目前工業(yè)涂料以溶劑型為主，每年排放大量可揮發(fā)性有機物(VOCs)，造成嚴重環(huán)境污染。實踐表明，工業(yè)涂料的水性化是從源頭上實現(xiàn)減排的重要途徑。然而，受限于涂料產(chǎn)品本身以及涂裝技術的水平，國內(nèi)水性涂料在工業(yè)應用方面還有較大提升空間，推廣難度依然較大。近日，由優(yōu)美特(北京)環(huán)境材料科技股份公司牽頭的國家重點研發(fā)計劃項目“綠色水性工業(yè)涂料與涂裝技術研究及產(chǎn)業(yè)化”在京正式啟動，該項目負責人北京理工大學材料學院教授羅運軍在接受本刊記者采訪時表示，項目選擇的軌道車輛、石油套管防腐防銹和合成革表面處理領域使用的溶劑型涂料在涂裝過程中有30%～80%的VOCs排放到大氣中，是工業(yè)涂裝中比較有代表性的領域。項目的實施對工業(yè)涂料水性化進程將起到積極的推動作用。
工業(yè)涂料水性化待加速
“十三五”期間，全國對于VOCs排入實施總量控制，對氮氧化物和VOCs進行協(xié)同減排，工業(yè)涂裝范疇的轎車、船舶、集裝箱、家私、工程機械、鋼結構和卷材制作等七大重點行業(yè)所有公司均須施行VOCs歸納管理。工業(yè)涂料的水性化有望迎頭趕上建筑涂料，出現(xiàn)齊頭并進的態(tài)勢。根據(jù)今年7月8日工信部發(fā)布的《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物削減行動計劃》，到2018年底工業(yè)行業(yè)的VOCs排放量要比2015年減少330萬噸以上。其中，低(無)VOCs涂料產(chǎn)品的比例要達到60%。在最新出臺的《京津冀大氣污染防治強化措施(2016-2017)》重點推進VOCs整治和超低排放，北京市在2017年底前要全面淘汰有機溶劑型涂料生產(chǎn)。國家相關政策的強制實施，必將推動水性工業(yè)涂料的廣泛應用。而目前，水性工業(yè)涂料及涂裝的關鍵技術掌握在國外企業(yè)手中。據(jù)了解，歐美等發(fā)達國家由于環(huán)保部門對VOCs的排放限制很嚴，水性工業(yè)涂料的使用已非常普遍，相關開發(fā)研究相當活躍，且發(fā)展勢頭比較迅猛，已經(jīng)形成了較大的市場規(guī)模，占據(jù)全球涂料生產(chǎn)量的絕大部分。如德國科思創(chuàng)(原拜耳材料公司)的Impramil和Didpercoll KA系列，美國Wyandote化學公司的X系列和E系列，大日本油墨株式會社(DIC)的Hydran HW和AP系列等水性聚氨酯產(chǎn)品。這些產(chǎn)品已成功應用于皮革涂飾、紙張涂層、鋼材防腐、塑料及木材涂裝、玻璃涂布等領域。丹麥Hempel涂料公司的HEMPADUR Avant Guard?誖先鋒盾系列產(chǎn)品可能是自20世紀60年代首次推出含鋅防腐涂料以來防腐涂料技術的最大創(chuàng)新。該防腐涂層在發(fā)揮卓越防腐性能的同時又具有增強的機械強度。同時，該技術還可提供涂層的屏蔽效應和抑制效應，因此具有更為出眾的防腐性能。而美國Graco、德國Wiwa等公司研制出的水性涂料專用高壓無氣噴涂機，為水性涂料的應用奠定了基礎。此外，國外研究者從工藝過程、配方設計、反應機理、物化參數(shù)、影響因素、工業(yè)應用、產(chǎn)品性能到測試分析等方面都有深入研究，因此長期掌握著水性涂料的關鍵技術并占據(jù)水性涂料市場的主導地位。不論是從提升市場競爭力，還是從滿足國內(nèi)法規(guī)要求來看，加快工業(yè)涂料水性化進程都迫在眉睫。據(jù)項目牽頭單位負責人介紹，“十三五” 國家重點研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術研究”組織開展“監(jiān)測預報預警技術”、“霧霾和光化學煙霧形成機制”、“污染源全過程控制技術”、“大氣污染對人群健康的影響”、“空氣質量改善管理支持技術”和“大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術示范”等6項重點任務科研攻關?！熬G色水性工業(yè)涂料與涂裝技術研究及產(chǎn)業(yè)化”項目針對專項中的“污染源全過程控制技術”選擇對目前普遍使用溶劑型涂料產(chǎn)品的三個具有代表性的領域——軌道車輛、石油套管防腐防銹和合成革表面處理開展研究。
突破高性能水性涂料壁壘
