過去十年間，建筑涂料行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。今天，涂料行業(yè)的原材料構(gòu)成更為豐富、環(huán)境狀況以及特性也呈現(xiàn)出更多變化。這些變革是由于來自合成化學(xué)家、涂料生產(chǎn)商、終端用戶以及環(huán)境立法機(jī)構(gòu)的各種因素影響造成的。本文將對(duì)過去十年中發(fā)生的一些變化，以及未來的某些趨勢(shì)進(jìn)行一些探討。

水性與油/溶劑型

如果不先提及油性/溶劑型涂料向水性涂料的轉(zhuǎn)變，就無法對(duì)建筑涂料所發(fā)生的變化進(jìn)行探討。

在ACA和Chemquest發(fā)布的第9版ACA的工業(yè)市場(chǎng)分析報(bào)告中，他們?cè)趯?duì)整個(gè)美國建筑涂料市場(chǎng)進(jìn)行了分析，2014年溶劑型涂料為1.08億加侖，占7.2億加侖市場(chǎng)總量的15%（圖1）。

圖1 2011年和2014年溶劑型涂料產(chǎn)量對(duì)比

與之相比，2001年溶劑型涂料為1.14億加侖，占到4.93億加侖市場(chǎng)的23%。因此，人們可以得出這樣的結(jié)論，即盡管溶劑型涂料總體銷售量僅略有降低，但在龐大的整體市場(chǎng)中的比例卻進(jìn)一步下降了。事實(shí)上，如下所述，在美國的某些特定市場(chǎng)，因環(huán)境法規(guī)的限制，已經(jīng)很難繼續(xù)使用某些類型的溶劑型涂料了。但是溶劑型涂料市場(chǎng)份額的下降已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年，在某些地區(qū)及特殊應(yīng)用中仍然更加青睞于溶劑型材料。對(duì)于普通用戶而言，水性涂料具有安全、低氣味，易于用肥皂和水清潔等便利。

VOC含量

首款乳膠基水性涂料誕生時(shí)，其VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）比今天市場(chǎng)上同類產(chǎn)品的含量要高得多。即便是在2006年，水性建筑涂料的VOC含量平均值也要達(dá)到250g/L 的水平。許多這類涂料所用的樹脂要求使用溶劑，以便使乳膠顆粒形成一層漆膜。隨著法規(guī)促使VOC含量下降，一些新開發(fā)出的樹脂可以較少甚至完全不需要溶劑來形成漆膜。另外，還開發(fā)出了零VOC的成膜劑?？梢哉f，樹脂和涂料開發(fā)商肩負(fù)著探尋新道路的使命，需要開發(fā)成膜溫度 （MFFT）盡可能低的配方，同時(shí)又能保持干漆膜的硬度。

這項(xiàng)任務(wù)很具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榈统赡囟葮渲牟ＡмD(zhuǎn)化溫度更低，不含VOC的成膜劑就會(huì)滯留在干漆膜內(nèi)。事實(shí)上，我認(rèn)為這是目前水性建筑涂料面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)之一，即如何生產(chǎn)出可以在室溫下形成適當(dāng)漆膜，干燥后又能獲得硬質(zhì)、耐久表面的零VOC涂料。這一問題在高光澤的需求下尤為困難，因?yàn)榕浞街泻懈嗟臉渲?、更少的顏料成分?br/>
水性涂料體系中降低VOC帶來的另一個(gè)難題是開放時(shí)間或可作業(yè)性。在缺乏慢速揮發(fā)溶劑的情況下，涂料在水蒸發(fā)后很快就會(huì)發(fā)粘。尤其在低濕度環(huán)境下，涂裝時(shí)水會(huì)很快從涂料中蒸發(fā)。因此，對(duì)于材料開發(fā)商而言，第二項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)是，能提供一種可延長涂料用戶作業(yè)時(shí)間的原材料。尚不清楚粘接劑或助劑設(shè)計(jì)是否是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最便捷途徑。

