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乳液树脂水性光固化涂料与油墨开发
2005-10-11       中国聚合物网
    涂料作为渗透到人们日常生活中最重要的基础材料,其发展趋势日益受到各方关注,我国高速的经济成长与人们对工作和生活环境的高要求以及自身健康意识的加强,使中国涂料行业面临着空前的机遇和挑战。

北京申奥成功、上海申博成功、农村小城镇化、西部大开发的加速以及银行对房地产为代表的消费信贷的支持掀起了人们持续高涨的消费热潮;国家对外墙涂料的鼓励使用,和去年开始对建筑外墙磁砖实行禁用,以及非典事件后的国民健康意识、自我保护意识、环境保护意识的增强,使人们对家居环境更为重视,出现了要求涂料高品质的消费取向。这些重大事件都将大大推进以涂料为代表的建筑行业的持续,发展,因此推进中国涂料行业的技术进步。

其中,欧美、日本占50%,中国涂料总量为300万吨以上,占12%。德国的人年均涂料消费量为25公斤,中国人均涂料消费量仅为2.3公斤,差距甚大,消费潜力甚大。

涂料作为一种大宗消费品,行业发展快,生产企业也多,需求量大,但目前涂料中的有害物质问题还没有根本解决,这些有害物质主要是:成膜物质(树脂)中残存的游离单体;游离的二异氰酸酯、甲醛、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、邻苯二甲酸酐、苯酚、苯甲酚;有机溶剂:乙醚、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、环已酮、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、环已醇、乙二醇、乙二醇醚、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烯等等,它们是导致"家装病"的罪魁祸首。

为了从根本上解决"家装病",平息人们对居室装饰涂料品质的不满,国家质检总局颁布的《室内装饰装修材料10项有害物质限量》已于2001年12月10日发布,规定从2002年1月土日起,生产企业的产品必须执行该10项国家标准,自7月1日起,市场上禁止销售不符合国家强制性标准的产品。10项国家标准对室内装饰装修材料中上述物质以及建筑材料放射性核素的限量值都参照欧美标准做了明确的限定,这对生产不合格产品的企业亮起了红灯,对涂料行业的规范无疑是一个良好的开端。随着这些环保法规的推行和国家对涂料品质和安全性的严格要求,涂料及相关行业的绿色革命已经掀起,迫使相关企业致力于环保、节能及绿色产品的开发。影响涂料主要功能的是有机高分子材料,这方面的开发一直是我们的弱项。从成膜物质、颜料、助剂到终端产品涂料的生产和营销均被国外大公司占据着相当市场份额,随着大量国外公司拥入,我国民族产业的生存环境不容乐观,国内近八千家涂料企业因为品种少、规模小、投入少,产品缺乏竞争力,面临着适者生存,关停并转、重新洗牌的结局。

二、涂料产品的技术走向

纵观中,国涂料的品种和市场的占有情况可以看出,溶剂型涂料仍然占有相当大的份额,将被快速淘汰,而水性和辐射固化涂料正在快速增长。

据有关统计表明:目前,我国辐射固化涂料产量还不到2万吨,年增长率50%;UV油墨生产量超过了2000吨,年增长率90%;光引发剂产量已近7000吨,年增长率86%。

涂料行业的技术需求将是产品中的VOC含量尽可能低,环境友好并节能、涂料水性化、可见光固化。

水性涂料虽有许多优点,但仍存在因水份挥发而造成的漆膜多微孔,涂层表面光泽度、硬度均不如无溶剂的油性光固化涂料的先天不足,因此,在外墙涂料的耐老化性方面、防腐涂料和需要很好光亮度和硬度的基材表面,油性涂料仍有很大的优势。

随着"绿色革命"的兴起,对资源的节约和有效利用已成为各国可持续发展战略的主要内容。涂料中的有机溶剂是大气污染的主要来源之一,占大气污染的5%~10%,同时也造成了资源与能源的巨大浪费。因此,内外墙水性涂料和无溶剂的油性光固化涂料将成为涂料发展的主要方向。以环氧树脂、聚酯、丙烯酸和聚氨酯为代表的粉末涂料虽然解决了无溶剂问题,但是在节能、涂布效率、热敏基材的涂饰方面仍不尽人人意。

