%號(hào)、0.04%號(hào)、0.05%號(hào)。2.2.2.2 107膠的性能測(cè)試分別測(cè)試 0.01%號(hào)、0.02%號(hào)、0.03%號(hào)、0.04%號(hào)、0.05%號(hào)涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù)，繪制曲線，確定最佳配比。2.2.2.3 107涂料的性能測(cè)試選取最佳配比實(shí)驗(yàn)條件下的107膠50g，分別加入1.0g六偏磷酸鈉、1.4g鈦白粉、2.8g立德粉、2.8g滑石粉、15.0g輕質(zhì)碳酸鈣、0.1g磷酸三丁酯，攪拌混勻，即得107涂料，重復(fù)2.2.2.2實(shí)驗(yàn)操作步驟。2.2.3 以異氰酸酯為交聯(lián)劑制備 107 涂料 [15-19]2.2.3.1 107膠的制備在電加熱爐上，向裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入 92ml 的9去離子水，攪拌下慢慢加入 8.0g 聚乙烯醇（PVA） 。逐步升溫至 95℃以上，攪拌溶解。溶解后將三口燒瓶移至恒溫水浴鍋中，加入適量 5%的溶 NaOH 液，調(diào)至 PH 值為 7 左右,反應(yīng)溫度控制在 50℃左右，分別加入 0.03g、0.05g、0.1g、0.2g、0.3g 甲苯-2,4-二異氰酸酯交聯(lián)劑，反應(yīng) 90min,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約 30℃，撤去熱源，繼續(xù)攪拌片刻即可。五組實(shí)驗(yàn)編號(hào)分別為 0.03%號(hào)、0.05%號(hào)、0.1%號(hào)、0.2%號(hào)、0.3%號(hào)。 （注：0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)加入適量丙酮考察丙酮對(duì)反應(yīng)體系的影響。 ）2.2.3.2 107膠的性能測(cè)試分別測(cè)試 0.03%號(hào)、0.05%號(hào)、0.1%號(hào)、0.2% 號(hào)、0.3%號(hào)涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù)，繪制曲線，確定最佳配比。2.2.3.3 107涂料的性能測(cè)試選取最佳配比實(shí)驗(yàn)條件下的107膠50g，分別加入1.0g六偏磷酸鈉、1.4g鈦白粉、2.8g立德粉、2.8g滑石粉、15.0g輕質(zhì)碳酸鈣、0.1g磷酸三丁酯，攪拌混勻，即得107涂料，重復(fù)2.2.3.2實(shí)驗(yàn)操作步驟。3 結(jié)果與討論3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理3.1.1 脲素體系表 3.1：正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表列號(hào)實(shí)驗(yàn)號(hào)A（℃） B（ min） C：配料比粘度（mpa.s)1 75 20 1.2 18×102 75 30 1.5 32×103 85 20 1.5 27×104 85 30 1.2 57×10表 3.2：實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)分析表試驗(yàn)號(hào)因素 A B CⅠ 50 45 75Ⅱ 84 89 5910Ⅰ/2 25 22.5 37.5Ⅱ/2 41 44.5 29.5極差 R 16 22 8優(yōu)化條件 A2 B2 C1最佳實(shí)驗(yàn)方案：B 2>A2>C1在最佳實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下表 3.3（注：初粘性采用 15 號(hào)鋼球、30°夾角）：表 3.4：各項(xiàng)性能測(cè)試表附著力 初粘性 表干時(shí)間 成膜性 粘度六級(jí) 2′40″ 47min 一般 63mpa.s固含量測(cè)試如下表 3.5：固含量測(cè)試表面皿質(zhì)量 M 皿 膠體質(zhì)量 M1 灼燒后質(zhì)量 M2 固含量8.590g 2.585g 8.989g 84.6%3.1.2 硼酸鈉體系以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備的 107 