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低碳绿色涂料产业发展趋势及前景分析重庆大学化学化工学院向斌教授、博士生导师xiangbin@cqu.edu.cn2014.1.11重庆市首届绿色建筑产业发展与商机论坛提纲一、建筑节能发展的巨大空间二、水性建筑涂料发展趋势与前景分析三、透明隔热涂料的研制一、建筑节能发展的巨大空间•能源趋于紧张及气候环境恶化，低碳、环保、节能减排成为全世界共同关注的话题，也是各国家和地区、各行各业经济发展的方向和目标。•社会总能耗的比例中，公共建筑和居住建筑占25%。建筑能耗（吨标准煤）建筑能耗（亿千万小时）建筑总耗能2005年2009年577407852390621402836%54.8%￥5•窗户是建筑的重要组成部分，但窗户是建筑绝热的薄弱环节，据一般统计,夏季通过玻璃窗入射的热量占制冷机的最大负荷的20％~~30%。冬季通过玻璃窗的热损失约占供热负荷的30％~~50％，我国建筑能耗的1/2是通过建筑外门窗损失掉的，所以应重视建筑窗户的节能研究。我国现实的情况与国家标准现定值还有很大的差距，与先进国家相比差距更大。我国的外墙传热系数比国外高4-5倍，屋顶高2.5-5.5倍，窗户高1.5-2.2倍，节能任务非常艰巨。采暖期平均耗能（W/M2）建筑节能设计标准前建筑节能设计标准后相同气候条件其他国家30.120.611北方采暖每年多耗标准煤1800万吨经济损失70亿元•《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》提出，到2020年，绿色建筑占新建建筑比重超过30%，建筑建造和使用过程的能源资源消耗水平接近或达到现阶段发达国家水平。•我国既有建筑总规模即将超过500亿平方米。按每年新建约20亿平方米建筑计算，2020年必将超过600亿平方米，而既有建筑中绝大部分是高耗能建筑•建筑节能，或者说绿色建筑，从上世纪90年代开始，仅限于在北京、天津、重庆、沈阳就做了一些示范项目8•美国住宅建筑业协会近日提供的一组数据显示，美国绿色建筑材料正在以每年11%的增长率递增，到2017年产值将达866亿美元，在新材料行业中排名第三，仅次于航空航天、电信领域新材料。•我国公共建筑(含商业运营、办公楼、酒店、影剧院等)装饰的更新周期大约为5—8年，家庭住宅装饰的更新周期为8—12年;公共建筑进行二次装饰装修的比例为80%—100%，家庭住宅进行二次装饰装修的比例为50%—80%。我国上世纪末、本世纪初的建成面积将陆续进入二次装饰装修需求释放阶段，二次装修的市场空间十分巨大。22二、水性建筑涂料发展趋势与前景分析0%5%10%15%20%25%30%35%40%其他涂料卷材涂料船舶涂料汽车涂料工业防护涂料木器涂料粉末涂料溶剂型建筑涂料水性建筑涂料2012年中国各类别涂料产量分布图2009201020112012755万吨966万吨1079.54万吨1271.87万吨•2012年全球涂料消费量的销售总额达到1200亿美元，产量3982万吨，涂布量增长了10%。亚太地区是全球最大的涂料消费市场，在2012年以42%的产量位居首位。中国占亚洲地区一半以上的消费。•全球建筑业的快速发展是涂料市场增长的关键因素之一。近几年，水性涂料和工业涂料在涂料市场占有率一直保持在65%以上。水性建筑涂料所占比重2012年提升2%，占整个涂料市场的38%，建筑涂料约480万吨•2012年，中国涂料行业总产量达1271.875万吨，同比增长11.79%，全球涂料最大生产国的地位中国建筑涂料技术的新进展建筑节能是我国节能工作的重点之一，而外墙外保温已成为建筑节能的主产品。纳米隔热保温涂料是以合成树脂乳液为基料，引进反射率高、热阻大的纳米级反射隔热材料，如中空陶瓷粉末、氧化钇等而制成的隔热保温涂料，具有较好的发展前景。将不同的隔热保温涂料和保温材料组合，制成既隔热又保温的外墙外保温系统，或制成以隔热为主的外墙外保温系统，是外墙外保温的发展趋势。