高固体分涂料

高固体分涂料的概述

一、引言

涂料是指覆盖到物体表面后，能形成坚韧涂膜，起到保护、装饰、标志和其他特殊功能的一类物料的总称。它在工农业生产、国防、科研和人民生活中起到越来越广泛的作用。人类生产和使用涂料已有悠久的历史，早在七千多年前的石器时代，原始社会的人类就已使用野兽的油脂、植物的汁液与天然颜料配置原始的涂饰物质，进行装饰。中国是发明和使用涂料最早的国家之一了。2000多年前的秦始皇墓兵马俑以使用了人工调制的彩色涂料，在马王堆出土的汉代文物中更有精美的漆器。近代涂料的形成只有二三百年的历史。18世纪以后开始使用天然树脂改良干性植物油，漆膜的性能得到提高。20世纪20年代，酚醛树脂出现，漆的质量水平达到新的高度。1927年，醇酸树脂的出现使涂料进入了合成树脂的时期。

但是在涂料成膜过程中，有机溶剂挥发到大气中，对大气造成一次污染。有机溶剂在光和氧的作用下产生大气反应，加速臭氧和剧毒的氮氧化物的生成，对大气造成严重的二次污染，而且对人类身体带来更大的危害：会引起头痛、喉咙干燥，无力等症状。涂料污染环境大气的主要来源为含溶剂型涂料中可挥发性有机物和颜填料中的毒害物。其中，涂料中的有机溶剂是污染环境的主要来源。

随着市场经济的发展，涂料竞争行业竞争空前激烈，世界涂料发展潮流是低污染化和高性能化。环境保护已成为全球性课题，涂料工业要符合可持续性发展战略要求，向低污染方向发展将成为必然趋势。所以我们要开发“绿色”环保型涂料，如：高固体分涂料。

天然沥青是人类最早使用的高固体分涂料。大漆是中国最早使用的高固体分涂料。

二、生产工艺与制备

组成高固体分涂料的成膜物低粘度化是配方设计的技术关键，溶剂对降低粘度的作用、颜填料体积分数对粘度的影响及对高固体分涂料交联固化反应要求等也是研究高固体分涂料的相关基础。只有低粘度化，才会实现高固体分化、低污染化。

开发高固体分涂料的一般途径：

1、成膜无低粘度化

为实现成膜低粘度化，要降低成膜物的分子量。降低分子量后，可能出现某些分子只含一个官能基甚至不含官能基。而无官能基的低聚物分子不能参加固化交联，或残留在涂膜中降低涂膜的性能，或在烘烤固化中挥发，增加VOC 量。为防止这种倾向，主要手段是提高体系中的官能基含量，但这有一定限制。再者，官能基含量过高，会降低涂料储存的稳定性，缩短双包装涂料体系的适用期。较好的措施是合成遥抓式低聚物，使直链或直链低聚物分子的链端带官能基团，可将低聚物分子全部进入交联膜中。

采用活性稀释剂是获得高固体含量的一种有效而简单的方法。活性稀释剂既能降低粘度，又是成膜物质的一部分，提高了固体分，甚至可以制成无溶剂涂料，如UV和电子束固化涂料等。活性稀释剂应选用与齐聚物相匹配的品种，要求沸点高，挥发性低，刺激性小，对涂抹的物理性质影响小，如含双官能团或三官能团的活性稀释剂，像不饱和聚酯中采用多元醇多丙烯酸酯，聚酯烘漆

中采用聚己内酯二元醇，环氧树脂中使用1，4丁二醇二缩水甘油醚，新戊二醇二缩水甘油醚等。

2、对非成膜物的一般要求

目前推广应用较多的中高固体分涂料，需要30~40%的有机溶剂才会达到涂料施工粘度，应选择溶解能力强、降低粘度效果好、毒性小（或无毒性）、来源广、成本低的有机溶剂容剂高固体分涂料的溶剂。