膠的各項(xiàng)性能如下表 3.6表 3.6 以硼酸鈉為交聯(lián)劑的各項(xiàng)性能測(cè)試性能實(shí)驗(yàn)號(hào)0.01% 0.02% 0.03% 0.04% 0.05%附著力 二級(jí) 二級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 三級(jí)初粘性 9′34″ 20′9″ 27′8″ 42′17″ 32′46″11表干時(shí)間 2h20min 2h30min 2h30min 3h 3h30min成膜性 一般 較好 較好 最好 較好粘度 12×100mpa.s 26×100mpa.s 33×100mpa.s 59×100mpa.s 36×100mpa.s表面皿質(zhì)量 M 皿 9.017g 9.561g 8.614g 8.968g 8.581g膠體質(zhì)量M1 2.382g 3.349g 2.269g 4.181g 4.804g灼燒后質(zhì)量 M2 9.232g 9.885g 8.822g 9.317g 8.990g固含量性能測(cè)試固含量 91.0% 90.3% 90.8% 91.7% 91.5%圖 3.7 初粘性曲線12圖 3.8 表干時(shí)間曲線圖 3.9 粘度曲線圖 3.10 固含量曲線133.1.3 異氰酸酯體系以甲苯-2,4-二異氰酸酯為交聯(lián)劑制備的 107 膠的各項(xiàng)性能如下表 3.11表 3.11 以甲苯-2,4-二異氰酸酯為交聯(lián)劑的各項(xiàng)性能測(cè)試性能實(shí)驗(yàn)號(hào)0.03% 0.05% 0.1% 0.2% 0.3%附著力 三級(jí) 二級(jí) 一級(jí) 一級(jí) 二級(jí)初粘性 5′21″ 11′37″ 34′23″ 25′28″ 13′33″表干時(shí)間 2h50min 3h 3h20min 4h 6h14成膜性 一般 較好 最好 較好 較好粘度 5×100mpa.s 16.5×100mpa.s 38×100mpa.s 20×100mpa.s 9×100mpa.s表面皿質(zhì)量 M 皿 9.691g 8.742g 8.160g 8.472g 8.091g膠體質(zhì)量M1 2.131g 2.655g 2.301g 1.901g 2.795g灼燒后質(zhì)量 M2 8.886g 9.026g 8.263g 8.696g 8.298g固含量性能測(cè)試固含量 90.8% 89.3% 95.5% 88.2% 92.5%圖 3.12 初粘性曲線15圖 3.13 表干時(shí)間曲線圖 3.14 粘度曲線16圖 3.15 固含量曲線173.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論3.2.1 脲素體系由表 3.1～3.5 可知：以脲素作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠的粘度都不是特別的大，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下所得 107 涂料的粘度也只有 63mpa.s，再者，所得涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)都不甚理想，究其原因，我想是因?yàn)殡逅胤肿咏Y(jié)構(gòu)式上的羰基活性不高，無(wú)法充分與聚乙烯醇進(jìn)行進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)所致，所以可以得出，脲素不適合作為 107 涂料的反應(yīng)交聯(lián)劑。3.2.1 硼酸鈉體系由圖表 3.6～3.10 可以知道：以硼酸鈉作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠在粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上都是很理想的，這是因?yàn)榧尤塍w系中的硼酸鈉水解后會(huì)生成硼酸，其作用是使 PVA 分子中的—OH 基團(tuán)與硼酸分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，硼酸的 B—O 鍵斷裂，與聚乙烯醇形成— C—B—O—鍵，從而使聚乙烯醇分子得以交聯(lián)，再者，高活性的 Na+也可以加速交聯(lián)反應(yīng)，所以制得的 107 膠的性能都較為優(yōu)異。