纵观我国的光固化涂料的市场分布情况,可以看出,光固化油墨、阻焊油墨等油墨类的光固化产品推广应用较好;但在涂料领域的应用却量少面窄。目前主要是用于竹、木、PVC地板的涂饰,纸张、塑料、金属涂料表面的上光。

辐射固化是一种值得推广的涂装技术,它具有节能(节能80%以上),无污染,不必加热;高效(0.1秒~1分钟可完全固化),适于流水线生产;适用于任何基材表面,特别是热敏基材,可用于木质、纸张、塑料;表面力学性能好,涂层高光泽、硬度大,耐化学品性能好;固化装置紧凑(加工速度快、场地空间小、生产效率高)等特点。

但油性的紫外光固化涂料仍存在技术局限性和需要改进的地方。

尚不能得到符合施工要求的100%的油性UV涂料,涂膜存在高收缩性,粘度大导致喷涂应用问题,难以深层固化即固化三维物体、在阴影地区固化不足,表面固化不足,导致可涂覆的膜厚度受限制,有色体系难以固化,无法大范围在线推广,紫外光源危害、涂料带有刺激性,难以符合环保要求。

因此,上述问题必须通过改进光源,引发剂,单体、树脂及其配方的综合技术进步才能解决。如能解决限制光固化涂料发展的三大关键技术,光固化涂料将同水性涂料一起平分秋色或优势互补,如能够解决应用限制降低涂料的成本,提高性能,还有可能挤占相当一部份水性涂料市场。

三、辐射固化的三大关键技术

(一)、光源一绿色光源开发和使用技术:

1、电子束(EB)由电子加速器产生,这种设备的一次性投资高,使用比例不足10%,但适用于深层固化和食品包装物,有一定的应用空间。

2、紫外光(LTV)由紫外光源提供,目前有90%以上是采用紫外光光源,广泛运用于印刷、木器、光纤、光刻胶等领域。但存在不适用于复杂形状涂件的涂装,施工环境易产生臭氧和紫外伤害,在民用家装等领域难以推广之缺陷。因此该光源存在使用限制和被替代的可能。

3、可见光源-英力发现的一种最具推广前景的重要光源

可见光固化技术是北京英力科技发展有限公司新近开发的发明专利技术。

该可见光源能发射大量密集的线光谱,其主要光谱在350-650nm范围内。其能量分配和不同波长范围的光强分配如表4:
传导和对流损失(%) 紫外(%) 可见(%) 红外(%)
3.4 34 54 8.6

该新型光源综合了安全、穿透性强、使用方便的特点,可以实现特殊效果涂料(包含色漆)的固化(而UV难固化);该光源不但可替代紫外灯在现有固化设备上使用,更可广泛用于家具涂装和大面积室内外涂装工程中,还将为光固化涂料和油墨的推广应用带来使用上的革命。

该技术因所使用光源中不含短波紫外线,不产生臭氧,对皮肤无灼伤作用,使用安全、操作方便;可移动光源在更大面积涂装上应用,更可以在有人活动的场所应用;波长长,穿透力强,对底层固化更有利;具有非常广泛的应用前景,可能会引发节能环保型涂料的一次技术革命。

配套开发的可见光涂料产品也保留了成本低、稳定性好、固化快等优点。

(二)、光引发剂、单体及预聚体的合成技术

l、光引发剂是涂料的重要成份之一。引发效率高、气味小、成本低、使用方便(液体化、高分子化)是引发剂的发展方向。

目前,市场上的自由基引发剂有二苯甲酮类、安息香单醚类、羟基酮类、胺基酮类、芳酰基磷氧类、硫杂蒽酮类等二十余种;离子型引发剂有芳香族碘翁盐类、芳香族硫翁盐类。

英力科技公司历经三年先后开发成功并批量生产了二十余种上述各类光引发剂,在天津、海门等地建立了有相当规模的光引发剂生产基地,拥有多项核心技术和知识产权,公司的产品90%出口;目前英力科技已成为国际上品种最全、最具有竞争力的光固化引发剂的开发、生产、供应商。IHT-PITPO、IHT-P1 907已通过北京市科委组织的技术成果鉴定,其中IHT-PITPO获北京市科技进步二等奖,并被列为国家火炬计划。