乳液合成技术的新进展•成膜物的开发无皂乳液聚合技术（从根本上改进耐水性）自交联技术（改进涂膜硬度，增加耐沾污性和抗老化性）核壳结构与互穿网络技术（解决乳胶涂料低温成膜性和高温抗沾污性的矛盾及大幅度降低乳胶涂料的有机挥发物）多种功能团改性技术（如有机硅、氟改性，为不同性能要求的涂料配制提供黏结材料）乳液合成技术的新进展•颜填料的应用（超细填料、新的分散技术与设备）高剪切乳化系统取代常用的“高速搅拌分散——研磨——调整”的工艺流程连续流态工艺取代间歇工艺高性能助剂、高分散技术与设备的开发应用过去由于国内涂料厂家生产技术条件有限，对此不够重视或难以重视，近年已有较大改观；众多的国内外专业助剂生产公司大量推出助剂新产品，并为销售其产品而对涂料生产厂家大大加强了技术服务力度。涂料助剂要用得恰当，用得精，不能以简单的价钱、用量分好坏，要以恰到好处为原则。如何恰当使用需要精细的研究试验。建筑涂料的主要功能及特点类型主要功能特点外墙涂料装饰、保护装饰性好、耐候性好、耐沾污性能好、耐水性好、耐霉变性好内墙涂料装饰、美化施工性好、耐碱性好、耐洗刷性好、低温稳定性好、遮盖力好、低VOC含量地坪涂料防尘、耐磨、清洁、防潮耐碱性好、粘接性较好、耐水性好、耐擦洗性好、耐磨性好、抗冲击好、施工方便水性建筑涂料分类分类方式分类按成膜物质状态分水溶性涂料和水乳型涂料按涂料组成成分分有机建筑涂料和无机建筑涂料按涂料外观形态分液体建筑涂料和粉状建筑涂料按饰面的厚度分平壁饰面涂料、砂壁饰面涂料及立体花纹饰面涂料平壁饰面涂料平壁饰面涂料水溶性树脂涂料106内墙涂料803内墙涂料水分散性树脂涂料（乳胶漆）乳胶漆是将颜料、填料、助剂均匀稳定地分散于非均相乳状液中，形成双重非均相分散系统。目前，乳胶漆的技术正不断提高，市场不断扩大。砂壁饰面涂料•乳液系砂壁涂料是砂壁状涂料的重要组成部分。按粘结料和骨料的组成和搭配不同，分为硬质型和弹性质型。•硬质型乳液系砂壁涂料均是以乳液涂料或乳液作粘结剂，属装饰材料；而弹性砂壁状涂料，其作为粘结剂的乳液涂料和骨料都具有弹性，属装饰性防水涂料。其他水性建筑涂料•随着科学的发展，许多具有特殊用途、特别功能的专用涂料得到开发。•轻质吸音涂料：多孔状将声波能量转变为热能而吸收。•防结露涂料：防结露涂料的涂膜具有一定的厚度且多孔，内部联通的孔隙可容纳表面吸附的凝结水。•建筑防水涂料：将涂料单独或与胎体增强材料复合，分层涂刷或喷涂在需要防水处理的基层表面，在常温下形成连续、无缝、整体且有一定厚度涂膜防水层，达到防水抗渗要求。•防霉建筑涂料•阻燃防火涂料建筑防水涂料的发展趋势发展方面发展趋势主要成膜物构成焦油基或沥青基涂料→高聚物改性沥青、合成高分子、有机-无机复合涂料涂料技术性能提高各项性能及对基层伸缩或开裂变形适应性的涂料涂料固含量低固含量→高固含量涂料溶剂类型有机溶剂型→无溶剂或以水为分散介质的涂料涂料使用功能污染型和单一防水型→环保型并集多功能为一体的涂料施工技术手工涂刷、滚涂工艺→双喷头或多喷头喷枪等机械化或联动化工艺水性建筑涂料和溶剂型建筑涂料的主要区别涂料类型水性建筑涂料溶剂型建筑涂料组成和环保性水、乳液、颜填料和各种助剂树脂、颜填料、溶剂和各种助剂涂膜的物理化学性能水性建筑涂料的使用年限没有溶剂型涂料长，但水性涂料中也不乏一些高档次产品（如水性硅丙涂料、氟碳涂料等，使用寿命也可达到10-15年左右）。施工环境在5℃以上施工0℃也可以施工对基层的要求含水率应小于10％含水率应小于8％举个例子，领跑全国水性涂料行业的河北晨阳水漆生产的水性漆产品，与生产传统油漆相比每年可减少溶剂量10万吨，折合每年节约28.6万吨标准煤。折合减排二氧化碳71.5万吨，相当于10万辆小轿车二氧化碳的年排放量；减排二氧化硫2.2万吨；减排氮氧化物1.1万吨。水性有机建筑涂料的特性及其发展•水性有机建筑涂料的特性特性具体表现环保优势低VOC含量安全优势对健康和卫生影响很小，且运输、贮存和生产操作方便。成本优势减少了溶剂消耗，节省了原料成本和安全防范费用。