圖 3.8 中表干時(shí)間是隨著交聯(lián)劑含量的上升而逐步增加的，而圖 3.7、3.9、3.10 都顯示，所得 107 膠的粘度、初粘性和固含量都在 0.04%時(shí)達(dá)到最大值，如再增加交聯(lián)劑的的含量則會(huì)有所遞減、由于 Na+含量過(guò)高，實(shí)驗(yàn)中也會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。所以，0.04%號(hào)實(shí)驗(yàn)所制得的 107 膠是最理想的。3.2.3 異氰酸酯體系由圖表 3.11～3.15 可以知道：以甲苯-2,4-二異氰酸酯作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠在粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上也都比較理想的。但是，除了加入丙酮的 0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)，其它實(shí)驗(yàn)所得 107 膠都是略微帶棕黃色甚至是紅色。由于以水為溶劑,交聯(lián)劑 TDI 與水反應(yīng)生成甲苯二胺和脲,該反應(yīng)產(chǎn)物很容易被氧化成醌,而使粘合劑帶棕黃色 [9]。而圖 3.12、3.14 、3.15 都顯示，所得 107 膠的粘度、初粘性和固含量都在 0.1%時(shí)達(dá)到最大值，而成膜性、附著力等定性實(shí)驗(yàn)也都證明，加入丙酮的 0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的性能最好，這些都是因?yàn)槿舨患尤氡?，異氰酸酯與水會(huì)發(fā)生反應(yīng)，而且反應(yīng)溫度越高，由于拉平效應(yīng)，異氰酸酯與水反應(yīng)的速率會(huì)逐漸接近與主要成膜物質(zhì)聚乙烯醇的反應(yīng)速率，但是加入丙酮之后，由于異氰酸酯與丙酮能夠互溶而且丙酮也極易溶于水中，所以它與水反應(yīng)的趨勢(shì)會(huì)大大降低。因此可以得出結(jié)18論，丙酮有助于異氰酸酯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，0.10%號(hào)實(shí)驗(yàn)所制得的 107 膠最理想。4 結(jié)論(1)脲素分子式上的羰基活性不高，不適合做 107 涂料的交聯(lián)劑。(2)硼酸鈉分子式中的B —O結(jié)構(gòu)和高活性的Na +有助于加速制備107膠的交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)體系中硼酸鈉的百分含量為0.04%時(shí)所制得的107膠的性能最優(yōu)，但當(dāng)體系中硼酸鈉的百分含量大于0.05%時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。(3)異氰酸酯（和丙酮聯(lián)用）非常適合做制備107膠的交聯(lián)劑，丙酮的加入可減緩交聯(lián)反應(yīng)中拉平效應(yīng)的趨勢(shì)，所得產(chǎn)品的粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量都非常合適，異氰酸酯的百分含量在0.1%時(shí)制得的107涂料性能最好。(4)同樣作為交聯(lián)劑，與異氰酸酯相比，使用硼酸鈉作交聯(lián)劑所得產(chǎn)物在粘度、初粘性等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上優(yōu)于異氰酸酯，但它在固含量、成膜性、附著力等方面卻不如異氰酸酯所得產(chǎn)物，特別是在成膜性上，加入丙酮的0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)的成膜性是所有實(shí)驗(yàn)中做好的，因此，異氰酸酯最適合替代甲醛，作為107無(wú)醛涂料的反應(yīng)交聯(lián)劑、且百分含量在0.1% 左右。參考文獻(xiàn)[1] 莊義.為什么要淘汰 107 涂料[J] . 中國(guó)涂料.1999,4:44 -46.[2] 張占柱，趙雅琴，靳明君 等.改性 107 膠的制備研究 [J].河北化工學(xué)院報(bào),1994,18(20):61-63.[3] 梁柏林,周民杰.環(huán)保型 DAS-PVA 建筑膠粘劑的制備[J]. 新型建筑材料.2007,57(2):57-59.