目前工业涂料以溶剂型为主，每年排放大量可挥发性有机物（VOCs），造成严重环境污染。实践表明，工业涂料的水性化是从源头上实现减排的重要途径。然而，受限于涂料产品本身以及涂装技术的水平，国内水性涂料在工业应用方面还有较大提升空间，推广难度依然较大。近日，由优美特（北京）环境材料科技股份公司牵头的国家重点研发计划项目“绿色水性工业涂料与涂装技术研究及产业化”在京正式启动，该项目负责人北京理工大学材料学院教授罗运军在接受本刊记者采访时表示，项目选择的轨道车辆、石油套管防腐防锈和合成革表面处理领域使用的溶剂型涂料在涂装过程中有30%～80%的VOCs排放到大气中，是工业涂装中比较有代表性的领域。项目的实施对工业涂料水性化进程将起到积极的推动作用。

工业涂料水性化待加速

    “十三五”期间，全国对于VOCs排入实施总量控制，对氮氧化物和VOCs进行协同减排，工业涂装范畴的轿车、船舶、集装箱、家私、工程机械、钢结构和卷材制作等七大重点行业所有公司均须施行VOCs归纳管理。工业涂料的水性化有望迎头赶上建筑涂料，出现齐头并进的态势。根据今年7月8日工信部发布的《重点行业挥发性有机物削减行动计划》，到2018年底工业行业的VOCs排放量要比2015年减少330万吨以上。其中，低（无）VOCs涂料产品的比例要达到60%。在最新出台的《京津冀大气污染防治强化措施（2016-2017）》重点推进VOCs整治和超低排放，北京市在2017年底前要全面淘汰有机溶剂型涂料生产。国家相关政策的强制实施，必将推动水性工业涂料的广泛应用。而目前，水性工业涂料及涂装的关键技术掌握在国外企业手中。据了解，欧美等发达国家由于环保部门对VOCs的排放限制很严，水性工业涂料的使用已非常普遍，相关开发研究相当活跃，且发展势头比较迅猛，已经形成了较大的市场规模，占据全球涂料生产量的绝大部分。如德国科思创（原拜耳材料公司）的Impramil和Didpercoll KA系列，美国Wyandote化学公司的X系列和E系列，大日本油墨株式会社(DIC)的Hydran HW和AP系列等水性聚氨酯产品。这些产品已成功应用于皮革涂饰、纸张涂层、钢材防腐、塑料及木材涂装、玻璃涂布等领域。丹麦Hempel涂料公司的HEMPADUR Avant Guard?誖先锋盾系列产品可能是自20世纪60年代首次推出含锌防腐涂料以来防腐涂料技术的最大创新。该防腐涂层在发挥卓越防腐性能的同时又具有增强的机械强度。同时，该技术还可提供涂层的屏蔽效应和抑制效应，因此具有更为出众的防腐性能。而美国Graco、德国Wiwa等公司研制出的水性涂料专用高压无气喷涂机，为水性涂料的应用奠定了基础。此外，国外研究者从工艺过程、配方设计、反应机理、物化参数、影响因素、工业应用、产品性能到测试分析等方面都有深入研究，因此长期掌握着水性涂料的关键技术并占据水性涂料市场的主导地位。不论是从提升市场竞争力，还是从满足国内法规要求来看，加快工业涂料水性化进程都迫在眉睫。据项目牵头单位负责人介绍，“十三五” 国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”组织开展“监测预报预警技术”、“雾霾和光化学烟雾形成机制”、“污染源全过程控制技术”、“大气污染对人群健康的影响”、“空气质量改善管理支持技术”和“大气污染联防联控技术示范”等6项重点任务科研攻关。“绿色水性工业涂料与涂装技术研究及产业化”项目针对专项中的“污染源全过程控制技术”选择对目前普遍使用溶剂型涂料产品的三个具有代表性的领域——轨道车辆、石油套管防腐防锈和合成革表面处理开展研究。

