涂料配方设计 仿瓷涂料的合成.pdf
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1、仿仿瓷瓷涂涂料料的的合合成成1.前言.12.仿瓷涂料的背景与发展概论.12.1 国外仿瓷涂料现状及发展趋势.1.1.2.2.31.国外仿瓷涂料的新品种.32、国外涂料生产的新技术.43、国外仿瓷涂料研究的新领域.54、国外仿瓷涂料的发展趋势.52.2 我国涂料的发展情况.6.6.7.73.国内外市场需求及预测.84.仿瓷涂料的现状及发展方向.94.1 仿瓷涂料的现状.9仿瓷涂料的类型.94.2 仿瓷涂料的发展方向.115.仿瓷涂料配方的基本构成.135.1 涂料研究机理.135.2 涂料基本组成.135.3 涂料制备.145.4 经济效益分析.145.6 结论.15参考文献.151.1.前言前
2、言仿瓷涂料又称冷瓷涂料也称瓷釉涂料,其施工简单,不用加温在常温条件下施工即能获得类似瓷质的装饰效果,是一种耐水、耐潮、耐洗刷、耐酸、耐碱、涂层坚硬、耐磨、表面光泽柔和、手感滑爽如瓷,对水泥砂浆、石灰砂浆、混凝土、砖、木、塑料、石棉板、石青板、钢、铝、铜等金属和非金属材料表面均有很强的附着力的一种新型装饰性涂料。它一出现即受到了建筑界的青睐,广泛用于、宾馆、医院、厨房、浴室、住宅、地下室、地下库洞、人防工事等的内墙装饰以及家具、厨房用具,甚至用作耐腐性要求较高的地面装饰,装饰效果极佳。该涂料中的中低档仿瓷涂料亦可作为多彩涂料的中涂层使用,效果也令人十分满意。该涂料的优异保护功能和良好的装饰效果,
3、得到了一致好评。2.2.仿瓷涂料的背景与发展概论仿瓷涂料的背景与发展概论2.1 国外仿瓷涂料现状及发展趋势国外仿瓷涂料的发展情况近年来,国外建筑涂料从产品品种、规模应用、质量水平以及研究水平上,都有了很大的发展,已经成为涂料中产量最大的品种。而仿瓷涂料作为一种重要的建筑涂料,占据了建筑涂料的绝大部分,在涂料产链中已经变得越来越重要。其中发展较快的地区主要分布在美国、日本、西欧及亚太地区。美国是涂料工业发达国家,建筑涂料占涂料总量的 50%。在外墙装饰材料中,建筑涂料占 45%;在内墙装饰材料中,建筑涂料占60%。在美国,80%的建筑物外墙用各种优雅的调和色涂料装饰,住宅小区和别墅基本上以涂料装
4、饰为主,一栋建筑物常用 1-2 种色彩的涂料,使建筑物显得丰富多彩、生机盎然,而室内常用单色涂料。日本是世界涂料生产大国,涂料年产量居世界第二位,仅次于美国,建筑涂料产量占涂料总产量的 30%。在日本,建筑涂料使用非常广泛,不仅限于内外墙壁、顶棚、地面,还包括门窗、走廊、楼梯扶手、水箱、屋面防水等建筑物所有的附属金属构件和木质件。西欧像德国、瑞士等国家,80%的外墙使用涂料装饰,意大利、西班牙等地中海沿岸国家,66%的外墙用涂料装饰。西欧的建筑涂料使用量占涂料总量的39%。亚太地区近几年来建筑涂料发展迅速,一些国家的政府从美化环境出发,颁布了相关政策法规,为建筑涂料的消费量迅速增长提供了有利的
5、支持。国外仿瓷涂料的产业结构世界涂料工业的显着特点是,世界级大公司通过其战略购并、合作合资、合理布局涂料的生产与市场,形成市场一体化的规模效应,使涂料工业向集团化、规模化、专业化的方向发展,从而达到全球合理化经营的目的。如荷兰的阿克苏公司与瑞典的 Nobel 公司合并组建的 AtzO-Nobel 公司,成为世界上最大的公司之一;美国的宣威公司以 8.3 亿美元收购 TM 赫顿公司,又相继收购了智利和巴西的各一家公司。美国最大的 10 家(涂料)公司的年产量占美国涂料总量的 70%以上,而宣威公司一家的年产量即在 100 万吨以上,足见其生产集中的程度。而这种收购、兼并、整合正加快其步伐成为一种