表1 北美地區(qū)法規(guī)對(duì)建筑涂料VOC含量要求各不相同

表一中的數(shù)據(jù)顯示北美地區(qū)法規(guī)對(duì)建筑涂料VOC含量要求各不相同。有些地區(qū)依然允許涂料含有較高的VOC。但在某些市場(chǎng)，如加利福尼亞、臭氧運(yùn)輸委員會(huì)（OTC）及密歇根湖空氣理事協(xié)會(huì)所屬各州則推動(dòng)生產(chǎn)商采用更低VOC的配方。OTC包括從佛吉尼亞到緬因地區(qū)的12 個(gè)州加上哥倫比亞特區(qū)。LADCO 州則包括伊利諾伊、印第安納、密歇根、威斯康辛、俄亥俄和明尼蘇達(dá)州。為各個(gè)市場(chǎng)生產(chǎn)不同配方的涂料對(duì)物流和配方的管理都堪稱挑戰(zhàn)。因此，許多涂料企業(yè)針對(duì)整個(gè)美國市場(chǎng)供應(yīng)能夠滿足最嚴(yán)格法規(guī)要求的涂料，目前是依據(jù)加利福尼亞市南海岸空氣質(zhì)量管理區(qū)（SCAQMD）的標(biāo)準(zhǔn)。該地區(qū)除了是VOC 法規(guī)最為嚴(yán)厲的地區(qū)外，還是唯一對(duì)顏料VOC加以限制的區(qū)域。該區(qū)目前正在更新其對(duì)建筑涂料VOC的規(guī)定。特別是所謂的“小容器例外”法則——即允許生產(chǎn)商銷售一升及以下容量的高VOC涂料——也將受到限制。數(shù)據(jù)還表明，OTC最近也采用了最新的加利福尼亞空氣資源委員會(huì)（CARB）標(biāo)準(zhǔn)。

要理解監(jiān)管格局并非易事。比如加利福尼亞由35個(gè)不同的空氣質(zhì)量管理區(qū)構(gòu)成，但只有部分采用了當(dāng)前（甚至早先）的CARB標(biāo)準(zhǔn)。同樣，不是每個(gè)OTC或LADCO州都采用該區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。但是，很清楚的是，監(jiān)管將會(huì)更趨嚴(yán)厲，而非相反。清潔空氣法案要求EPA每五年對(duì)國家臭氧標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核，以保障公共健康。2008年，EPA將標(biāo)準(zhǔn)降低至0.075ppm。在最近的2015年10月1日，EPA將標(biāo)準(zhǔn)降至0.07ppm。相應(yīng)地，美國很多州縣將被迫制定更嚴(yán)格的地方VOC 標(biāo)準(zhǔn)以達(dá)到新的臭氧限制標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在尚不明了的是，EPA是否、以及何時(shí)會(huì)開始更新全國的VOC標(biāo)準(zhǔn)，后者允許的VOC含量要高于那些執(zhí)行了最近法規(guī)的地區(qū)。

烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）

由于其表面活性劑特性，多年來烷基酚聚氧乙烯醚得到了廣泛應(yīng)用。過去10年，由于擔(dān)心其水生動(dòng)物毒性和生物體內(nèi)積累特性，該產(chǎn)品在歐洲市場(chǎng)被嚴(yán)格禁用。此外，人們還擔(dān)心其生物降解通道可能導(dǎo)致相應(yīng)烷基酚的形成，因?yàn)槠渖矬w內(nèi)累積特性比乙氧基化物更令人擔(dān)心。最常用的APEO 源自壬基苯酚（圖2）。