[4] 曾麗娟,藍(lán)仁華.改性聚乙烯醇內(nèi)墻涂料的研制[J] .化學(xué)建材 ,2005,21(2):14-16.[5] 劉義,王洪艷,萬(wàn)建華 等.環(huán)保型水性涂料的研制[J] .化學(xué)世界 ,2004,4:189-192.[6] 柯麗軍,黃仕鋒.聚乙烯醇縮甲醛的研制[J] 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年以前就已經(jīng)開(kāi)始使用的從植物中萃取出來(lái)的萃取物質(zhì)。而且，隨著水性涂料原材料和制備、應(yīng)用技術(shù)的逐漸提高，水性涂料開(kāi)始被連續(xù)地大范圍地使用。但是，縱觀所有年代和歷史文明，從水性涂料作為保護(hù)手段和裝飾手段這一根本目的來(lái)看，它依然存在某種缺陷。本文試圖通過(guò)分析水性涂料的研究和發(fā)展方向的關(guān)鍵問(wèn)題所在，從現(xiàn)代科技角度對(duì)水性涂料在新世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)做一個(gè)預(yù)測(cè)，從而可以作為 21 世紀(jì)研究水性涂料的開(kāi)始。前言人類(lèi)裝飾各種不同物質(zhì)表層的歷史已有數(shù)千年了。完成此項(xiàng)任務(wù)最為行之有效的方式就是在被保護(hù)或者被裝飾物質(zhì)的表層涂上一層耐久性、黏附力等特性都達(dá)到應(yīng)用要求的新型材料。這種新型的材料就是水性涂料。可以想象，水性涂料早期的研究歷史是一部非常規(guī)但又是專(zhuān)門(mén)研究的歷史書(shū)籍。人們經(jīng)常用各種不同的物質(zhì)混合來(lái)做實(shí)驗(yàn)，用當(dāng)時(shí)手頭上有限的、可從自然界獲取的材料意外地達(dá)到了他們的目的。人類(lèi)祖先流下來(lái)的珍貴遺產(chǎn)依然影響著當(dāng)今涂料世界，盡管現(xiàn)在的大都分水性涂料都大量采用人工合成物質(zhì)作為原料，但還是有一些水性涂料使用天然物質(zhì)合成，被稀薄地涂抹在物體表層。現(xiàn)如今，水性涂料要求能夠簡(jiǎn)單讓大眾使用；涂抹之后能夠在短時(shí)間內(nèi)固化；要求涂料在生產(chǎn)、使用過(guò)程當(dāng)中對(duì)環(huán)境的綜合影響最??；能夠較好抵抗環(huán)境的腐蝕作用；并且可以提供良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以上是筆者總結(jié)的影響當(dāng)今水性涂料生產(chǎn)和發(fā)展的五個(gè)重要因素。水性涂料命名原則在水性涂料漫長(zhǎng)、分散和經(jīng)驗(yàn)主義的歷史演變和發(fā)展過(guò)程中留下了一些晦澀難懂而又容易混淆的詞匯 [1]。弄清楚經(jīng)常使用的三種既相互區(qū)別有可互換的用語(yǔ)會(huì)非常有幫助。亮漆(來(lái)自阿拉伯語(yǔ) lakk)是一種在物質(zhì)成膜時(shí)沒(méi)有共價(jià)鍵干預(yù)的涂抹在表層的水性涂料（通常由溶劑的蒸發(fā)物制得） 。相反，油漆（來(lái)自于中世紀(jì)拉丁語(yǔ)系）是一類(lèi)本質(zhì)上要求成膜物質(zhì)在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的水性涂料。而搪瓷漆（來(lái)自于德語(yǔ)）是油漆家族中的一個(gè)部分，它的生產(chǎn)過(guò)程中用到了固化（烘干）這一步驟。在以前，這些區(qū)分是明顯而具有針對(duì)性的，但是，現(xiàn)在水性涂料的發(fā)展使得這些區(qū)別越來(lái)越小。不過(guò)，面對(duì)水性涂料日新月異的發(fā)展，這些區(qū)別還是能夠突出其特殊性的。使水性涂料對(duì)環(huán)境的影響降到最低的方法被公認(rèn)為一項(xiàng)重大技術(shù)難題的是如何減少或者排除現(xiàn)代涂料當(dāng)中有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)(VOCS) [2]。在今天人口數(shù)量龐大、工業(yè)化程度極高的城市中，有機(jī)揮發(fā)物引起了許多環(huán)境問(wèn)題。說(shuō)得更清楚一點(diǎn)，這個(gè)問(wèn)題是水性涂料引起的最為嚴(yán)重的問(wèn)題。