6、趋势,这种发展趋势的后果就是大企业的优势产品更具有垄断和竞争性。据统计,世界 10 家最大的涂料公司的产量占世界涂料总量的 1/3,而市场占有率则达到 60%,这种趋势正向发展中国家延伸。国外仿瓷涂料的产品结构国外仿瓷涂料种类丰富,有有机的水性涂料和溶剂类涂料,也有无机涂料。就有机涂料的成膜物而言,油脂涂料、天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、沥青涂料等为低档涂料。醇酸、氨基、硝基、过氯乙烯等树脂、聚脂、环氧丙烯酸树脂、聚氯酯、有机硅橡胶等树脂类涂料即合成树脂涂料为高档涂料。高低档涂料的比例通常是反映涂料工业发展水平的尺度,美国、日本、西欧等发达国家和地区,合成树脂涂料的比例都在 90%以上。美国仿瓷
7、涂料以成膜物分类,主要由丙烯酸系列、聚醋酸乙烯系列两大类树脂构成,也有少量的环氧树脂和聚氨酯涂料。外墙涂料丙烯酸类树脂涂料占60%左右,聚醋酸乙烯类树脂涂料占 30%左右,其它树脂如聚氨酯、环氧树脂系列涂料等约占 10%左右。日本仿瓷涂料不仅质量高,而且种类多,外墙涂料主要有属平滑涂装型的无光泽漆、厚质丙烯酸乳液涂料、有光泽的氯乙烯树脂涂料、环氧树脂涂料、丙烯酸树脂涂料、双组分聚氨酯涂料、有机硅丙烯酸橡胶涂料、含氟树脂涂料、仿瓷涂装型的高弹性丙烯酸橡胶涂料、水性环氧树脂涂料、丙烯酸乳胶涂料。内墙涂料主要有丙烯酸乳胶涂料、弹性丙烯酸乳胶涂料、氯乙烯树脂涂料、环氧树脂涂料等。地面涂料主要有双组分环
8、氧树脂漆、厚质涂料、双组分聚氨酯厚质树脂弹性涂料、丙烯酸树脂涂料、弹性氯乙烯树脂和环氧树脂涂料。日本的建筑涂料以苯乙烯丙烯酸、醋酸乙烯丙烯酸树脂及纯丙烯酸树脂为主。近年来,聚氨酯涂料作为中高档建筑涂料在日本使用量大增。欧洲各国建筑涂料也以丙烯酸类树脂涂料为主,尤其在外墙涂料上占绝大部分。英国的ICI、德国的 BASF 和 DINOVA 等公司生产的建筑涂料中,丙烯酸树脂占相当大的比重。德国 KEIM 公司的无机建筑涂料,在欧洲也占有一定的市场。国外仿瓷涂料的发展趋势 1.国外仿瓷涂料的新品种丙烯酸奎树脂涂料日本钟渊化学工业公司采用硅酮为交联剂对丙烯酸进行改性,其耐候性可与含氟树脂涂料相媲美,而
9、成本只有含氟树脂涂料的 1/3,是很有发展前景的品种,可广泛用作各种墙面石板、木板的装饰涂料。耐候性氟树脂涂料美国最先研制开发了氟树脂涂料,用偏氟乙烯树脂开发氟树脂涂料,用于建筑方面取得良好的效果。氟树脂涂料与其他合成树脂作料相比,具有优良的耐候性、耐久性、耐污染性、耐化学品性,尤其用于建筑物的外部装饰有其他涂料无法相比的优点。20 世纪 80 年代后,日本的旭硝子(株)研制开发出常温固化氟树脂涂料,经改进后,其系列产品已开始投入到欧美及亚太地区。该涂料适宜做超高层建筑的复层装饰保护涂料以及超高层钢结构和跨海桥梁等装饰保护涂料。水性聚氨酯涂料聚氨酯是性能优良的高分子材料之一,以这种树脂制成的涂
10、料,具有优良的光泽和耐水、耐候性。溶剂型聚氨酯涂料由于对环境污染和对施工人员的身体有影响,使用量越来越少,加上国际环境保护法的推出,人们又开发出了水性的聚氨酯涂料。目前,水性聚氨酯涂料作为一类高档的建筑涂料,在发达国家已开始广泛使用。世界各国有关的研制开发也很活跃,国外近 10 年来有关水性聚氨酯涂料的专利发明达 800 多项,前景十分广阔。粉末涂料从人类生活的环境意义考虑,粉末涂料作为一种新型的建筑涂料发展迅速。在美国,粉末涂料年增长率为 12%左右,欧洲为 10%左右,日本为5%左右。粉末涂料近几年已开始在门、栏杆、阳台等建筑物上使用。如大日本油墨公司开发了新型丙烯酸聚酯粉末涂料,这种涂料