圖2 壬基苯酚化學(xué)結(jié)構(gòu)式

與許多化合物一樣，業(yè)內(nèi)對(duì)于使用這些材料的風(fēng)險(xiǎn)水平存在分歧。在北美市場(chǎng)，盡管沒有法規(guī)出臺(tái)，但是鼓勵(lì)生產(chǎn)商消除APEO。本文作者所在公司逐漸地自愿用無APEO 樹脂和表面活性劑替代了含APEO的舊一代材料，盡管客戶和監(jiān)管機(jī)構(gòu)并未堅(jiān)持要求如此。事實(shí)上，水性涂料的優(yōu)勢(shì)之一，是可以很容易地用肥皂和水來清潔涂裝工具，因此期望在配方中不要含有對(duì)環(huán)境有害的水溶性化學(xué)品。如果涂料中的材料會(huì)對(duì)水生物存在毒性，我們更愿意采取謹(jǐn)慎態(tài)度，不再使用。

罐內(nèi)防腐

由于建筑涂料中的VOC含量得以降低，防止成品涂料及涂料中的配料不受生物污染就成為難題。含250g/L VOC的水性涂料內(nèi)含有足以防止罐內(nèi)微生物生長的酒精溶劑。但今天，大多數(shù)涂料含有的VOC為50g/L 或更低，從而加大了微生物產(chǎn)生的可能。不幸的是，給予涂料生產(chǎn)商的可選方案十分有限。

含甲醛的防腐劑在很多年前就受到了審查，大多數(shù)情況下用于非水性涂料。異噻唑啉酮衍生物被作為有效替代，但對(duì)這類產(chǎn)品存在導(dǎo)致皮膚過敏的擔(dān)憂。在歐洲，對(duì)異噻唑啉酮衍生物提出的新標(biāo)簽要求已于2016年6月生效。這些要求提出，如果涂料中的CMIT/MIT（甲基氯異噻唑啉酮/甲基異噻唑啉酮）>1.5 ppm、BIT（ 苯并異噻唑啉-3- 酮）> 50ppm、MIT（甲基異噻唑啉酮）> 60ppm，標(biāo)簽上應(yīng)出現(xiàn)“過敏源字樣”。這些成分在大多數(shù)情況下低于這些材料作為防腐劑所需的含量，迫使大多數(shù)公司在標(biāo)簽上注明“含有（活性成分），可能產(chǎn)生過敏反應(yīng)”。尚不清楚未來美國是否會(huì)有任何此類法規(guī)對(duì)異噻唑啉酮衍生物進(jìn)行監(jiān)管。

市場(chǎng)上有各種形式的鋅、銀或銅質(zhì)防腐劑可供涂料生產(chǎn)商使用，盡管它們可能會(huì)產(chǎn)生一些問題，比如影響涂料的穩(wěn)定性或造成漆膜褪色。吡啶硫酮化合物可單獨(dú)使用或與其它防腐劑一起使用，并且通常被認(rèn)為是安全的?？偟膩碚f，今天的建筑涂料由于VOC 含量低，更容易受到生物污染。但是，由于法規(guī)和這些材料的安全局限，防腐選擇是有限的。

有些防腐劑的組合如果用量較高，會(huì)在實(shí)質(zhì)上賦予涂料殺菌效果。換句話說，環(huán)境中的細(xì)菌、霉菌或病毒如果與這類涂料接觸，就會(huì)被漆膜表面的防腐劑殺死。在美國，EPA對(duì)那些跟人體健康有關(guān)的聲明會(huì)進(jìn)行嚴(yán)厲的監(jiān)管。盡管他們?cè)试S產(chǎn)品表簽上存在諸如“已處理物品免檢”等字樣，但進(jìn)一步的聲明則需按EPA第13號(hào)草案進(jìn)行大量的測(cè)試和認(rèn)證。因此，通常能看到標(biāo)簽上有干漆膜能耐受微生物的聲明，但很少見到能保護(hù)人員健康的聲明。

