1.1 世界涂料工業(yè)現(xiàn)狀

涂料是施涂于各種物體表面，提供裝飾與保護功能的一類材料的總稱，與塑料、合成橡膠、合成纖維、膠粘劑并稱為五大合成材料[1]。環(huán)顧我們的周圍，從我們居住的房屋，使用的家具，到各種交通工具如飛機，汽車、輪船等，處處都有涂料的存在。

涂料已經(jīng)和國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高有著密不可分的關(guān)系，涂料產(chǎn)量及人均產(chǎn)量已成為當代世界各國衡量經(jīng)濟水平的標準之一[2]。當今世界經(jīng)濟發(fā)達的工業(yè)大國，其涂料產(chǎn)量及人均產(chǎn)量都是世界名列前茅的。如美國、日本、德國等。

上個世紀20年代硝基漆的出現(xiàn)被認為是涂料第一次與科學結(jié)合的標志，其后，高分子科學的發(fā)展為現(xiàn)代涂料科學技術(shù)奠定了雄厚的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代涂料發(fā)展的主要推動力。但是，只有高分子科學并不能使涂料成為一門獨立的科學。

涂料的構(gòu)成中不僅需要聚合物，而且需要各種無機和有機顏料以及各種助劑、溶劑，只有這些組分合理的配合，才能實現(xiàn)涂料的裝飾與保護功能。為了制備出穩(wěn)定、合用的涂料以及獲得最佳的使用效果，不僅需要高分子的知識、還需要膠體化學、流變學、光學等學科理論的指導。

可以說，涂料科學是建立在高分子科學有機化學、無機化學、膠體化學、表面化學和表面物理、流變學、力學、光學和顏料等基礎(chǔ)上的 新學科[3]。因此，涂料學科的研究需要借助這諸多學科的成就，結(jié)合涂料本身的特點，靈活地加以運用和發(fā)展，形成涂料學科本身的理論體系，指導生產(chǎn)。

20世紀80年代，發(fā)達國家先后提出無公害（無污染）、省資源、省能源為發(fā)展涂料工業(yè)的前提，經(jīng)濟、效率、生態(tài)、能源為發(fā)展涂料工業(yè)的四大原則[3]。

節(jié)約能源，保護環(huán)境，發(fā)展高性能材料是世界各國人民共同的呼聲。近年來，作為環(huán)境主要污染源之一的涂料工業(yè)的技術(shù)水平有了新的飛躍，研究和開發(fā)節(jié)約資源、無污染或少污染的涂料品種如高固體分涂料、水性涂料、無溶劑涂料成為涂料科學的前沿研究課題[4]。與此同時，人們對涂料的性能要求也越來越高，這一切都是涂料工業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)，也成為涂料科學技術(shù)發(fā)展的強大動力。

1.2 水性涂料發(fā)展現(xiàn)狀

以水為溶劑或分散介質(zhì)的涂料為水性涂料。進入上世紀90年代，水性涂料發(fā)展的非常快，已經(jīng)形成多品種、多功能、多用途、龐大的體系?？梢愿鶕?jù)以下幾個方面來劃分類型：1 粘接劑的類型；2 干燥方法；3 應用領(lǐng)域。比較明確的方法是考慮不同的粘接劑在水中的穩(wěn)定狀態(tài)，分為“真溶液”、膠體溶液、分散液和乳液幾種。

1.2.1 涂料的組成

涂料雖然有很多的種類，但其基本組成由四種物質(zhì)組成：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑。成膜物質(zhì)是形成涂膜的物質(zhì)，他是具有聚合活性的天然油脂加工物。顏料可以使漆膜呈現(xiàn)顏色并具有遮蓋力，增強機械性能，漆膜的耐久性及某些特殊性能，例如防腐蝕，防污染等。溶劑使成膜物質(zhì)均勻溶解，干燥形成具有光澤的漆膜。助劑包括增塑性，催干劑，乳化劑，分散劑，固化劑等[5]。