2、单体及预聚体是赋予涂料优异性能的主要有机成份。无臭、五色、低粘度、低成本是对单体的开发的基本要求。

目前国产单体虽在逐步替代进口,有一定价格竞争力,但存在酯化不完全,聚合问题没有很好克服、产品粘度变化大、纯度低等品质问题,尚需进一步提高品质,增加市场竞争力,为光固化涂料的快速发展提供优势原料保证。

大多厂家的预聚体的生产水平还不高,环氧和丙烯酸酯、聚氨酯类品种都有生产,但存在品质不稳定、粘度大、分子量分布宽、性能难以保证的问题。目前许多预聚体还依靠进口。

英力公司新近完成了具有自主知识产权的单体和预聚体及油性和水性涂料等系列原料和产品的开发,有很好的价格性能比,可以很好满足各种UV油性涂.料和水性涂料的绿色环保要求和优异的力学性能要求。

(三)、质优价廉及无臭环保的涂料生产技术

由于水性涂料具有以下突出的特点,使它成为了涂料的主流产品:
1)可以通过添加水和增稠剂调节体系的流变性能和粘度,容易喷涂。
2)无单体以水为稀释剂,可解决挥发性组份(VOC)及常温交联剂毒性和刺激性等问题。水分可自然挥发或使用连续微波干燥设备快速除去。 
3)由于不含单体,可以降低固化膜的收缩,有利于提高膜对底材的粘附性。
4)结合微波、红外干燥技术,干燥速度更快,固化前可以得到无粘性干膜,可以直接进行修理,接触和堆放。
5)不含挥发性有机物,不易燃,生产安全,特别对喷涂更有意义
6)固化膜具有高抗冲击性和拉伸强度、耐磨性、韧性,如果需要,可以得到超薄固化膜。
7)可以使用通常的涂布设备,如辊涂、淋涂和喷涂等,涂布设备易于清洗。

1、英力已开发出新一代的水性涂料产品:

㈠、高性能、多功能乳液的技术突破与云光牌水性系列涂料产品性能介绍

英力公司已成功开发出了具有新颖结构和表现多种功能的高性能乳液合成技术,这一乳液的独特性能优势表现在其调制的英力云光牌涂料中。

测定结果表明英力云光牌涂料各性能指标均超过国家优级品标准口涂料中有机挥发物含量远低于中国绿色环境认证(绿色十环认证)标准,无刺激性。漆面具有优异的感观效果及弹性手感。

抽检正常乳液含量的英力云光牌内墙涂料,送国家化学建材检测中心测定,结果发现漆膜耐7万次以上的擦洗无异常,这种超强的耐擦洗性能,是其极强的附着力和极佳的漆膜表面的致密性、抗粉化性、高弹性和广泛适用性的最好证据。

云光涂料不仅具有良好的弹性-断裂伸长率为340%;而且具有很好的抗污染性,其抗污染指数仅为6;有很好的耐酸碱、耐盐雾特性、耐水渗透性;内墙涂料的配方经500小时的人工抗老化试验后,漆面仍然完好如新,不起泡、不脱落、无裂缝、不粉化,完全可以作为外墙涂料。可将多种很难同时达到的功能-抗污染性、高弹性、耐酸性、抗盐雾性、耐老化、内外墙通用、防补裂缝及漆面肌肤手感集为一身的涂料,目前尚未见到。因此,我们给他取了一个很好的名字"winlight":诸多困扰,一"漆"解决(win);色彩如新,总有"面子"(light).我们相信,云光涂料所表现出来的环境友好、耐磨易洗、抗污耐老、防补裂缝、肌肤手感的综合性能优势一定能获得涂料界的认可和广大消费者的喜爱。

最近云光涂料在重庆奥林匹克运动中心工程竞标中,与国内外众多知名品牌同台竞争,云光涂料以其优异的性价比一举成功中标。遍布各地的营销网络和工程推广,已经显示出云光涂料卓越的品质

