传统溶剂型涂料含有大量有机溶剂,施工过程中也经常采用有机溶剂稀释,这些有机溶剂挥发到大气中,不仅造成资源的浪费,也对施工人员和使用人员的健康产生损害,并引发环境污染。挥发到大气中的有机化合物在紫外线的作用下与氮氧化物发生光化学反应形成烟雾,损害人体健康,破坏生态环境。涂料行业释放的VOCs已成为大气VOCs中仅次于汽车尾气的第二大来源。水性涂料VOCs含量通常仅为溶剂型涂料的10%~20%,以水性涂料代替溶剂型涂料,可降低80%~90%的VOCs排放。因此,开发环保水性涂料,降低涂料VOCs,对节约资源、保护环境、实现安全生产具有十分重要的意义。
相关法律法规不断涌现
由于涂料VOCs对环境的危害,国外对其进行了严格规定。1966年,美国加州首次颁布了针对VOCs的法律法规Rule-66。1988年美国又制定了适用于SCAQMD(南方废气质量治理区)的Rule-1136法案,对各类涂料的VOCs含量进行了限制。1994年欧洲提出了溶剂控制指令,对汽车涂装过程排放物进行了限制。2005年,美国中大西洋地区的6个州和哥伦比亚特区针对建筑涂料和工业维护涂料启用了更为严格的VOCs法规:平面内墙和外墙涂料的VOCs含量限制在100g/L;非平面的内墙和外墙涂料的VOCs含量限制在150g/L;非平面的高光泽涂料的VOCs含量限制在250g/L;工业维护涂料的VOCs含量限制在350g/L,其中底漆和中涂的VOCs含量限制在250g/L。
我国政府也日益重视该方面的立法。国家质检总局于2001年12月10日发布了《10项室内装饰装修材料中有害物质限量的强制性标准》,规定自2002年1月1日起生产企业应按这些标准组织生产,自2002年7月1日起禁止销售不符合10项标准的产品。针对涂料VOCs,我国更制定了强制性国家标准GB18581-2001“室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量”和GB18582-2001“室内装饰材料内墙涂料有害物质限量标准”。2005年,国家环境保护总局颁布了“HJ/T201-2005环境标志产品技术要求-水性涂料”,明确规定了水性漆产品VOCs的含量小于205g/L。
研发和应用已取得长足进步
为应对日益严格的环保法规,涂料界进行了许多技术革新。各大知名树脂和助剂制造商付出艰苦努力,开发了许多低VOCs的涂料原材料投入市场,以满足涂料工业低VOCs排放的需要。涂料生产商也纷纷推出低VOCs环保型涂料产品,如高固体分溶剂型涂料、无溶剂涂料、低VOCs电泳涂料、辐射固化涂料、水性低VOCs涂料、粉末涂料等。这些涂料能显著降低甚至完全消除VOCs的排放,对节约资源、保护环境发挥了重要的作用。在推广应用环保型涂料方面,欧美等发达国家起步较早,许多欧洲国家都做了大量工作。
国内的科研院所和树脂、涂料生产商为应对形势的变化,对低VOCs涂料的研发做了大量工作。例如,董辉等利用一种天然烯烃松香,用过硫酸钾引发聚合,通过调节松香含量、延长反应时间、升高反应温度以及补加氧化-还原体系等方法,控制残余挥发性单体的含量在500 ppm以内,得到一种超低VOCs的环保型苯丙乳液。李文佳等采用半连续种子乳液聚合法合成了低VOCs含量聚醋酸乙烯酯改性乳液,通过水溶/油溶复合偶氮引发制得的乳液聚合温度低(65℃)、转化率高(99.13%)、残余单体含量低(230.47 ppm)、电荷稳定性好、引发效率高。王文芳等在不使用任何有机溶剂的情况下,利用优化的聚合工艺合成了水性环氧-丙烯酸酯杂化乳液,与以往利用自乳化自交联制备的乳液相比,大大减少了溶剂使用量,降低了整个乳液的VOCs含量。
海洋化工研究院自20世纪80年代初开始依托国家“七五”科技攻关计划,进行水性防腐涂料研究,一直至“十五”计划的完成。经过二十几年的努力,海洋化工研究院先后开发出水性氯磺化聚乙烯、水性环氧酯、水性环氧及水性环氧丙烯酸系列防腐涂料。“九五”期间成功开发出以聚合物微乳液(又称纳米乳液)为基料的新一代水性环保工业涂料,“水性防腐涂料工业性试验”课题开发的系列水性防腐工业涂料经过了几百批次生产,以该项目为基础的国家高新技术示范工程1.5万吨水性防腐涂料产业化项目于2004年建成投产,为水性工业涂料的研究推广打下技术和设备基础。“十五”期间开发出双组份水性环氧防腐涂料,使水性工业涂料制造技术达到国际先进水平,其他环保型涂料如高固份和无溶剂环氧涂料也成功应用于青岛啤酒厂啤酒罐防腐、船舶饮水舱漆、环氧地坪漆。
未来要关注三大发展趋势
水性涂料经过了前期漫长的市场培育,近些年迎来了发展的黄金期,技术也越发成熟。关于水性涂料未来的发展,笔者认为可以从3个方面加以考虑:一是水性涂料用的原材料需要进一步性能优化,尤其是要开发和改进综合性能更好的快干型乳液,水溶性树脂也要向更低VOCs或者零VOCs的方向努力;二是水性漆的配方值得改进,目前在生产过程中动辄十几种或二十几种原材料同时混合,未来要减少原材料数量,将部分原材料的性能在上游进行综合,提高生产效率;三是重视水性涂料的后期处理,对废水的处理会严重影响水性工业漆的推广,这需要认真对待。