11、光泽好、硬度高、耐候性好,适宜做内外装饰保护涂料。在日本兼具防腐性和耐候性能的聚酯聚氨酯粉末涂料已开始在室内外广泛使用。美国推出的聚酯聚氨酯粉末涂料也具有良好的前景。功能性仿瓷涂料随着人类生活水平的进步和生活水准的提高,对仿瓷涂料的要求除了具有保护作用和精美的高装饰性外,还具有某些特殊的功能,形成了建筑涂料的高装饰性兼功能化的新观念。同时,作为涂料科学基础的高分子化学、生物科学的交叉与进步,推动了建筑涂料功能化的发展。近年来,国外功能建筑涂料发展很快,主要有防火涂料、防水涂料、防霉防虫涂料、防锈防腐蚀涂料、防静电涂料、消(吸)音涂料、隔热涂料及弹性功能涂料等品种。(1)防火涂料随着现代化建筑尤
12、其是高层建筑火灾的不断发生,给人民的生活和经济造成了巨大损失,引起了各国政府对建筑防火的高度重视,纷纷制定了相应的标准和法规。因此,防火涂料的研究与应用近年来迅速发展,如德国的BIOFAX2000 年 3000 高效防火阻燃剂,将其喷在窗帘、家具或应用于建筑涂料中,具有优良的防火阻燃性,广泛销于欧洲及亚太地区。美国和加拿大最近推出了一种胶乳基涂料,涂在木料温度达 98时形成一层保护性炭,能防止热进入木质并切断供氧源防止着火。美国还推出了一种用无机水基溶液制成的防火涂料,经它处理的木材在温度高达 537时不会燃烧。日本的 Abnee-DS 防火涂料防止燃烧扩大性的效果达 90%-95%。(2)防
13、水涂料 美国和日本代表了工业发达国家防水涂料的发展水平。近年来凭借他们雄厚的工业基础,建筑防水涂料无论品种和性能,还是应用技术等方面都处于领先水平。主要品种有聚氨酯类、橡胶沥青类、硅橡胶类、氯丁橡胶类、氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯类、丙烯酸脂类等防水涂料。其中聚氨酯类用量最大,发展最快。另外,水性防水涂料在全世界资源、能源紧缺,环境污染严重的情况下发展较快。美国水性防水涂料已占防水涂料总量的35%以上,德国水性防水涂料已占防水涂料总量的 48%。(3)防虫防霉涂料防虫防霉涂料主要是在保持涂料装饰性的前提下,添加具有生物毒性的药品制成的涂料。因此,高效优良的且对人体无害的防虫防霉剂是生产优良的防虫防
14、霉涂料的关键。近年来,防虫防霉涂料在国外开始步入市场,深受消费者的欢迎。尤其是用在食品工业的建筑工程上有较好的市场。如英国液化塑料有限公司推出的防霉涂料具有高效无毒杀菌力强的特点。最近日本也有很多同类产品上市。(4)防锈防腐蚀涂料近年来,国外为解决钢结构各种构造物的防腐蚀问题,适应长期防腐蚀的需要,开发了种种防腐蚀涂料。目前防腐蚀涂料的品种有环氧、环氧酚醛、环氧沥青等环氧类,聚氨酯、过氯乙烯和氯化橡胶等产品,其中氯化橡胶作为防腐蚀涂料已广泛应用于各种海洋构筑物。日本开发了一种酚醛改性醇酸树脂用于氯化橡胶涂料中,改进了防腐蚀涂料的硬度和耐久性。最近日本又推出了一种带锈涂装的聚氨酯防腐蚀涂料,减少
15、了施工工序,是一种很有市场前途的产品。由于对防腐蚀涂料耐久性的更高要求,不久的将来,有机硅改性树脂和含氟树脂作为防腐蚀涂料将成为国外尤其是发达国家主要的防腐蚀涂料品种。2、国外涂料生产的新技术国外建筑涂料之所以性能优良、品种齐全是与其先进的生产技术分不开的,表现在先进的聚合物生产技术 在聚合物乳液合成上,采用无表面活性剂的自乳化技术和其它特定的聚合技术,使多种不同单体组成的聚合物呈层状结构存在于同一胶粒中,从而达到保证产品性能的目的,使产品既具有一定的硬度、耐污染性,又使施工易于进行。另外,通过定向聚合、辐射聚合、互穿网络聚合等制得聚合物乳液来改进涂料的性能和增加使用功能。高自动化水平的涂料生