2)、四色丝网水性光固化油墨 

英力公司与宏基印务公司合作,成功地开发出四色丝网水性抽墨及其关键成份一水性树脂,通过连续化微波干燥技术使水性UV涂料的固化速度与油性UV涂料不相上下,具有环保和高效的特点,着色效果和性能超过同类进口产品。该技术将会有力推动我国水性UV着色涂料和油墨的发展。

3)、水性及油性皮革涂饰剂

英力公司首次成功开发出在人造革和天然皮革基材上应用的油性和水性光固化涂饰剂,并申请了国家发明专利。英力公司开发的此类皮革涂饰剂除具有集节能、环保、安全、高效于一体的优点外,还克服了热固化涂饰剂处理后表面粗糙的缺点,使得皮革具有表面光泽度高、耐屈折、耐低温、弹性好、耐干湿擦、透气、成革手感好的特点,可提高皮革的等级

2、英力油性光固化涂料开发情况

具有很好表面力学性能和市场价格竞争力的油性和水性涂料的开发是辐射固化技术研究的重点,也是英力公司致力进行技术开发的主要方向。目前已申报了四项专利。在可见光及紫外光系列涂料、油性皮革涂饰剂、光纤着色剂的开发中取得了重要进展,有关产品正处于产业化和应用推广过程中。

1)可见光固化涂料-一种值得推广的环境友好的技术和产品 

特别值得一提的是,英力公司开发的可见光固化涂料组合物等系列产品可以实现色漆的固化;清漆的固化时间与UV固化时间相当,膜的柔韧性、60°光泽、硬度指标几乎没有差别。

2)光纤着色剂

光纤外层着色是紫外光固化涂料最成功应用的实例。它不但要求很高的光固化着色速度,而且要求涂层对光传导过程的光损尽量小,对涂层表面的各种力学性能的要求也比较苛刻,英力公司通过对预聚体、活性稀释单体、光引发剂、增塑剂的种类及配比的定量研究,总结出了上述各种组份的种类和用量变化对光固化涂料及各色油墨固化速度及漆膜的各种力学性能(硬度、弯曲弹性、拉伸强度、断裂伸长率、增韧效果等)的影响规律,研制开发出白、蓝、黄、红和黑等15种颜色的UV光固化光纤外层着色油墨,在光缆生产厂经过高速光纤着色生产线的测试,满足了着色后光传输损耗的要求,各方面的性能达到或超过同类进口产品。已具备产业化和市场推广的条件。 我们用新的分散方法制备了纳米SiOx/UV固化涂料,发现纳米SiOx添加量有一个最佳值,此时对漆膜的拉伸强度和弹性系数的提高幅度最大,分散情况理想。

四、入关后的中国涂料行业发展展望

对企业而言,WTO意味着全球范围内的公平竞争,同等国民待遇原则将使人力资源优势、政策资源优势、生产成本优势和靠廉价资源获利的优势不复存在,劳动力市场化、国际化使人才市场受到冲击,人力资源及企业融资等关键要素将发挥决定的作用。

企业间的竞争已经从低级的自然资源演变为高级人力资源及核心竞争力竞争,从单个企业竞争演变为企业群体的竞争,从单一产品的竞争演变为产业链的竞争,从单一销售产品演化为销售产品和配套技术的跟进服务的竞争。

中国企业的优势在哪里?WTO虽然使国际同行具备了天时的有利条件,但是地利和人和仍然是中国企业可以制胜的有利武器。不断积累和强化互补的、客观的知识和互补知识,建立良好的企业信誉和互动关系是中国企业的根本出路。

保护好企业的知识性资产,提高自身的原创力,建立良好的企业文化是未来企业的根本竞争力之所在,企业应该注重培育整体的竞争力而不是个人的竞争力;企业应尽量使自己成为行业价值链中最有优势的环节,长于资源的整合和上下游的连接。

企业应该建立起与国际接轨的标准,加大实现产品质量控制的标准化、规范化的力度,增强生产企业的科技创新能力;推行ISO900l:2000质量体系c强化国内企业间的战略同盟,这是中国涂料行业做大做强之根本。 

(责任编辑:一青)
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