水性涂料中相互不起化學(xué)反應(yīng)的組分完全依靠某一人工助劑(組分中的溶劑)使它們能夠發(fā)揮作用，而且使用完之后必須去除那些幫助涂料起保護(hù)和裝飾作用的組分。較低的溶解度會(huì)使得有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)在水性涂料的使用過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)，這是由于使用過(guò)程中產(chǎn)生的熱量所致。當(dāng)加熱的涂料冷卻后，它可以達(dá)到人們裝飾、保護(hù)的目的，但是涂料的使用也存在一定的局限性，因?yàn)楫?dāng)溫度過(guò)高時(shí)它有可能再次變得柔軟或者扭曲。更進(jìn)一步說(shuō)，由于大多數(shù)涂層是無(wú)定形態(tài)或半晶質(zhì)態(tài)，它的抗壓和抗沖擊能力開(kāi)始引起人們的關(guān)注，人們擔(dān)心在低溫狀態(tài)下它的這兩種能力能否達(dá)到要求 [3]。水性涂料中可以被人們接受的有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)是那些不對(duì)環(huán)境造成危害的物質(zhì)（例如二氧化碳和水） 。由于高壓的要求，液態(tài)或超臨界態(tài)二氧化碳在工業(yè)應(yīng)用中受到限制。水是更容易廣泛使用于水性涂料的溶劑，但它也不是萬(wàn)能的，用水作為溶劑的問(wèn)題在于：涂料在相對(duì)濕度不同的環(huán)境中使用，必須不斷地改變它的干燥時(shí)間，而這種改變也是不可避免的。因?yàn)橄鄬?duì)濕度幾乎每個(gè)小時(shí)都改變，所以這是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。事實(shí)上，現(xiàn)今所有的水性涂料都含有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)，與傳統(tǒng)的、使用常規(guī)有機(jī)溶劑的水性涂料相比，新型水性涂料中有機(jī)揮發(fā)物的含量已大大降低，但還是或多或少存在。現(xiàn)代水性涂料的發(fā)展趨勢(shì)是：既能夠最大程度地保護(hù)環(huán)境，又可以保留涂料中傳統(tǒng)特性、綜合性控制、低成本生產(chǎn)這些性質(zhì)。有機(jī)揮發(fā)物不僅是水性涂料影響環(huán)境的一個(gè)因素，更是阻礙其發(fā)展的因素。因?yàn)樵诿绹?guó)，有關(guān)所謂空氣污染物(HAPs)的章程是非常重要的 [4]，章程明確規(guī)定哪些傳統(tǒng)芳香溶劑不可以使用，眾所周知，大量使用這些溶劑將會(huì)引起人類(lèi)健康方面的疾病。同樣，在世界各地也都明令禁止這些溶劑的大規(guī)模使用。在重金屬使用方面也有著這樣一個(gè)廣泛的制約，但有相當(dāng)多的特殊金屬通過(guò)在表層涂抹水性涂料達(dá)到使用要求的例子 [5]。水性涂料還有一種應(yīng)用方法，即是通過(guò)電鍍的方式在負(fù)極給被保護(hù)物質(zhì)的表層鍍上一層保護(hù)層，例如：給金屬鍍層鍍上一層鉻；以各式各樣的涂層鍍金屬鉻或者鉛；在防止海洋堵塞的物體上鍍錫；甚至用水銀作為鍍層電鍍金屬以達(dá)到抗菌的目的。與其它材料加工的領(lǐng)域相同，電鍍技術(shù)也必須尋找可供選擇的成分，但是沒(méi)有破壞環(huán)境的后顧之憂。雖然取得一定的進(jìn)展，但是同類(lèi)型的，特別是關(guān)于金屬防腐涂層的技術(shù)還未被真正找到。消除水性涂料對(duì)環(huán)境的影響對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響和較低的力學(xué)強(qiáng)度是所有水性涂料的缺陷，也是制約它發(fā)展的關(guān)鍵因素。自然界的腐蝕是多年來(lái)難以解決的問(wèn)題，它嚴(yán)重阻礙了水性涂料的發(fā)展。水性涂料可作為水下涂層的一部分，抵抗含水有機(jī)體的侵蝕，例如蠕蟲(chóng)；作為外部涂層抵抗某些動(dòng)物排出糞便的侵蝕，例如鳥(niǎo)、昆蟲(chóng)；最為內(nèi)部涂層抵抗某些細(xì)菌的侵蝕，例如霉菌。這些技術(shù)上的難題都是相同的，即在不對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響的基礎(chǔ)上使用無(wú)毒的水性涂料抵抗這些侵蝕。