16、产工艺 国外涂料生产控制基本上实现了电脑控制现代化,液体输送实现了管道化,固体物料已采用气动和机械输送及计量自动控制。先进的涂料检测技术 国外对于涂料性能的评价已不再单凭外观、颜色、光泽、硬度、冲击等宏观检测,而且将射线分析(EP-NA)、X 射线光电子光谱仪(EsCA)、自动电子光谱仪(AES)、离子微分析仪(INA)、富里埃变换红外光谱仪(FT?IR)、紫外光谱仪、核磁共振、色差计等现代化仪器用于涂膜性能测试,深入到了内部组成结构和界面状态等微观检测。此外,还采用椭圆对称仪、综合腐蚀速率测定仪(CRN)、超声波显微镜对涂膜进行非破坏性测定。正是以上这些先进的技术促使了生产的规模化、高效率、
17、高质量以及涂料研究的发展。3、国外仿瓷涂料研究的新领域国际环境保护法颁布后,发达国家先后提出了发展涂料工业的三大前提和四大原则,即无公害(无污染)、省资源、省能源和经济、效率、生态、能源。遵循这样的前提和原则,近年来,作为环境主要污染源之一的涂料工业的研究领域也向新的方向深入,主要有弹性型涂料(单层弹性涂料、透明型弹性涂料、低污染弹性涂料)、封闭功能与有厚膜性的涂料、潮气固化的有机硅改性丙烯酸的超耐候性涂料、常温因化的含氟树脂涂料以及无机聚合物与合成树脂乳液复合涂料、水泥等无机水硬化物与低 Tg(玻璃化温度)的合成树脂乳胶复合涂料等;以主体感、色调多彩感为主体要素,体现美化感、装潢感、高级感、
18、时代感特征的研究领域;兼具有高雅的装饰性和我种特殊功能复合的涂料也成为近年来建筑涂料研究的热点。另外,关于新型涂料用颜料浆的研究、各种高效涂料助剂的研究也是十分活跃的研究领域。4、国外仿瓷涂料的发展趋势(1)向低 VOC(有机挥发物)方向发展 环境保护已成为人类共同的事业。随着现代化工业的发展,环境污染越来越受到人类的重视,各国政府都相继制定了有关法规,美国从 66 项法规发展到现在的 1113 项法规,对建筑涂料的有机挥发物的限制作出了更为明确的限制。其 VOC 含量从 100g/L 限定到 50g/L。日本和欧美国家也都在环保法规上对 VOC 含量作出了限定标准,世界环保的要求和呼声使涂料
19、的开发研究朝着低污染环保型的方向深化。建筑涂料在生产、使用中非放的VOC 是主要的环境污染源之一。因此,减少VOC 的含量已经成为国外建筑涂料发展的总趋势。(2)向功能复合化方向发展 功能性建筑涂料由于不仅有保护和装饰建筑物的功能,而且具有其他方面的特殊功能,也成为国外建筑涂料发展的重要方向。随着高分子科学等其他与涂料相关的基础科学的重大突破和高新技术的进步,不久的将来,功能性建筑涂料在现有基础上将会有更新的飞跃。目前,研究开发的主要技术方向是高装饰性、高功能复合化的建筑涂料以及能赋予涂料特殊功能的高效功能性新型涂料用树脂和添加剂的研究。(3)向高性能、高档次发展 随着现代高层建筑的兴起,对建
20、筑涂料的耐候性要求越来越高,高耐候性涂料树脂的研究开发成为当今世界尤其是发达国家涂料研究的活跃领域。目前,最活跃的领域是含氟树脂和有机硅改性树脂的研究。其中,有机硅改性丙烯酸树脂涂料的研究由于其耐候性可以与含氟树脂涂料相媲美。耐污染性优于氟树脂涂料,成本只有氟树脂涂料的1/3,将是今后超耐候涂料的发展方向。2.2 我国涂料的发展情况2.2.1、企业状况与分布在计划经济条件下,涂料行业归属为化工部门,涂料生产厂家有 115 家,除基本自治区外,全国各地都建有涂料厂,其中江苏省最多,其次是广东省湖北省、黑龙江省、湖南省、山西省,只有一家涂料企业的有新疆、宁夏、青海、海南等省区。以地区划分,主要涂料
