环境友好型涂料的开发：新型成膜物质的筛选与性能优化

摘要：随着环保意识的增强，环境友好型涂料的开发成为涂料行业的重要发展方向。本文聚焦于新型成膜物质的筛选与性能优化，详细介绍了环境友好型涂料的背景及意义，阐述了新型成膜物质筛选的原则与方法，对常见新型成膜物质进行了分类讨论，并深入探讨了性能优化的策略与实际案例。通过研究，旨在为环境友好型涂料的进一步发展提供理论支持与实践指导，推动涂料行业朝着绿色、可持续的方向前进。

关键词：环境友好型涂料；新型成膜物质；筛选；性能优化

涂料作为一种重要的材料，广泛应用于建筑、汽车、船舶、家具等众多领域，对物体起到保护、装饰及特殊功能赋予的作用。然而，传统涂料在生产、使用过程中常释放大量挥发性有机化合物（VOCs），对环境和人体健康造成严重危害。例如，VOCs 会在大气中参与光化学反应，形成臭氧等二次污染物，加剧雾霾等环境污染问题。同时，部分涂料中的重金属等有害物质也会对土壤、水体等生态环境造成长期污染。在全球倡导绿色发展、可持续发展的大背景下，环境友好型涂料应运而生。环境友好型涂料要求在整个生命周期内，尽可能减少对环境的负面影响，同时保证涂料具备良好的性能。而成膜物质作为涂料的关键组成部分，对涂料的性能起着决定性作用，因此新型成膜物质的筛选与性能优化成为开发环境友好型涂料的核心任务。

一、新型成膜物质的筛选

（一）筛选原则

选取无毒且能够生物降解的材料是较为合适的做法，像天然聚合物当中的淀粉、纤维素就很不错，要尽量避免去使用那种有可能会释放出有害物质的合成聚合物PVC。材料自身需要拥有良好的成膜特性，要有比较高的附着力，还得具备耐候方面的性能以及耐腐方面的性能，唯有如此，才能够较好地适应各种各样不同的环境状况。并且，在选择材料的时候，要优先去考量那些成本比较低且来源相当广泛的材料，通过这样的方式来达到降低生产成本的目的，进而提升在市场当中的竞争力，有力地推动环境友好型涂料能够更加广泛地普及开来。就比如说，利用植物油脂来制备的成膜物质，其成本效益方面的表现就是很不错的。

（二）筛选方法

查阅诸多相关的文献资料，对成膜物质所具备的特点、呈现出的优势以及存在的各类问题予以总结归纳。就拿水性聚氨酯来讲，它带有柔韧性这一特性，同时还具备不错的耐磨性以及耐水性，正因为如此，它受到了极为广泛的研究与应用。着手设计相关的实验，以此来对成膜物质的各项性能展开测试，这里面涵盖了成膜之后所呈现出的效果、其附着力的情况、在耐候方面的表现以及耐腐蚀性的状况等。在对所获取到的数据加以细致分析之后，从中筛选出那些性能表现颇为优良的成膜物质。

二、常见新型成膜物质

（一）水性聚合物

水性丙烯酸树脂具备耐候、耐光的特性，且保色效果佳，所形成的膜硬度颇高，光泽方面表现也不错。其在建筑、汽车涂料领域有着广泛的应用。就拿建筑外墙涂料来讲，它能够让颜色始终保持鲜艳，有着不错的抗紫外线能力，并且耐洗刷。不过，其合成虽相对简单，但低温成膜性能还有待进一步提升加以改善。水性聚氨酯则有着柔韧、耐磨以及耐水的特点，而且附着力很强。它适用于木器、皮革涂料方面。比如在木器家具涂装过程中，它能够赋予物件耐磨性，使其呈现出一定的光泽，同时还能保持天然的质感。其制备方法多种多样，相应的性能也能够进行调控。只是其成本相对偏高，这在一定程度上限制了它的应用范围。

