在当今环保意识日益增强的时代,涂料行业正经历着深刻变革,水性涂料凭借其环保优势,成为市场瞩目的焦点。2025年,水性涂料行业在技术创新与市场拓展方面取得了显著进展,不过也面临着诸多挑战。从市场数据来看,其应用范围不断扩大,市场规模持续增长,预示着广阔的发展前景。但与此同时,技术瓶颈和应用限制等问题,也在一定程度上制约着行业的进一步发展。
《2025-2030年全球及中国水性涂料行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出,水性涂料近年来备受关注,然而,在发展过程中也面临一些技术难题。由于亲水性基团的加入,漆膜在形成时,非均相间的相互交联固化会导致漆膜在耐水性、耐腐蚀性等方面表现不佳,涂层还容易出现闪锈、针孔等问题。随着应用场景变得更加复杂,水性涂料在使用标准和品质要求上也面临更大挑战。目前,研发高性能水性防腐涂料,提升施工性能以适应更多施工环境,成为水性涂料研究的关键方向。
环氧树脂是水性环氧涂料的主要成膜物质,其结构中的极性官能团使其对基材有较强附着力。为提升水性环氧涂料性能,主要从以下几方面进行改进。一方面,添加阻隔性材料延长腐蚀因子的腐蚀路径,比如石墨烯纳米材料。石墨烯的二维片层结构能延缓金属腐蚀,但它的导电性和疏水性存在缺陷。经过结构修饰后,它能更好地分散在水性环氧涂料中,有效提升涂层的耐蚀性。除石墨烯外,像改性蒙脱土、修饰后的 \(SiO_{2}\) 助剂等也被应用到水性环氧涂料中,增强其性能。另一方面,加入功能性助剂解决漆病问题,如添加有机锌螯合物类型的闪锈抑制剂提高防闪锈性,加入消泡剂改善消泡和光泽度。此外,对主要防腐成分进行改性,像用钼酸锌改性防锈颜料磷酸锌,能进一步增强涂料的防腐性能。
水性无机富锌涂料的成膜物质通常是无机硅酸盐,其交联固化过程是活性硅酸与锌粉、铁原子络合,使漆膜与钢结构表面紧密结合。当前研究主要以钾、锂及钠硅酸盐为成膜物质,并对其进行改进。例如,通过制备高模数硅酸钾成膜物质,复配聚二甲基硅氧烷分散体,可有效改善涂料的耐水性能。利用还原氧化后的石墨烯改性,能显著提高涂层的耐腐蚀性。还有将电气石粉引入成膜物质,或者合成新型有机成膜物质硅丙乳液加入无机硅酸钾溶液中,都能制备出性能更优的水性无机富锌涂料。
水性丙烯酸树脂涂料的主链结构决定了它具有良好的化学稳定性,常被用作面漆涂层。在改性研究方面,主要通过改变乳液组分、引入功能性助剂来提高涂料的交联反应性和交联密度。比如采用有机硅改性丙烯酸酯乳液,加入水性助剂,能使涂层在硬度、附着力等方面表现出色。添加改性后的纳米氧化铝颗粒、利用二氧化硅纳米粒子与丙烯酸酯类单体聚合,都可以有效改善水性丙烯酸树脂涂料的性能。
水性聚氨酯涂料因优异的耐候性常用于面漆涂层,但双组分水性聚氨酯涂料固化时,固化剂与水的副反应会产生二氧化碳气体,影响膜的外观和性能,还限制了复涂增加膜厚。为解决这些问题,主要采取纳米粒子填补缩孔、自修复破损涂层、改变合成原料等方法。例如,通过特定原料制备水性聚氨酯乳液,加入硫酸钡等助剂改善防水性能;将环氧树脂基水性多元醇与多异氰酸酯混合,加速交联反应,提升涂料在耐冲击、附着力等方面的性能。
尽管水性涂料在研究上取得了不少成果,但在大型钢结构桥梁行业,它还未能实现规模化应用。
钢结构桥梁所处环境恶劣,对钢材防护等级和涂料耐蚀标准要求极高。桥梁的腐蚀常发生在焊缝、孔隙等部位,容易出现点蚀、应力腐蚀等现象,这就要求涂料必须满足这些特殊部位的防腐需求。
水的特性使得水性涂料在应用时存在一些问题。与有机溶剂相比,水的蒸发潜热大、表面张力大等,导致水性涂料对环境温湿度敏感,施工窗口窄,对基材清洁度要求高,固化期间还易闪锈。现代钢桥制造周期长,这进一步限制了水性涂料在钢桥行业的应用。
随着钢结构桥梁的发展,水性涂料面临更多挑战。钢桥设计体量增大、跨度增加,施工时需要投入更多配套资源;架设环境愈发复杂严苛,对涂料耐蚀性和涂层配套体系的腐蚀环境等级要求更高;钢桥制造周期有限,涂装施工期限紧张,对水性涂料的施工性能要求也相应提高。
2025年,水性涂料行业在技术研发上成果丰硕,各类水性涂料在性能改进方面均取得一定突破。但不可忽视的是,目前部分水性涂料在应用防腐等级上仍不及溶剂型涂料,产品质量参差不齐,在钢结构桥梁等复杂应用场景中还存在诸多限制。对于钢结构桥梁行业而言,水性涂料要实现规模化应用,涂料开发者需紧密结合钢桥实际生产制造需求,加大对全配套水性涂层体系性能和应用的研究力度,重点攻克高腐蚀环境下的涂料性能难题,提高水性涂料的施工性能和适应性。 展望未来,随着技术的持续创新和对应用研究的深入,水性涂料有望凭借其环保优势,在更多领域实现广泛应用,推动涂料行业向绿色环保方向大步迈进。
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