反应性聚合物

溶解性增加↓分子量降低

反应性基团的鉴定和调节

↓

新的反应性聚合物

↓

更易于流挂←流挂控制剂颜料溶剂

↓↓↓对颜料稳定性差→颜料分散树脂→较好的稳定性更有效的溶解

↓↓

较高的固体分面漆

研究开发高固体分涂料的一般过程

三、产品规格与装备

高固体分涂料采用相对分子量分布很窄的第相对分子质量聚合物，在获得高固含量的同时又不使涂料粘度太大，而这些第相对分子质量的聚合物含有较多的反应官能团，以便交联固化。这些聚合物的相对分子质量也不能过低，不含或只含一个官能团分子的几率过高，会影响交联密度。

对于高固体分涂料，一般公认的施工体分标准为大于70%。但因构成高固体分涂料的基料类型不同而会有差异，如氨基醇酸、氨基聚酯和环氧树脂高固体分涂料的施工固体分为65%。高固体分涂料比目前溶剂型涂料的施工固体分提高约20%～30%。

四、产品的应用、特性和最新发展

在现代涂料中，高固体分涂料发展速度很快，高固体分涂料主要是在工业涂料中发展，引人注目的是要求较高的汽车面漆和中间层漆高固体涂料占的比例较大。高固体涂料的主要品种是丙烯酸和聚氨酯，在防腐、汽车修补等工业涂装中应用广泛。工业上应用的高固体分涂料其他品种还有环氧、不饱和聚酯、氨基醇酸系列等，主要应用于钢制家具、家用电器、农机具、机械、汽车零件、飞机与汽车等。

高固体分涂料的主要特点有：

（1）低污染化高固体分涂料明显减少VOC排放量，为净化大气、减少污染、改善生态环境做出贡献。高固体分涂料是降低环境污染及防止对人体健康危害的切实有效的措施。

（2）省能源高固体分涂料节省大量的有机溶剂，是省资源、省能源的低公害的涂料品种之一。

（3）提高效率高固体分涂料的生产与涂装工艺、设备、检测评价的仪器和传统的溶剂型相同发展高固体分涂料不需要增加设备投资。一次涂装的膜厚度是传统涂料的1~4倍，可以减少施工次数。能保持高耐持久性、高装饰性。

能适应各种工业如航空、航天、海洋事业与国防高新技术发展的需要。

（4）应用特性以环氧树脂为基料的高固体分涂料具有涂膜有效交联密

度高、抗化学腐蚀介质渗透能力强、耐蚀性好等特点。

在此之前，85%固体分的涂料已经面世。羟化丙烯酸—环氧体系和高固体分饱和聚酯树

脂被用于装饰用高级白色烘烤瓷漆。Unicarb技术可提高包装罐内涂料的固含

所替换。降低了涂料的粘度，而且还有极好量，其中的部分溶剂由超临界的CO

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的雾化性能，消除了喷涂过程中由压缩空气形成的大量空气。

目前，国际上高固体分涂料的发展方向是开发低温固化剂和快速固化涂料，如双包装体系、聚氨酯改性醇酸体系和单包装涂料。

随着世界经济和科学技术的发展，人们越来越重视使用无毒无污染的涂料。

五、总结

现代人类对自然平衡的干涉已经超过了自然界的再生能力和自我调节能力，是不同水平的自然平衡都已濒临自我修复的极限，导致了“环境危机”。对人类生存提出严重的挑战，同时又是人类社会发展的新机遇。在涂料的开发中，应遵守：需要性原则，可行性原则，协调发展原则，创新性思维方法。开发高固体分涂料，我们应加强应用基础研究，逐步解决技术难点；加强研发投入，拓展开发应用领域；突出重点，逐步减少VOC含量。

当代科技活动规模扩大，导致科技活动与交流的群体化、国家化、国际化。国际技术合作交流已成为科技发展的重要趋势，为促进科学技术的全球共享和高效运用，我们应加强国际交流与合作。

附录文献检索

李桂林《高固体分涂料》2005.01 第一页开发高固体分涂料的必要性。第十一页高固体分涂料的特性。第十八页高固体分涂料的发展。第二十一页开发高固体分涂料的战略与对策。第三十一页开发高固体分涂料的一般途径。

郑天亮《现代涂料与涂装工程》2003.06 第一页涂料和涂装：悠久的历史，方兴未艾的领域。第二页涂料与涂装的概念。

陈均志《涂料》2005.01 第一页涂料的发展。第五页涂料的经济功能。第十二页涂料工业的展望。