（二）天然聚合物

淀粉的来源颇为丰富，其价格也相对低廉，并且具备良好的生物降解特性。在经过改性处理之后，它在成膜方面以及耐水性能上能够得以改善，有着潜在的应用价值，可被应用于食品包装涂料领域。就拿淀粉基可降解涂料来说，它能够对食品起到保护作用，而且在使用后可自然分解，如此一来便能够减轻环境所承受的压力。未经过改性处理的淀粉，其膜层往往比较脆，在机械性能方面表现得较差。纤维素则有着较高的强度以及较大的模量。像羟丙基甲基纤维素这类纤维素衍生物，可用于涂料的成膜环节。它能够对建筑内墙涂料的流变性加以改善，进而提升施工性能以及耐擦洗性能。其原料属于可再生资源，较为环保，只是改性的过程相对复杂，所需成本也比较高。

（三）无机 - 有机杂化材料

无机 - 有机杂化材料把无机材料的硬度、耐腐蚀性以及有机材料的柔韧、成膜性等特点融合在了一起。就拿硅丙杂化材料来说，它是通过溶胶 - 凝胶法来制备的，可应用在金属表面进行涂装，有着耐腐蚀的特性，而且其附着力也很强。在这种杂化材料里，无机硅氧烷能够给予硬度以及化学稳定性方面的保障，丙烯酸酯则为其赋予了柔韧性与成膜性。在制备的时候，务必要精确地把控好反应条件，以此来保证材料能够均匀混合，并且拥有稳定的结构。

三、性能优化策略

（一）共混改性

把两种或者多种不一样的成膜物质拿来共混，借此让它们各自的长处得以施展，去填补单一成膜物质所存在的欠缺之处。例如，把水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯放在一起进行共混的时候，丙烯酸树脂所具备的高硬度以及不错的耐候性，是能够和聚氨酯的柔韧性还有耐磨性相互配合起来的，如此一来便能够制作出在性能方面更加完善的涂料。在进行共混操作之时，得要考量这两种成膜物质彼此之间的相容性问题，可以通过添加相容剂或者对共混比例加以调整等一些方式方法，来提升共混体系的稳定程度，从而保证涂料性能能够保持一致。另外，共混改性还可以引入一些功能性助剂，比如抗紫外线剂、阻燃剂等，进一步增强涂料的综合性能。

（二）纳米技术应用

把纳米粒子引入进来，以此对成膜物质加以改性。纳米粒子有着独特的小尺寸效应，还有表面效应以及量子尺寸效应，这些效应能够在相当程度上改善涂料的各项性能。就比如说，往涂料里添加纳米二氧化钛的话，就可以让涂料的耐候性得以提高，并且其抗菌性能也能有所提升。纳米二氧化钛是能够对紫外线进行吸收的，随后会将吸收到的紫外线转化成无害的能量，这样一来便能够保护涂层不会受到紫外线的破坏。与此同时，纳米二氧化钛表面存在的活性位点还能够针对细菌等这类微生物起到抑制的作用，甚至还能将它们杀灭掉。在往里面添加纳米粒子的时候，有个必须要解决的问题就是纳米粒子的分散问题，可通过超声分散的方式，或者采用表面改性等一些方法，以此来保证纳米粒子可以在成膜物质当中均匀地分散开来，进而充分地将其性能方面的优势发挥出来。

（三）交联固化

借助交联反应这一方式，于成膜物质分子相互之间构建起化学键，如此一来，膜层的交联密度便能够得以提升，进而使得涂层在硬度方面、耐磨性能方面以及耐化学腐蚀性能等诸多方面的表现均能有所改善。比如，在水性聚氨酯涂料当中，添加上诸如氮丙啶类、碳化二亚胺类之类的交联剂，在完成涂装操作之后，凭借交联反应的作用，促使聚氨酯分子链彼此之间实现相互连接，进而形成一种三维网状的结构形式。而交联反应所涉及的各项条件是务必要严格加以把控的，这里面涵盖了交联剂的具体用量、反应时的温度以及所花费的时间等等要素，只有这样才能保证交联的程度处于适中的状态，防止出现因交联过度而致使涂层变得脆弱易碎的情况发生。

四、实际案例分析：环境友好型水性基础固结胶的开发与应用

（一）案例背景

在中建二局第三建筑工程有限公司的 “年产 3 万吨胶粘剂新材料系列产品项目” 及 “康达化工胶黏剂及上下游新材料项目” 中，自主研发的水性基础固结胶（WD-JG-317）成功应用于建筑防水工程。该材料为双组份聚合物改性环保涂料，契合绿色建材发展趋势，适用于屋面、地下室、桥梁、地铁等场景，有效攻克了传统防水材料因基材疏松、含水率高导致起鼓、脱落的难题。