性能缺陷成膜干燥性不佳，增加了防霉剂的使用。水性有机建筑涂料的特性及其发展•水性有机建筑涂料的发展水性有机建筑涂料的发展•高性能涂料的研制和应用（主要集中于外墙涂料和内墙涂料的个别品种。）•高性能外墙涂料的重点是高耐候性氟碳外墙涂料和有机硅-丙烯酸酯外墙涂料。•宁姣姣等[1]将自制的四元共聚氟碳乳液(FHLC)与纳米TiO2等其他组分进行复配，制备了水性氟碳涂料，涂层的力学性能及耐水、耐酸、耐碱、耐沾污和耐洗刷等性能均符合国家有关标准要求。•武德涛等[2]为了提高清水混凝土的耐腐蚀性，延长使用寿命，通过对氟碳树脂、填料、助剂等的研究和筛选，制备了一种性能优良、外观透明、防水耐候的水性氟碳清水混凝土保护涂料。全球氟碳涂料发展情况国外国内主要生产厂家年产量主要生产厂家年产量美国杜邦公司、英国ICI公司、法国阿托-菲纳公司、日本旭硝子和大金公司等3000t～2万t不等浙江巨圣氟化学、上海天原、上海三爱富、济南化工厂、化工部晨光化工研究院、阜新氟化学总厂600t～3000t不等[1]宁姣姣，安秋凤，吴婧.含氟乳液的合成及其水性涂料性能第二部分——水性氟碳涂料的制备及其性能[J].电镀与涂饰.2012(12):53-56.[2]武德涛，沙金，师华.清水混凝土水性透明氟碳涂料的配方研究[J].涂料技术与文摘.2013(04):11-14.有机硅-丙烯酸酯外墙涂料•有机硅-丙烯酸酯复合型建筑涂料简称硅丙涂料，其耐久性仅次于氟碳涂料。但价格比氟碳涂料低得多，因而应用量也大得多。•彭勇刚等[1]由八甲基环四硅氧烷(D4)与端基为乙烯基的硅烷偶联剂开环聚合,制得了乙烯基改性有机硅乳液，并作为种子乳液用于聚丙烯酸酯乳液的改性,制得了一种柔软性好、色牢度佳的涂料印花胶粘剂。•赵强等[2]以溶液聚合法合成了有机硅改性丙烯酸树脂,选择不同种类的硅单体进行实验，发现由接枝反应改性的有机硅丙烯酸醋涂料具有优良的性能。•研究发现[3]，有机硅改性丙烯酸树脂，不仅附着力增强，“热粘冷脆”，耐蚀和耐水性得到提高。而且还具有低的玻璃化温度和表面张力，特殊的耐温、耐候性等。[1]彭勇刚，周世香.核壳型有机硅-丙烯酸酯涂料印花胶粘剂的合成及应用[J].粘接.2008(09):23-26.[2]赵强，邱建辉，彭程.涂料用有机硅改性丙烯酸树脂的合成与研究[J].上海涂料.2007(02):4-6.[3]陈永军，候发秋，卿宁.丙烯酸酯涂料改性研究进展[J].材料导报.2013(S1):236-240.水性有机建筑涂料的发展•功能型建筑涂料发展迅速①弹性外墙涂料（普通型、自交联型等），能够涂装成平面和具有立体感的涂膜。②其它功能型涂料（水性环氧耐磨地坪涂料、释放负离子的功能涂料、新型无毒防霉涂料、能够调节环境湿度的乳胶漆、防氡抗菌复合涂料、太阳热反射弹性涂料等）•而目前改性非离子型水性环氧树脂体系的开发将成为水性环氧涂料领域新的研究热点。它通过含亲水性氧化乙烯链段的聚乙二醇或其嵌段共聚物上的羟基或含聚氧化乙烯链上的氨基与环氧基团反应成链，因不含阴/阳离子基团，故乳液对pH的变化适应性强，同时涂膜的柔韧性和耐水性也有较大的提升。•明杜等[1]以甲基四氢苯酐和聚乙二醇600为原料，合成了一种双端羧基化合物，再与环氧树脂反应，制成非离子型水性环氧树脂。研究发现：该水性稳定性较好，平均粒径为77nm，其涂膜的铅笔硬度为3H，并且附着力、耐水性、耐酸性和耐溶剂性等均佳。[1]明杜，舒武炳.一种非离子型自乳化水性环氧树脂的制备与性能[J].中国胶粘剂.2011(09):14-18.水性有机建筑涂料的发展•对水性建筑涂料应用技术的研究受到重视生产技术研究生产工艺质量控制配方设计原材料的应用计算机应用技术施工技术研究增强外墙乳胶漆早期抗水性仿金属幕墙涂料的施工适用性研究建筑节能外保温墙面涂料适用性研究无机建筑涂料的特性及其发展•无机建筑涂料具有资源优势和环保优势•例如无机硅酸盐类和硅溶胶类资源优势：原料资源十分丰富（天然矿石或金属氧化物等（石灰石、黏土、石英砂））。环