相關數(shù)據(jù)顯示，我國每年溶劑型涂料產(chǎn)品VOCs排放總量高達400萬噸，相當于燃燒2.7億噸煤的排放量。1噸溶劑型樹脂改為水性后，VOCs等有害揮發(fā)物的排放量能降低至原來的十幾分之一。羅運軍表示，在國內(nèi)，軌道車輛方面至今還在使用溶劑型涂料。地鐵、高鐵、大鐵路、城軌等軌道交通車輛每年用漆在4萬噸左右，加上兌稀用的稀釋劑，每年排放到大氣中的VOCs不低于2萬噸。在合成革方面，目前中國合成革產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，每年合成革的表面涂飾生產(chǎn)過程大約使用100萬噸涂飾劑，其絕大多數(shù)為對環(huán)境和人體有極大危害的溶劑型聚氨酯。水性涂料的使用能有效降低或避免高污染合成革生產(chǎn)企業(yè)對環(huán)境的污染，但這些領域即使少量應用的環(huán)保型涂料也是國外產(chǎn)品，我國缺乏具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品核心技術。因此，研究和開發(fā)高性能水性涂料技術是行業(yè)發(fā)展和技術進步所急需解決的問題。面對這種發(fā)展窘境，我國的科研工作者也在工業(yè)涂料水性化方面做出了一些研究成果及產(chǎn)業(yè)應用，但跟國外相比還有一定差距，整體的技術性能技術指標落后，缺乏相關高性能要求的標準。其主要原因在于高性能水性涂料的關鍵核心技術并未掌握，相關的合成制備過程控制機制更加欠缺。國內(nèi)的研究內(nèi)容主要停留在水性涂料配方的改進;而國外研發(fā)主要是圍繞高附加值樹脂進行開發(fā)，如增加抗污性能，提高耐磨、抗擦傷性，抗腐蝕性等;并且可以對合成結構及路線進行有效的控制，能更好地利用結構與性能的相互關系來制備高性能的水性涂料。因此，“綠色水性工業(yè)涂料與涂裝技術研究及產(chǎn)業(yè)化”項目旨在突破目前我國高性能水性涂料的技術瓶頸，通過深入研究水性涂料的成膜物質——樹脂合成過程中的分子結構設計與性能的關系以及水性涂料的涂裝技術——涂裝設備、工藝與性能的關系等，以研發(fā)高性能水性環(huán)氧或水性聚氨酯樹脂為基礎，開發(fā)納米雜化的防腐防銹顏料劑等功能成分，制備高性能軌道車輛用水性聚氨酯面漆、中涂漆及水性環(huán)氧底漆，石油套管防腐涂料，水性皮革涂飾等，并研制適合水性涂料涂裝的工藝裝備和條件。最終實現(xiàn)系列高性能水性工業(yè)涂料規(guī)?；苽浼皯檬痉?，從而改善我國目前高端水性工業(yè)涂料主要依賴進口的現(xiàn)狀。
四課題聚焦三領域
“綠色水性工業(yè)涂料與涂裝技術研究及產(chǎn)業(yè)化”項目下設四個子課題，實施過程中將形成科研機構-企業(yè)-用戶三方聯(lián)動的合作模式，由優(yōu)美特(北京)環(huán)境材料科技股份公司(以下簡稱公司)聯(lián)合北京理工大學、中國科學院過程工程研究所、哈爾濱工業(yè)大學及北京化工大學等國內(nèi)綠色水性環(huán)保涂料優(yōu)勢研發(fā)單位展開攻關.課題一針對軌道車輛用溶劑型產(chǎn)品VOCs排放嚴重，而目前水性聚氨酯面漆的防腐及耐候性能較差，中涂漆與底漆和面漆結合能力弱，難以滿足實際使用要求的問題。課題擬研制具有自主知識產(chǎn)權的高性能水性聚氨酯面漆與中涂漆，完成水性涂料涂裝試驗，滿足軌道車輛(如高鐵、地鐵等)要求的性能指標，替代正在軌道車輛涂裝中使用的溶劑型面漆和中涂漆并實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和應用，完成水性涂料的涂裝工藝、涂裝規(guī)范的制定。課題二針對不同材質(鋁合金、不銹鋼等)及表面處理方式，研制兩種以上具有自主知識產(chǎn)權的高性能雙組份水性環(huán)氧防腐底漆，滿足軌道車輛(如高鐵、地鐵等)要求的性能指標，替代正在軌道車輛涂裝上使用的溶劑型產(chǎn)品，并實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和應用。課題三針對石油套管儲存及使用過程中易被氧化、腐蝕的問題，通過對水性環(huán)氧樹脂基料的有機接枝改性與工藝優(yōu)化，制備具有優(yōu)異防腐性能的水性環(huán)氧樹脂涂料及具有優(yōu)異防腐防銹性能的納米材料，完成防腐防銹涂料的原位納米雜化及性能調控，實現(xiàn)水性環(huán)氧基料及納米復合材料的中試放大及產(chǎn)業(yè)化應用。課題四針對目前合成革用溶劑型聚氨酯表處劑污染環(huán)境、能耗高、操作工藝復雜等問題，通過表處劑基礎樹脂設計與制備以及超支化水性聚氨酯共混技術、后擴鏈技術，解決現(xiàn)有水性聚氨酯表面處理劑耐水、耐溶劑、耐磨、耐刮等性能無法滿足高檔汽車革合成革表面處理特殊功能需求的問題，突破規(guī)?；苽渌跃郯滨ケ硖巹┑募夹g瓶頸，促進水性表處劑在合成革上的推廣應用，推進高檔汽車用合成革的清潔化生產(chǎn)進程。項目完成后將建成4條年產(chǎn)5000噸的水性涂料生產(chǎn)線，申請9~15項相關技術發(fā)明專利，制定相關行業(yè)標準3項，企業(yè)標準2項。形成的水性涂料制備技術，有望在三個領域規(guī)模化應用，替代正在使用的傳統(tǒng)溶劑型涂料，對傳統(tǒng)涂料向綠色化、高性能化轉型起到示范作用。