（二）技术特点与创新

1.环境友好性：采用水性体系，实现低 VOC 排放，完全符合国家环保政策及绿色建筑标准要求。

2.性能优化：通过对新型成膜物质的筛选与优化，该材料能够增强混凝土基材密实度，降低含水率，抑制虹吸现象，显著提高防水层附着力；同时，可适用于复杂基面，包括疏松混凝土、潮湿环境等，支持湿带湿施工，干燥速度快，表干仅需 2 小时，实干 24 小时。

3.施工便捷性：科学的 AB 组分配比（A：B： 水 = 2：1：39），合理的耗漆量（810㎡/kg），支持连续施工，大幅提升工程效率。

（三）应用场景与成果

该水性基础固结胶在屋面防水、地下室防渗、桥梁防腐、地铁隧道防水等领域广泛应用，成功解决传统防水材料易失效的问题，显著延长防水层寿命。在项目实践中，有效降低渗漏风险，提升建筑耐久性，完美契合本文关于新型成膜物质筛选与性能优化的研究目标，为涂料行业绿色转型提供了极具价值的实践参考。

从研发角度来看，此产品由康达新材市场部绿能建筑材料部防水涂料研发与销售负责人主导研发。通过创新采用双组份聚合物改性技术，打造出这一环保型防水涂料，不仅符合国家绿色建材认证标准，更推动了建筑防水材料向低碳化、高性能化升级；在技术突破上，成功解决了基材疏松、含水率高导致的起鼓、脱落问题，将建筑防水工程可靠性提升 30% 以上。

在项目对接与落地方面，作为技术销售负责人，全程深度参与中建二局第三建筑工程有限公司两大标杆项目。在 “年产 3 万吨胶粘剂新材料系列产品项目” 中，完成材料选型、技术方案定制及施工指导，实现产品在屋面、地下室等场景的规模化应用；在 “康达化工胶黏剂及上下游新材料项目” 中，推动 WD-JG-317 在地铁、桥梁等复杂场景的首次应用，拓展了产品应用边界。两大项目累计创收超 5000 万元，客户复购率高达 85%，稳固了公司在建筑防水领域的市场地位。

在市场价值与行业影响层面，该产品推动 WD-JG-317 成为行业标杆，年销售额增长率稳定保持在 25% 以上，助力公司绿能建材板块营收占比提升至 40%。通过技术宣讲、参与 2 项行业标准修订等方式，强化与头部建筑企业合作，产品覆盖全国 20 + 省市重点工程。同时，建立 “研发 - 应用 - 反馈” 闭环机制，基于客户场景痛点完成 3 次产品迭代，客户满意度达 95%。

（四）创新亮点

1.环保性：VOC 含量低于国标 50%，荣获中国环境标志认证，入选多省市绿色建材推荐目录。

2.普适性：适配混凝土、金属、砂浆等多种基材，应用场景覆盖基建、市政、民用建筑全领域。

3.长效性：通过 5000 小时耐候性测试，防水寿命延长至 15 年以上，降低全周期维护成本 40%。

结论

开发环境友好型涂料是涂料行业可持续发展的趋势，关键在于筛选和优化新型成膜物质。结合文献调研和实验，可选出有潜力的物质如水性聚合物、天然聚合物和无机-有机杂化材料。这些物质虽有优势，但需改进。通过共混改性、纳米技术和交联固化等策略，可提升性能，制备出性能优异的涂料。未来需深入研究物质的结构与性能关系，开发更高效、环保、低成本的成膜物质和优化方法，以推动涂料在更多领域的应用，为环境保护和人类健康作贡献。

参考文献：

[1]张悦，谢丹，陈昌正，等.光固化季铵盐体系抗菌涂层的制备及性能研究[J].涂料工业， 2024， 54（6）：52-59.

[2]王少芹，赵新新.SiO2气凝胶复合材料在节能领域中的应用[J].信息记录材料， 2024， 25（11）：33-35.