绿色环保溶剂在涂料工业中的应用与展望

0 前 言

溶剂型涂料是以有机溶剂作为成膜物分散介质的涂料，随着经济的发展和社会的进步，人们对生活用品环保需求的急剧提升，以及对涂料品种花色要求越来越多、性能要求越来越高，在此背景上，溶剂型涂料产品所用溶剂的环保性能越来越受到人们的关注。此外煤化工技术的高速发展，为涂料用溶剂材料的合成提供了众多原料，也促进了涂料用环保溶剂的高速发展。全球涂料行业的蓬勃发展同时也给环保、节能减排带来了巨大的压力。2009年我国涂料产量755万t，其中溶剂型涂料250万t左右，占比达到30%以上，这些溶剂大都为苯、酮及醇类化学品，挥发后带来较大的环境危害。随着社会的进步和人们生活水平的提高，采用绿色环保溶剂取代有毒有害溶剂，已成为涂料行业和科技工作者普遍关心的问题。

1 国内外涂料工业关于VOC与HAPs控制现状

在常规液态涂料中，溶剂约占总体积的30%～50%。溶剂在涂料中的主要作用有：溶解、分散涂料中的树脂，并调节其黏度和流变性，使其易于涂装；增加涂料贮存稳定性；改善涂膜外观，如光泽、丰满度等；增加涂料对被涂基材的润湿性，提高附着力；实现合理的挥发速率，赋予涂料最佳的流动性和流平性。溶剂型涂料以其性能和施工优势仍在涂料领域中占有相当重要的地位。但是这些溶剂通常为甲苯、二甲苯、芳烃、酮类，在生产、施工、处理过程中溶剂的释放具有较高的生理毒性，对环境造成污染，并且溶剂挥发也浪费资源和能源。

美国EPA1998年确定IM涂料VOC限量为450 g/L并延用至今，而欧盟对工业涂料VOC设限分两期，即2007年10月和2013年，分别为420～450 g/L和300 g/L。我国至今只有2001年制定、2008年修订的室内装饰装修材料关于木器涂料和内外墙涂料的VOC限量标准，其中硝基涂料为700 g/L、聚氨酯涂料为600 g/L、丙烯酸和醇酸涂料为500 g/L。显然与发达国家差距较大，并且至今尚无IM涂料的VOC限量标准。2009年5月由国家环境保护部颁布了涂料环境标准《环境标识产品技术要求防水涂料》对挥发性有机化合物、放射性物质、甲醛、苯、苯类溶剂、固化剂中游离甲苯二异氰酸酯等物质提出了限值要求。

美国1990年还出台的有HAPs (有害空气污染物)法规，规定了溶剂可使用的品种，即HAPs法规豁免的只剩下乙醇、异丙醇、丙二醇醚和一缩乙二醇醚、醋酸丁酯和叔丁酯、丙酮、甲戊酮、脂肪烃等十余种溶剂。近几年通过国家强制性标准的实施，同时也加强了市场的监控力度，如GB18581-2009《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》标准中规定，在聚氨酯类涂料、硝基类涂料和腻子中甲苯、二甲苯、乙苯三苯含量总和≤30%，醇酸类涂料中三苯含量则要≤5%；在聚氨酯类涂料、硝基类涂料、醇酸类涂料和腻子中纯苯含量≤0.3%；甲醇含量在聚氨酯类涂料、醇酸类涂料中没有限制，但是在硝基类涂料和硝基类腻子中含量≤0.3%。在此基础上，我国在环境保护方面取得了一定的成效，但是传统的高VOC的涂料仍占据着主要市场，其总量不少于100万t，其VOC一般高于550 g/L，与发达国家现在要求的420～450 g/L的差距还很大。

 

2 绿色环保溶剂在涂料工业中应用进展

涂料的发展一方面取决于其他绿色环保涂料的发展推广速度，另一方面则取决于溶剂型涂料自身的进步，即发展高固体分涂料和用低毒溶剂代替有毒有害溶剂。涂料朝着水性、高固体分、光固化、粉末、无溶剂等绿色环保涂料方向发展。而我国的溶剂型涂料则占总量50%以上，选用低毒无毒溶剂替代有毒有害溶剂，减少污染，是我国涂料生产企业和工作者重点研究的方向。

2.1 选用丙二醇醚及其酯类替代乙二醇醚及其酯类溶剂

自1982年欧洲化学工业和毒理中心(ECETOC)发表了有关乙二醇醚产品的毒性研究报告之后，乙二醇醚类产品使用受到了限制。美国国会在1990年列出了将要减少使用危害空气污染物(HAP)清单。其中包括甲基异丁基酮(MIBK)、乙二醇单丁醚(BCS)、芳烃、甲醇、乙二醇及乙二醇醚等。HG 457-2009《环境标志产品技术要求防水涂料》中对防水涂料中乙二醇醚及其酯类、邻苯二甲酸酯、二元胺、烷基酚聚氧乙烯醚、支链十二烷基苯磺酸钠烃类、酮类、卤代烃类溶剂提出了不得人为添加的要求，丙二醇醚及其酯类溶剂系列因其毒性低，物理化学性质与乙二醇醚系列相似(乙二醇醚和丙二醇醚的毒性比较及理化性质见表1、表2)，近来在许多领域正逐步替代乙二醇醚系列溶剂。虽然国际市场上二元醇醚的消耗量逐年增加，但在大多数地区，乙二醇醚系列的生产和消费呈持平略有下降趋势，而丙二醇醚系列上升较快。