水性涂料研究进展
摘 要：总结了环境友好的三类绿色涂料：水性聚氨酯涂料、水
性环氧树脂涂料和水性紫外光固化涂料的研究进展。
关键词：水性聚氨酯涂料 水性环氧树脂 水性紫外光固化涂料
随着国民经济的迅速发展，涂料的需求将逐年增加。但是由于涂料
中的voc对大气的污染，严重损害了人类的生态环境。许多国家对
溶剂涂料的限制越来越严格，因此涂料的无污染化显得尤为重要，
开发无污染的绿色涂料刻不容缓。[1]
一、常见的水性涂料及其进展
水性涂料以水为分散介质和稀释剂，与溶剂型和非水分散型涂料相
比较，最突出的优点是分散介质水无毒无害、不污染环境，同时还
具备价廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点。水性涂料中最常
见的三大类是水溶性紫外光固化（uv）涂料、水溶性环氧树脂和水
溶性聚氨酯涂料。
1.水性聚氨酯
水性聚氨脂涂料包括水溶性型、水乳化型、水分散型。按分子结构
可分为线型和交联型，都存在单组分与双组分两种体系。水性聚氨
脂涂料除具备溶剂型聚氨脂涂料的优良性能外，还具有难燃、无毒
无污染、易贮运、使用方便等优点。[2]
1.1单组份水性聚氨酯涂料
单组分水性聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料，具有很高的
断裂延伸率（可达800%）和适当的强度（20 mpa），并能常温干燥。
美国olin公司最近研制出使用尿丁酮作为内交联剂的新技术。采
用该技术能够制得稳定的乳胶体系，其乳胶颗粒中的聚氨酯骨架中
含有尿丁酮基。控制这种使用内部交联剂技术的辅助交联度的因素
有：1）聚氨酯骨架中尿丁酮的量；2）外加二元胺的量；3）尿丁
酮进入结构中的位置。当过量的二元胺迁移到乳胶颗粒中，与尿丁
酮反应形成缩二脲键时，能诱发辅助交联反应。这种辅助交联反应
发生在乳胶颗粒内，它增大乳胶颗料中聚氨酯链的分子量而
不影响乳胶的稳定性，这就很好地克服了当前单组分水性聚氨酯涂
料所存在的硬度低、耐水性和耐溶剂性不良的缺点。[3]
1.2双组份聚氨酯水性涂料
同溶剂型双组份聚氨酯涂料一样，水性双组分聚氨酯涂料也是由含
有活泼异氰酸根的固化剂组分和含有可与异氰酸根反应的活泼氢
（羟基）的水性聚氨酯组分组成，其中水性聚氨酯组分一般为胶态
分散体（部分溶于水）。
当上述两个组分混合后，固化剂组分中的异氰酸根不可避免地会与
水性聚氨酯组分中的水起反应，这曾被认为是水性双组分聚氨酯涂
料制备中难以解决的问题。但研究表明，异氰酸根与羟基和水的反
应速度要小于水的蒸发速度。mdi与h2o混合的前15 rain内没有
明显的反应。在24℃下保持4 h，mdi与水的反应也只有5% ，20 h
以后也只有25%的反应，可是一般水在l h内就可以蒸发，所以，
在水性双组分聚氨酯涂料中，虽然水是过量的，但漆膜中异氰酸根
仍以与羟基的反应为主。
2.水性环氧树脂涂料
水性环氧涂料既具有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、
物理机械性、电气绝缘性，又有低污染、施工简便、价格便宜等特
点。环氧树脂的水性化技术可分为乳化法和成盐法两种方法。乳化
法是环氧树脂直接乳化或乳液聚合，可以分为直接乳化法、相反转
法、自乳化法和固化剂乳化法；成盐法是将环氧树脂改性成含富酸
或富碱基团的树脂，再用小分子量的酸或碱中和成盐，有醚化反应
型、酯化反应型和接枝反应型3种。
目前，市场上广泛应用双组分常温固化水性环氧涂料体系。主要由
两部分组成：1）疏水性的环氧树脂，以分散相形式存在；2）亲水
性的胺类固化剂，以连续相形式存在。在涂料的成膜过程中涉及到
疏水性的树脂粒子的扩散、聚结，以及亲水性的胺类固化剂进入到