節(jié)約人工

2009年以來，北美市場(chǎng)向面- 底漆二合一的方向發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變。這些產(chǎn)品旨在將底漆的特性融合于面漆，使用戶可以更短的時(shí)間完成工作。如果面漆可以與基材粘接、遮蓋瑕疵、擋住小的污漬，并獲得均勻的外觀，用戶就可以省略涂裝底漆的步驟。在大多數(shù)情況下，對(duì)住宅進(jìn)行重新涂裝的消費(fèi)者可以使用面- 底漆合一型產(chǎn)品。但在難度較高的涂裝中，應(yīng)進(jìn)行以下嘗試：如果基材難于附著、涂裝的基材上有不同的孔隙率、或存在很嚴(yán)重的污漬、有裸露的老化木材，或者涂料必須遮蓋由于水或煙造成的嚴(yán)重破壞，還是建議使用傳統(tǒng)的底漆。對(duì)于希望在周末重新涂裝一下房屋的一般屋主，面- 底漆合一型產(chǎn)品可以使涂裝工作更快完成，并且只需購買面漆即可，而無需分別購買底漆和面漆。

圖3 涂裝到帶裂縫的老化木板上的露臺(tái)修復(fù)涂料的樣本

北美市場(chǎng)另一個(gè)節(jié)約人工的趨勢(shì)，是向遮蓋力更好的建筑涂料轉(zhuǎn)化。有幾種產(chǎn)品有助于用更少涂料實(shí)現(xiàn)遮蓋。首先，銷售網(wǎng)點(diǎn)高精度分散調(diào)色設(shè)備的開發(fā)促進(jìn)了濃度更高的著色劑的使用。其結(jié)果是，涂料中一定量的著色劑含有更多彩色顏料，從而獲得更好的遮蓋力。另外，有助于將二氧化鈦分散在干漆膜中的涂料材料的開發(fā)，也為改善遮蓋力作出了貢獻(xiàn)。第三，推出更高遮蓋力的彩色顏料如顏料紅254 或顏料黃184，方便配置高對(duì)比度的色彩。因此，今天一項(xiàng)涂裝作業(yè)很可能只需要一涂，或大多數(shù)情況下，二涂即可。

露臺(tái)修復(fù)涂料

過去幾年的一個(gè)新趨勢(shì)是層面修復(fù)涂料的出現(xiàn)。這些不透明的單色材料被設(shè)計(jì)用于在露臺(tái)的木質(zhì)層面形成涂裝漆膜，通常為8至12密耳厚。隨著木質(zhì)露臺(tái)的老化，會(huì)產(chǎn)生裂縫或碎屑并影響視覺效果的外觀。更換木質(zhì)露臺(tái)成本會(huì)很高，因此，用修復(fù)涂料將露臺(tái)的使用壽命延長數(shù)年就較為理想。通過使用露臺(tái)修復(fù)涂料，客戶可以讓老露臺(tái)繼續(xù)發(fā)揮作用，同時(shí)延遲更新所需的投資。圖3顯示的是涂裝到帶裂縫的老化木板上的露臺(tái)修復(fù)涂料的樣本。

為了提高效率，涂料應(yīng)有能力彌合裂縫，纏裹碎屑、遮蓋外觀瑕疵。與任何涂裝在平面上的涂料一樣，必須在涂裝前對(duì)基材進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?br/>
外墻涂料的性能

要保持房子的外墻外觀如新是有難度的。許多房屋遭受著極端溫度、雨淋、曝曬及環(huán)境中顆粒物的影響。過去十年中的一個(gè)重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域是耐污性。即在暴露于灰塵和煙霧顆粒的環(huán)境下涂料仍保持原有色澤的能力。評(píng)價(jià)耐污性的最佳方法是將兩個(gè)涂裝好的面板在室外環(huán)境中曝曬。但是，在自然曝曬狀態(tài)下等待區(qū)分涂料的差別需要一年甚至更長的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)室可采用在潮濕或干燥環(huán)境下暴露于灰塵進(jìn)行加速的方法。這是一個(gè)難以量化的屬性，因?yàn)槿魏谓o定的環(huán)境所存在的灰塵或污垢的類型，以及溫度和降雨量的變化都很大。