專(zhuān)門(mén)為此項(xiàng)任務(wù)研制特殊水性涂料的工作也就應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這條道路通常是昂貴而又不完美的，但偶爾會(huì)卓有成效。但是，客觀地說(shuō)，完全不使用有毒、或者重金屬物質(zhì)而又達(dá)到人們的要求，這樣的例子似乎還沒(méi)有出現(xiàn)?，F(xiàn)在有一個(gè)新的思路，在被涂抹物質(zhì)表面產(chǎn)生包含生物化學(xué)反應(yīng)和簡(jiǎn)單風(fēng)化反應(yīng)的輕型化學(xué)反應(yīng)來(lái)阻止侵蝕 [6]。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，水性涂層的水解可以切斷生物腐蝕。如果人們?cè)O(shè)計(jì)的水性涂料水解后能生成防腐、防塞甚至是可達(dá)到我們?nèi)我饽康牡漠a(chǎn)物，那么這將成為一種有效的手段。最大化控制通過(guò)水性涂料的分子對(duì)于水性涂料來(lái)說(shuō)，防腐是一項(xiàng)重要的任務(wù)，水性涂料的傳統(tǒng)任務(wù)就是保護(hù)被涂物體免受環(huán)境的影響，這種保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的保護(hù)。油漆就是專(zhuān)門(mén)為此目的而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在被保護(hù)物質(zhì)表層涂上一層油漆形成一層保護(hù)層是一種行之有效的手段，避免物體在使用過(guò)程中受到侵蝕。為了控制外界環(huán)境的侵蝕，現(xiàn)代水性涂料的生產(chǎn)技術(shù)中出現(xiàn)了一個(gè)特殊領(lǐng)域，在涂料的各種生產(chǎn)工藝中都不可避免地用到了這些特殊技術(shù)。在物體表層的某一區(qū)域內(nèi)涂抹的是一層水性涂層，用于防止侵蝕，而用于防止輻射和控制熱量的涂層則被涂抹在物體內(nèi)部電子元件的密封處。涂抹在鐘、表等潔凈物體表面的涂層厚度是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，這些物體外界細(xì)微的溫差可能導(dǎo)致水性涂層厚度的改變。另外一個(gè)極端的環(huán)境則是在鐵路機(jī)車(chē)的棚子中，濕氣，溫度，氣流，表面腐蝕等眾多問(wèn)題都可能導(dǎo)致水性涂層的性質(zhì)發(fā)生巨大變化。在選取水性涂料的各種組分時(shí)額外小心是面對(duì)這種挑戰(zhàn)的一個(gè)思路，這樣做可以避免許多副反應(yīng)的產(chǎn)生。不管什么情況，一旦副反應(yīng)發(fā)生，就會(huì)帶來(lái)一定的危害，產(chǎn)生不必要的麻煩。這將導(dǎo)致聚合過(guò)程無(wú)法受到控制（事實(shí)已經(jīng)證明，某些聚合物例如聚丙烯酸酯的聚合過(guò)程無(wú)法控制 [7]）。不參與反應(yīng)的基體材料要嚴(yán)格排除在外，另外要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，避免原料的浪費(fèi)。由于極其苛刻的性能要求，汽車(chē)涂料走到了水性涂料應(yīng)用領(lǐng)域的前沿，在強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)作用的刺激下，人們生產(chǎn)了大量的汽車(chē)?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些文獻(xiàn)開(kāi)始介紹關(guān)于監(jiān)測(cè)和控制汽車(chē)涂料性能的新型綜合性分析技術(shù) [8]。用作裝飾的水性涂料特別需要添加顏料、云母和某種金屬微粒。有效分散這些微粒的手段是在水性涂料的生產(chǎn)過(guò)程中大量使用分散劑來(lái)分散它們，并且要防止在以后的使用過(guò)程中出現(xiàn)復(fù)聚。為了使水性涂層分子具有較小的流動(dòng)性，需要對(duì)其進(jìn)行精密的控制，否則，一旦使用，外界壓力會(huì)導(dǎo)致微粒復(fù)聚、涂層黏附力下降等一系列問(wèn)題。