1.2.2 水性涂料研究進展

國外研究進展自40年代鋁被美國選為熱交換器的優(yōu)良材料以來，美國、日本、意利等少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家在五六十年代對熱交換器的結(jié)構(gòu)、形狀進行了認真的分析和研究以提高其熱交換率。70年代以來，開發(fā)的重點放在提高鋁翅片表面的性能上，開發(fā)了波紋翅片和百葉窗式翅片。西方國家從80年代開始相繼對散熱片用鋁箔進行了親水憎水處理，采用人工涂層賦予鋁箔表面較強的疏通冷凝水的能力。在八九十年代，相繼報道的有非親水有機膜、含硅親水有機膜、無硅親水有機膜等[6-8]，其中疏水處理的并不多。意大利Fosfacal公司開發(fā)了BRUGAL憎水處理液[9]，該處理方法工藝流程簡單，生產(chǎn)效率高，所得涂層附著力高，耐腐蝕性強，但水接觸角僅70°左右，效果并不理想。在國外，親水處理方式居多，對此美、日、英等國皆有報道。親水性處理又分為無機系處理、有機系處理及有機無機復合系處理。一般來說，無機涂料價格便宜，涂膜的親水性好，但涂膜的耐蝕、無臭味性差，且加工時易磨損模具；有機及復合涂料成本較高，涂膜的親水性較差，但膜的成型性、耐蝕性、無臭味性等較好，目前國外趨向于開發(fā)高性能的有機涂料。無機水玻璃親水涂膜是經(jīng)過化學氧化處理的鋁或鋁合金表面涂上一層主要成分為二氧化硅和氧化鈉的涂料得到的，可用 mSiO2/nNa2O 表示。該涂膜的親水性能優(yōu)良，但因含二氧化硅，使膜的硬度大加工時磨損模具，且硅酸鹽本身會腐蝕鋁材，二氧化硅型軟鋁石涂膜同樣存在這個問題。Masaski等研制了一種改性的無機涂膜，該涂料加入了一定量的有機高分子化合物[10]，主要成分為堿金屬硅酸鹽、無機固化劑和水溶性有機高分子化合物。其中堿金屬用來提供親水性;固化劑用來調(diào)節(jié)膜的硬度并提高膜的耐水溶性:有機高分子化合物的作用是消除或掩蓋臭味及維持涂膜的親水性。日本Mitsubishi公司開發(fā)出軟鋁石系列親水涂膜，該系列二層涂膜的親水角小于20°，三層涂膜小于10°，耐蝕性的鹽霧試驗336 h失重小于5%，涂膜具有良好的親水性和耐水性[11-12]。

有機無機復合親水涂料是由親水性樹脂和少量的硅酸鹽或可溶性硅膠組成的該涂料成膜的親水性、耐蝕性及無臭味性等主要由有機高分子化合物提供，加入的硅酸鹽硅膠可進一步提高其親水性或調(diào)節(jié)其硬度。早在1988年前西德就報道了一種由底、中、面三層組成的復合涂層體系，效果不錯。日本Tanaka及Tmai各自研制的有機無機復合親水涂膜均具有良好的親水性和耐蝕性，但親水涂料的研究進展的硅酸鹽致使涂膜發(fā)出似泥的臭味。而Bunji等研究的雙層復合親水涂膜則具有良好的親水性、成型性和無臭味性。有機親水涂料處理是形成以親水性樹脂為主要成分的涂膜的處理方法，涂膜中不含無機物。涂膜的親水性依賴于親水樹脂中的-OH基、-NH2基、-SO3H基、-COOH基、-C-O-C-基等親水官能團。作為親水助劑，多數(shù)場合兼用少量表面活性劑，涂膜的耐蝕性不太好，通常需對基底實施耐蝕性處理。該涂層是由有機樹脂構(gòu)成的涂膜，不會磨損金屬模具，空調(diào)運行時沒有臭味，因此開發(fā)高性能有機親水涂料是各國目前乃至今后重點研究的課題。日本是目前世界上申請親水涂料專利最多的國家也是世界上最早從事親水涂料研究并實現(xiàn)親水涂層鋁箔工業(yè)化生產(chǎn)的國家之一生產(chǎn)的親水涂料質(zhì)量居于世界先進水平。如日本神夕，制鋼公司開發(fā)的系列KS105型雙層丙烯系有機涂膜第一層為耐蝕性樹脂層，膜厚為0.5～1.5μm；第二層為丙烯系親水樹脂層，膜厚0.5～1.5μm；涂膜具有良好的親水性、耐蝕性及無臭味性并且對預涂層鋁材加工模具磨損小。

親水涂料研究的最初目的是為解決空調(diào)熱交換器鋁箔出現(xiàn)的“水橋”及“白粉”等問題，隨著親水涂料研究的進一步發(fā)展，親水涂料的應用范圍日趨廣泛，可用于金屬、塑料、玻璃制品的表面處理或涂裝，具有長期的親水性以防止露點壓縮或起電[13]，如在高潮濕環(huán)境中的鏡面、燈具、汽車擋風玻璃及某些裝甲武器的視窗等涂上親水涂料可避免因起“霧”而使透光性和透明度等明顯下降的現(xiàn)象。防污鍍錫油漆已經(jīng)被用于船體控制生物污垢，盡管性能較好，但由于環(huán)境問題而受到限制[14-17]。鑒于親水涂料的廣泛用途，現(xiàn)在國外親水涂料的研究的熱點已是開發(fā)具有特定用途的親水涂料配方，確定最佳工藝條件。美國莊臣及莊臣視力產(chǎn)品有限公司發(fā)明了具有親水性涂層的生物醫(yī)學裝置。日本Anazawa等發(fā)明了一種耐沾污、防污、防霧、抗靜電的親水半互穿網(wǎng)絡(luò)的親水涂料，其親水性、耐沾污性、光澤、水涂料成膜往往需要親水樹脂在200℃的高溫烘烤數(shù)十秒來進行熱固化交聯(lián)成膜，不甚方便。日本Ishibashi等人發(fā)明了一種液型親水涂料，該涂料可在室溫條件下固化交聯(lián)，所得涂層表面初始、持續(xù)親水性極好，抗劃傷性也好。而用光催化成膜的親水涂料多為有機復合親水涂料，涂膜的親水性能、耐腐蝕性等性能[18]。

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