圖4 四種外墻色漆耐污性的差別

總的來說，表面光澤度更高、更光滑、更硬的涂料的耐污性更好。孔隙越多、越粗糙的平面涂層容易在顏料顆粒形成的低洼處堆積灰塵。玻璃轉(zhuǎn)化溫度低的涂料在天氣溫暖、涂層發(fā)軟時(shí)，容易讓灰塵積聚在表面。即便如此，對(duì)于給定光滑度/ 硬度的涂層，人們還可以看到耐污性存在很大差別。沒有什么“神奇”的配方能使涂料獲得很好的耐污性。大多數(shù)配方都需要對(duì)各種材料（粘接劑、增稠劑、添加劑等）中的配料進(jìn)行逐個(gè)測(cè)試。在圖4，可以看到四種外墻色漆耐污性的差別。

在這個(gè)測(cè)試中，涂裝面板的下半部分有干灰塵，10分鐘后，面板轉(zhuǎn)為垂直方向，大多數(shù)灰塵從漆膜表面脫落?？梢钥吹?，有一種涂層比其它涂層上的灰塵要少很多。

外墻彈性涂料如要實(shí)現(xiàn)耐污性將會(huì)非常困難。這些涂料設(shè)計(jì)的目的是要具有很高的柔韌性，以便形成的漆膜彌合基材上的裂縫。但是，這將產(chǎn)生較軟的、玻璃轉(zhuǎn)化溫度低的漆膜，使得灰塵易于粘在表面，并嵌入涂層。進(jìn)一步的材料開發(fā)將致力于在涂層/空氣界面上形成有一定硬度的涂層，以防止粘結(jié)灰塵。目前，ASTM小組委員會(huì)D01.42在準(zhǔn)備發(fā)布用以測(cè)量建筑涂料耐污性的新測(cè)試方法。

圖5 早期耐雨淋測(cè)試

外墻涂料另一個(gè)重要的特性是在涂層壽命早期階段使之具有防雨淋的整體性，或稱“早期耐雨淋能力”。外墻涂裝企業(yè)無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)什么時(shí)候會(huì)降雨。人們希望涂裝后1-2小時(shí)內(nèi)，涂層不會(huì)被雨破壞或沖掉。將涂裝面板置于流量受控的花灑下用水沖淋，可以很容易地測(cè)試出涂料的這種性能（圖5）。

早期耐雨淋能力可通過生產(chǎn)出一種可快速成膜、并能加速漆膜脫水的涂料來實(shí)現(xiàn)。通常這種特性會(huì)以犧牲干燥時(shí)間為代價(jià)，這種能夠耐受早期雨淋的涂料會(huì)很快就達(dá)到觸干狀態(tài)。

滿足VOC法規(guī)要求的油性材料

盡管最近的趨勢(shì)是朝著水性涂料發(fā)展，但還有一些應(yīng)用傾向于采用油性材料。對(duì)于那些希望他們的甲板或露臺(tái)看上去有油性木材色感覺的人，這些材料具有良好的木材滲透性和防水效果。一般來說，這些油漆需要每一兩年重新涂裝一次。

但是這些材料通常VOC含量較高，只允許在33個(gè)州以傳統(tǒng)形式使用。如今產(chǎn)品開發(fā)商使用低揮發(fā)性油及油衍生物，通過較少的溶劑來獲得可接受的涂裝粘度。在有些情況下，可使用豁免溶劑以降低粘度，不會(huì)提高VOC含量。

圖6 含550 gL VOC （左）與 275 gL VOC （右）油性木器漆的耐污性比較。

盡管加利福尼亞南海岸空氣質(zhì)量管理區(qū)要求的水平是100g/L，但VOC 含量降至275g/L 的成品即可在美國大部分地區(qū)銷售。與油漆類似產(chǎn)品一樣，降低這些產(chǎn)品中的VOC含量對(duì)于恢復(fù)使用時(shí)間（由于干燥時(shí)間長）構(gòu)成了挑戰(zhàn)，還會(huì)影響耐污性（圖6）。