由于顏料是水性裝飾涂料中最為昂貴的成分，因此合理使用、節(jié)約成本也是非常重要的。另外，由于原料的集中溶解和使用過(guò)程中外界環(huán)境的壓力，涂層中微粒的分散成為一個(gè)突出的問(wèn)題。但是，日新月異的化學(xué)技術(shù)使得分散劑有了很大的發(fā)展，從而在控制涂層分子這一方面出現(xiàn)了一個(gè)較大的飛躍。而且，制造嵌段式共聚物（專(zhuān)為微粒在某一物體表面或者某一溶解環(huán)境的親和力設(shè)計(jì)）的技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)并用于商業(yè)。這樣的專(zhuān)利技術(shù)有很多而且越來(lái)越多，但是C. Hosotte-Filbert [9]的專(zhuān)利是一個(gè)典型。功能水性涂料在第四屆世界涂料學(xué)術(shù)會(huì)議上，水性涂料被描述成具有修復(fù)作用的油漆涂料或者是在使用過(guò)程中能夠起化學(xué)反應(yīng)的亮漆涂料。為了抵抗自然界長(zhǎng)期的氧化作用，我們?cè)O(shè)計(jì)了許多類(lèi)型的功能涂料。在通常人眼中，這種長(zhǎng)期的氧化作用被視為麻煩。然而，學(xué)會(huì)適應(yīng)并利用它也是有好處的，搪瓷功能涂料中硅氧鍵的形成、互換就是依靠這種長(zhǎng)期的氧化作用 [10]。當(dāng)然，此種行為會(huì)導(dǎo)致涂層外部在光和氧氣的環(huán)境中受到一定損傷。此外，對(duì)壓力和破裂起抵抗作用的特種功能涂料還在研制當(dāng)中 [11]。如今，傳統(tǒng)功能涂料的生產(chǎn)控制和運(yùn)輸控制都成為一個(gè)難題，值得注意的是許多成功的涂料（通常用于減緩或者防止腐蝕）都是用于各種材料的運(yùn)輸和滲透。大氣中的氧氣滲透進(jìn)入食物、二氧化碳滲透進(jìn)入碳酸飲料、藥物滲透進(jìn)入身體，電荷滲透進(jìn)入設(shè)備，這些熱滲透都在一個(gè)等溫環(huán)境中或易受腐蝕的環(huán)境中進(jìn)行的，而此種環(huán)境中水和離子材料的滲透是水性涂料在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中最需要考慮的因素。因此人們也長(zhǎng)期致力于防止或者是減緩?fù)苛显陂L(zhǎng)期使用過(guò)程中化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的降低。水性涂料大規(guī)模工業(yè)化所面臨的挑戰(zhàn)阻礙水性涂料發(fā)展的關(guān)鍵因素在于其高昂的成本和固化手段的局限性。毫無(wú)疑問(wèn)，這些問(wèn)題包括大量資本和能源的消耗，資金周轉(zhuǎn)，庫(kù)存積壓等等。生產(chǎn)過(guò)程中熱量對(duì)敏感基體的損傷也是其中的一個(gè)制約因素。直接的解決方法就是降低固化溫度、減少固化時(shí)間，還可以從已經(jīng)引起人們注意的化學(xué)反應(yīng)和催化劑這兩個(gè)方面著手，來(lái)解決問(wèn)題?；蛘撸_(kāi)簡(jiǎn)單的固化反應(yīng)，如果能找到一種修復(fù)反應(yīng)使得基體重新被激活，在不損失涂層表面的基礎(chǔ)上將問(wèn)題解決，這樣是最好的。目前，已經(jīng)有一些文獻(xiàn)開(kāi)始介紹用于放射性治療（與紫外光、電子束甚至是可見(jiàn)光配合使用)的水性涂料，這方面的研究將擴(kuò)大水性涂料的使用領(lǐng)域 [12]。粉末涂料和水性涂料都可以作為創(chuàng)新和研究的對(duì)象。而水性涂料所面臨的主要挑戰(zhàn)在于如何均一修復(fù)半透明涂層（要求被修復(fù)涂層不受各種輻射的影響）和復(fù)雜形狀的涂層?？梢栽诤芏嗟胤交蛘呖梢詮膶?shí)驗(yàn)室中找到新開(kāi)發(fā)出來(lái)的水性涂料的事例，這些事例都對(duì)應(yīng)著新世紀(jì)影響水性涂料發(fā)展的五要素中的一個(gè)或者幾個(gè)?？赡軟](méi)有全部五項(xiàng)都對(duì)應(yīng)，但至少都有一項(xiàng)是對(duì)應(yīng)著的。人們需要一個(gè)評(píng)估系統(tǒng)來(lái)測(cè)試水性涂料中的成分（特別是有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)）對(duì)于環(huán)境的影響，而且這個(gè)系統(tǒng)還可以提高水性涂料中抵抗環(huán)境侵蝕（特別是抗沖擊性能） 、耐久性和耐腐蝕性等性能，這些性能的研究可能需要十年時(shí)間。