突破高性能水性涂料壁垒

    相关数据显示，我国每年溶剂型涂料产品VOCs排放总量高达400万吨，相当于燃烧2.7亿吨煤的排放量。1吨溶剂型树脂改为水性后，VOCs等有害挥发物的排放量能降低至原来的十几分之一。罗运军表示，在国内，轨道车辆方面至今还在使用溶剂型涂料。地铁、高铁、大铁路、城轨等轨道交通车辆每年用漆在4万吨左右，加上兑稀用的稀释剂，每年排放到大气中的VOCs不低于2万吨。在合成革方面，目前中国合成革产量占世界总产量的70%以上，每年合成革的表面涂饰生产过程大约使用100万吨涂饰剂，其绝大多数为对环境和人体有极大危害的溶剂型聚氨酯。水性涂料的使用能有效降低或避免高污染合成革生产企业对环境的污染，但这些领域即使少量应用的环保型涂料也是国外产品，我国缺乏具有自主知识产权的产品核心技术。因此，研究和开发高性能水性涂料技术是行业发展和技术进步所急需解决的问题。面对这种发展窘境，我国的科研工作者也在工业涂料水性化方面做出了一些研究成果及产业应用，但跟国外相比还有一定差距，整体的技术性能技术指标落后，缺乏相关高性能要求的标准。其主要原因在于高性能水性涂料的关键核心技术并未掌握，相关的合成制备过程控制机制更加欠缺。国内的研究内容主要停留在水性涂料配方的改进；而国外研发主要是围绕高附加值树脂进行开发，如增加抗污性能，提高耐磨、抗擦伤性，抗腐蚀性等；并且可以对合成结构及路线进行有效的控制，能更好地利用结构与性能的相互关系来制备高性能的水性涂料。因此，“绿色水性工业涂料与涂装技术研究及产业化”项目旨在突破目前我国高性能水性涂料的技术瓶颈，通过深入研究水性涂料的成膜物质——树脂合成过程中的分子结构设计与性能的关系以及水性涂料的涂装技术——涂装设备、工艺与性能的关系等，以研发高性能水性环氧或水性聚氨酯树脂为基础，开发纳米杂化的防腐防锈颜料剂等功能成分，制备高性能轨道车辆用水性聚氨酯面漆、中涂漆及水性环氧底漆，石油套管防腐涂料，水性皮革涂饰等，并研制适合水性涂料涂装的工艺装备和条件。最终实现系列高性能水性工业涂料规模化制备及应用示范，从而改善我国目前高端水性工业涂料主要依赖进口的现状。

四课题聚焦三领域  
    “绿色水性工业涂料与涂装技术研究及产业化”项目下设四个子课题，实施过程中将形成科研机构-企业-用户三方联动的合作模式，由优美特（北京）环境材料科技股份公司（以下简称公司）联合北京理工大学、中国科学院过程工程研究所、哈尔滨工业大学及北京化工大学等国内绿色水性环保涂料优势研发单位展开攻关.课题一针对轨道车辆用溶剂型产品VOCs排放严重，而目前水性聚氨酯面漆的防腐及耐候性能较差，中涂漆与底漆和面漆结合能力弱，难以满足实际使用要求的问题。课题拟研制具有自主知识产权的高性能水性聚氨酯面漆与中涂漆，完成水性涂料涂装试验，满足轨道车辆（如高铁、地铁等）要求的性能指标，替代正在轨道车辆涂装中使用的溶剂型面漆和中涂漆并实现规模化生产和应用，完成水性涂料的涂装工艺、涂装规范的制定。课题二针对不同材质（铝合金、不锈钢等）及表面处理方式，研制两种以上具有自主知识产权的高性能双组份水性环氧防腐底漆，满足轨道车辆（如高铁、地铁等）要求的性能指标，替代正在轨道车辆涂装上使用的溶剂型产品，并实现规模化生产和应用。课题三针对石油套管储存及使用过程中易被氧化、腐蚀的问题，通过对水性环氧树脂基料的有机接枝改性与工艺优化，制备具有优异防腐性能的水性环氧树脂涂料及具有优异防腐防锈性能的纳米材料，完成防腐防锈涂料的原位纳米杂化及性能调控，实现水性环氧基料及纳米复合材料的中试放大及产业化应用。课题四针对目前合成革用溶剂型聚氨酯表处剂污染环境、能耗高、操作工艺复杂等问题，通过表处剂基础树脂设计与制备以及超支化水性聚氨酯共混技术、后扩链技术，解决现有水性聚氨酯表面处理剂耐水、耐溶剂、耐磨、耐刮等性能无法满足高档汽车革合成革表面处理特殊功能需求的问题，突破规模化制备水性聚氨酯表处剂的技术瓶颈，促进水性表处剂在合成革上的推广应用，推进高档汽车用合成革的清洁化生产进程。项目完成后将建成4条年产5000吨的水性涂料生产线，申请9~15项相关技术发明专利，制定相关行业标准3项，企业标准2项。形成的水性涂料制备技术，有望在三个领域规模化应用，替代正在使用的传统溶剂型涂料，对传统涂料向绿色化、高性能化转型起到示范作用。