21、企业分布见下表:-地区名称 华东 中南 华北 东北 西南 西北-企业数 38 29 18 14 8 8-在这些涂料厂家中,生产的品种主要是工业涂料及专用涂料,约占涂料总量的 75%。建筑涂料尤其是水性涂料,包括各类树脂的乳胶漆生产量所占比例相对较小。进入市场经济后,国有油漆厂(行业内企业)一统我国涂料市场的格局已经被打破,尤其是技术、装备、资金以及市场营销为一体的独资、合资国外大型涂料企业进入中国市场以后,给中国的建筑涂料市场带来阵阵冲击波,建筑涂料市场形成了国有油漆厂、建材行业企业及乡镇企业、合资(或独资)企业三足鼎立之势。我国建筑涂料生产厂数千家,主要分布在北京、天津、山东、江苏、上海、浙
22、江、福建、广东等省市,约占 60%。能达到年产 5000 吨以上的大型企业不足 3%,而年产 5000 吨以上的大型企业大多分布在沿海地区。从 1990 年起,国外企业在中国独资或合资建成的建筑涂料厂约 16 家,生产的规模在 2 万-5 万吨/年的水平。资料表明,在我国,按照涂料生产和应用水平的分布来看,划分为三个地带较为合适,即涂料发展最好的是华东和中南为第一地带;其产量分布尚不平衡,呈现南重北轻的态势。从中可以看出,涂料工业发展的好坏、快慢是与经济发展的情况分不开的。涂料的产量及产品结构由于建筑涂料企业分布在各个行业,至今没有一个统计系统来统计全国建筑涂料的产量。2001 年我国建筑涂料
23、产量约在 150 万吨,其中广东省年产建筑涂料 15 万吨,居全国之首。在全国建筑涂料总量中,低档聚乙烯醇类涂料约占其中的 40%,内外墙乳胶漆占 40%,溶剂型涂料占 20%(主要是室内木质装饰漆和外墙涂料)。内墙涂料主要是聚醋酸乙烯、聚醋酸乙烯丙烯酸酯、聚苯乙烯丙烯酸酯和乙烯醋酸乙烯乳胶漆以及聚乙烯醇类低档涂料。外墙涂料中分乳胶型和溶剂型两种,乳胶涂料以聚苯乙烯丙烯酸酯和聚丙烯酸酯类品种为主,溶剂型涂料以丙烯酸酯类、丙烯酸聚氨酯和有机硅接枝丙烯酸类涂料为主,还有各种砂壁状和复层型等厚质涂料以及少量的无机硅酸盐涂料。地面涂料一般以聚氨酯和环氧树脂类涂料为主。功能涂料有防火、防潮、防结露、防霉
24、、防虫、防腐蚀、防炭化等品种。另外,还有以聚氨酯为主的木质装饰漆。我国从 20 世纪 70 年代初就开发了乙丙乳液涂料。随着化工行业合成技术的开发和引进,以丙烯酸酯和乙烯醋酸乙烯类为代表的合成树脂大大促进了以其为基料的各类涂料产品的开发和应用,建筑涂料完成了由平薄型向厚质型,单一型向复合型、高装饰型涂料的转化过程,形成了水溶性树脂涂料、合成树脂涂料、无机硅酸盐涂料、有机无机复合涂料,以及防火、防水、防霉、防潮等各类功能性涂料的各类高、中、低档多层次产品结构的局面。建筑涂料工业的技术水平(1)产品水平 我国的建筑涂料在 20 世纪 80 年代后得到了迅速的发展,目前已能自行研制、生产世界上大多数
25、中、高档品种的建筑涂料,仅就技术水平而言,已达到了国际上 20 世纪 90 年代初的水平,能够基本满足我国蓬勃发展的建筑业和装潢业对建筑涂料品种的要求。我国的有机类建筑涂料占建筑涂料的80%,而聚乙烯醇类、水溶性有机类低档涂料约占一半。因此,从我国的产品水平总体上看,与国外相比还有较大的差距。(2)工艺装备水平 我国建筑涂料的工艺装备水平近年来发展较快,并取得了较大的进步,通过引进、消化、吸收,国产最大容量的树脂反应釜已达15 立方米。在研磨设备方面,我国已能生产系列双桶或三桶卧式砂磨机,研磨效率可比普通砂磨机提高 3 倍以上。涂料生产用的各类物料输送泵我国也已经开发出来。建筑涂料生产所用装备
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