這種需求已經(jīng)與現(xiàn)代水性涂料的發(fā)展體系結(jié)合在一起。現(xiàn)代涂料的應(yīng)用有著四層要求：第一，水性涂料要求應(yīng)用于電鍍涂層上（這對(duì)于重金屬來(lái)說(shuō)已是非常簡(jiǎn)單的了） ；第二，水性涂料的粉末底料要求不含有機(jī)揮發(fā)物；第三，水性涂層的有機(jī)顏料要求含有極少的有機(jī)揮發(fā)物和空氣污染物；第四，水性涂料的表層要求含有不超過(guò)20%的有機(jī)揮發(fā)物，而且還要求有較好的抗沖擊性能、抗酸雨、化學(xué)攻擊和化學(xué)曝光的性能。當(dāng)然，所有的應(yīng)用都與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，包括自動(dòng)和手動(dòng)設(shè)備，有關(guān)，但這樣的確可以降低成本和能耗，增強(qiáng)視覺(jué)效果。由于車(chē)內(nèi)環(huán)境對(duì)于水性涂料的要求是非?？量痰?，而且這樣的評(píng)估系統(tǒng)剛剛啟用，所以各方面還有待努力。從目前情況看，預(yù)計(jì)花十年時(shí)間研究出來(lái)一種各方面性能都達(dá)標(biāo)的新型水性涂料是有點(diǎn)困難的，關(guān)鍵性的制約在于如何提高水性涂料的抗沖擊性能。展望那五個(gè)關(guān)鍵因素已經(jīng)預(yù)示了水性涂料在新世界的發(fā)展趨勢(shì)。最主要的趨勢(shì)是在水性涂料的鏈長(zhǎng)和分子結(jié)構(gòu)上做改進(jìn)，從水性涂料的修復(fù)性能這一角度來(lái)看，在不傷及環(huán)境或者說(shuō)對(duì)環(huán)境影響很小的前提下，著力提高水性涂料的均一修復(fù)性能是一種思路。第二種趨勢(shì)解決一些傳統(tǒng)水性涂料的問(wèn)題，消除它的某種限制。不管是通過(guò)緩慢的化學(xué)反應(yīng)來(lái)解決傳統(tǒng)水性涂料的問(wèn)題，還是采用放射手段來(lái)輔助水性涂料中各種組分的交聯(lián)，人類(lèi)的技術(shù)手段總是在無(wú)限拓展，永遠(yuǎn)沒(méi)有盡頭。有一個(gè)可以歸納以上兩種發(fā)展趨勢(shì)的措辭：為達(dá)到所要求的性能，你想去除水性涂料中哪些不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在涂料的哪種化學(xué)過(guò)程中采取必要的控制，是生產(chǎn)過(guò)程，使用過(guò)程，還是涂料的均一修復(fù)過(guò)程?這最本質(zhì)的觀察也許能幫你看清楚問(wèn)題所在，筆者有一種預(yù)感，水性涂料的技術(shù)瓶頸將存在很長(zhǎng)一段時(shí)間。涂料技術(shù)是一項(xiàng)萃取衍生物的技術(shù)，這種技術(shù)使得從復(fù)雜原料中提取的物質(zhì)能夠在某一區(qū)域內(nèi)一起使用，然而這個(gè)過(guò)程也會(huì)伴隨有副產(chǎn)物的產(chǎn)生。涂料的生產(chǎn)制備也總是向人們提出這樣那樣的問(wèn)題，當(dāng)水性涂料的應(yīng)用程序變得再簡(jiǎn)單不過(guò)的時(shí)候，減少涂料對(duì)環(huán)境的污染、提高其耐腐蝕性、抗沖擊性和使用壽命就成為發(fā)展水性涂料的挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)要求使用最少的原料發(fā)揮涂料最大的作用、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最小的影響以及副產(chǎn)物的最大回收利用。由于要求使用最少的資源，因此需要極高的智慧來(lái)研究開(kāi)發(fā)。與現(xiàn)代物質(zhì)注冊(cè)、資本投資和廢物管理等新興的職業(yè)一樣，水性涂料這一職業(yè)也需要持續(xù)地創(chuàng)新。今天，我們只是站在水性涂料的一個(gè)歷史階段來(lái)縱觀它的過(guò)去，展望它的未來(lái)。參考文獻(xiàn)[1] P. 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