全新外觀

通過使用特殊的油漆涂裝技術(shù)，有望獲得各種全新的、富有吸引力的外觀。仿飾漆和制釉技術(shù)已經(jīng)面市多年。在此其中，仿舊的外觀，看上去生銹的表面或失去光澤的金屬效果比較受歡迎。在有些情況下，把外墻涂裝成這樣的效果有可能是很有效的。另外，市場(chǎng)上還有很多承包商可以專業(yè)涂裝出這些效果。但是，對(duì)于普通自助型涂裝人士來說，要獲得這些效果需要太多的技能或藝術(shù)天賦。許多業(yè)主不會(huì)愿意采用這樣的項(xiàng)目。

圖7 滾筒刷涂裝多色漆的原型產(chǎn)品

因此，對(duì)于今天的涂料生產(chǎn)商而言，挑戰(zhàn)在于開發(fā)出通過非常簡(jiǎn)單、方便的涂裝工藝，即可獲得新外觀的產(chǎn)品。在中國，有一種類似的產(chǎn)品“多彩涂料”非常引人注目，已經(jīng)獲得一定成功。它模仿了花崗巖或大理石等天然石材的外觀。這種涂層是通過生產(chǎn)出具有不會(huì)相互混合的多個(gè)單色域產(chǎn)品而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)這種涂料噴涂到一種基色上時(shí)，最后的成品就具有了天然石材的外觀。目前，這些外觀只能通過噴涂獲得，但可以用油漆滾筒刷涂裝的涂料會(huì)更適合普通自助型用戶，因?yàn)樗麄兛赡懿惶敢馐褂脟娡吭O(shè)備。圖7 為滾筒刷涂裝多色漆的原型產(chǎn)品。

圖8 含有彩色片狀顆粒富有質(zhì)感的表面

獲得嶄新外觀的另一個(gè)途徑是在涂料配方中加入某些類型的大彩色顆粒。市場(chǎng)上有各種原料可作這一用途。一般而言，這些原料顆粒直徑要比干漆膜的厚度大，這樣才會(huì)在涂裝完成后能看出來。通過使用各種類型和大小的彩色顆粒，就可實(shí)現(xiàn)不同的效果。同時(shí)，這種涂料可以噴涂或輥涂，雖然大多數(shù)業(yè)主更傾向于采用輥涂。由較大顆粒而產(chǎn)生的紋理可以提供有吸引力的外觀、使混凝土走道和天井表面不打滑。圖8所示為此類涂料的特寫圖，它表明，可通過較大片狀顆粒獲得質(zhì)感。

圖9 在對(duì)游泳池露臺(tái)老化的混凝土涂裝這類涂料后外觀得到了顯著改善。

圖9中，人們可以觀察到，在對(duì)游泳池露臺(tái)老化的混凝土涂裝這類涂料后外觀得到了顯著改善。

總結(jié)

建筑涂料行業(yè)在過去十年間經(jīng)歷了一段時(shí)期的健康導(dǎo)向創(chuàng)新。有幾個(gè)關(guān)鍵因素促進(jìn)了油性涂料向水性涂料的轉(zhuǎn)變，包括降低VOC、去除有隱憂的化學(xué)品、面- 底漆合一型產(chǎn)品、改善漆膜性能如耐污性、早期防水性的期望以及獲得涂裝便捷的新外觀等。涂料配方會(huì)繼續(xù)成為富有創(chuàng)新性的領(lǐng)域。隨著消費(fèi)者喜好的變化、監(jiān)管條例的改變，以及新原料的推出，涂料生產(chǎn)商有望繼續(xù)充分發(fā)揮他們的專業(yè)和創(chuàng)新能力，不斷生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。