树脂相的过程。树脂与固化剂之间的溶解度参数匹配性是影响这一
过程的重要因素。[4]
3.水性紫外光固化涂料
水性uv固化涂料一般由水性uv树脂或预聚体、光引发剂、添加剂
和水组成。与传统的溶剂型uv光固化涂料技术相比，水性光固化
涂料主要有如下优点：不必借助活性稀释剂来调节粘度，可解决voc
及毒性、刺激性的问题；易于得到光固化前的无粘性干膜，尤其对
以中、高分子量聚合物为基料的涂料，保证了固化膜的光洁度，简
化了防尘操作；可降低固化膜的收缩率，尤其对以中、低分子量聚
合物为基料的体系，有利于提高固化膜对底材的附着性；可得到薄
膜型固化膜；固化前干膜的机械刮伤易于修补；可用水或增稠剂方
便地控制流变性。便于喷涂；设备、容器等易于清洗；降低了涂料
的易燃性。
3.1水性uv固化树脂和预聚体
水性uv固化树脂和预聚体是水性uv固化体系最重要的组份，它决
定固化膜的硬度、柔韧性、强度、粘附性、耐磨性、耐腐蚀性等，
对uv固化的灵敏度也有影响。水性uv固化涂料用的树脂可分为水
溶性树脂（非离子型、阴离子型）、水乳液型、水分散型。水性光
固化涂料的基料多以常用树脂进行不饱和官能化而得。常用基料树
脂有如下几类：
3.1.1不饱和聚酯
m.j.dvorchak等人报道了一种不需要使用苯乙烯等交联单体的非
离子型自乳化的水性不饱和聚酯（wr—upe），烯丙基醚作为光固化
基团。聚醚a，b的通式如下：
聚酯a：tmp diallyl ether-[maleic acid-diolmaleicacid]-tmp
diallyl ether
聚酯b：tmp diallyl ether-f maleic acid-polygtyol-maleic
acid]-tmp diallyl ether
tmp联丙烯醚：ch ch2-c（ch2och2-ch=ch2）2-ch2oh
聚酯a和b不必分别合成，可同时使用二醇和聚乙二醇与马来酸酐
反应，得到聚酯二酸后再与三羟甲基丙烷二烯丙基醚进行酯化。该
树脂可直接加水乳化，其涂膜经预干后可用通用的光引发剂进行紫
外固化，可用作清漆及颜料。
3.1.2聚氨酯丙烯酸酯
该产品是目前研究得最多的体系。与溶剂型聚氨酯丙烯酸酯的差别
仅在于如何在分子中引入亲水性的基团，例如采用2，2一二羟甲
基丙酸（dmpa）作为二醇的组分之一与二异氰酸酯反应，产物再用
丙烯酸酯化。用胺或氨水中和即可将树脂溶于水中。
3.2引发剂
除了与溶剂体系所用的光引发剂在吸收性质、不变黄等方面的要求
相同以外，用于水性体系的光引发剂还必需具有与水性环境一定的
相容性以及低的挥发性，后一要求是为了在涂膜预干燥时仍能保持
所需的浓度，在这方面，含离子基团者较好。带多羟基的硫杂蒽酮
具有一定亲水性，适合于着色光固化水性体系。也可以通过表面活
性剂将通用的油溶性光引发剂分散于水中，这特别适用于水分散体
系或乳液体系。[1，5]
二、展望
由于溶剂型涂料对于人类自身及生态环境的严重威胁日益明显，绿
色涂料代替溶剂型涂料成为必然。而水性涂料具有经济、节能、环
保和安全的特点，符合时代发展的要求。它的开发和推广将是2l
世纪涂料的主要方向。
参考文献
[1]庾光忠.水性涂料的研究进展.化工科技市场. 2006，29（4）
14-17.
[2]夏赤丹， 周福香， 肖莹。水性涂料工业的进展.江汉大学学报
（自然科学版），2004，32（1）30-33.
[3]宣兆龙，易建政，杜仕国.水性聚氨酯涂料的研究进展[j].化工
新型材料，27（7）：20-2.
[4]张黎，舒武炳.水性环氧树脂体系的研究进展[j].涂料工程，
2000（8）：28-30.
[5]孟庆飞.紫外光固化水性涂料的研究进展[j].安徽化工.2002，
118（4）：17-l8.