水性环氧树脂涂料的分析研究进展以及未来的发展方向和前景

水性环氧树脂涂料的研究进展以及未来的发展方向和前景

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刘召

本文简述了近三年(2006-2008>来中国国内水性环氧树脂涂料的研究进展，从特点、固化机理、应用和前景展望等四个方面对水性环氧树脂的研究进行了总结。

关键词：水性环氧树脂涂料特点固化机理应用前景

环氧树脂涂料附着力高、耐化学药品和溶剂性能优异、硬度高、耐磨性好等优点，在工业上己获得了广泛的应用。传统的环氧树脂涂料通常为溶剂型或无溶剂型。随着人们对环境保护的要求日益迫切和严格，开发水性涂料系统，既不含VOC(挥发性有机化合物，Volatile Organic Com—pound>或不含HAP(有害空气污染物，HazardousAir Pollutants>的系统成为新的研究方向，水性环氧涂料具有无空气污染、安全无毒、施工工具易于清洗等优点，可替代目前广泛使用的溶剂型涂料，具有很大的经济效益和社会效益。

一、水性环氧树脂的特点

经过半个世纪的发展，水性环氧树脂涂料的性能自很大的提高水性环氧树脂涂料可在室温或加热条件下固化，与溶剂型环氧树脂涂料相比，水性环氧树脂涂料具有以下优势：

<1>水作为分散介质，不含有有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，无环境污染，没有失火隐患；满足当前环境保护的要求，如2008北京奥运会场馆设施的涂料用树脂均采用水性涂料；

<2>操作性能好，施工工具可用水直接清洗，操作安全，方便；

<3）对大多数基材具有良好的附着力，并且可以与水泥或水泥砂浆配合使用；<4）可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有较高的交联密度；

<5）能与其他水性聚合物体系混合使用，在性能上互相弥补；

水性环氧树脂涂料的优点是显而易见的，但也存在如下一些缺点：

（1）与有机溶剂相比，水的蒸发热高，这就要求有另外的手段来帮助水的蒸发。在低温和高湿情况下，水的蒸发更慢，使表干时间延长；

（2）水的表面张力较高，这对基材和颜填料的润湿造成困难，尤其是除油不干净的底材更难湿润，需要加入基材润湿剂来提高水性环氧树脂涂料的

润湿性；

（3）颜填料的在水性环氧树脂涂料中的分散稳定性较溶剂型涂料差，易于聚集沉淀；

（4）水的导电率高，易使金属腐蚀，在涂膜干燥的的过程中会发生闪蚀问题，但用闪蚀抑制剂和活性颜料配合使用可以解决这个问题。

二、水性环氧树脂的固化机理

国外Shell公司已经开发出很多水性环氧体系，并进人了商业化生产阶段；国内对环氧树脂体系的水性化研究主要集中在对环氧树脂的改性上，通过化学或者物理改性，使亲油性的环氧树脂变成亲水性的或者是环氧树脂乳液，从而达到环氧树脂水性化的目的。目前国内水性环氧涂料商品化才刚起步，只有部分厂家生产。开发出高性能低成本的水性环氧树脂涂料是推动我国水性涂料市场的重要一步。

关于水性环氧树脂的的固化机理，本文以同济大学范亚平等的文章为例做简单介绍，其文章采用对环氧室温固化剂多乙烯多胺进行改性，获得具有乳化功能和适中的反应活性的水性环氧固化剂，能够对低相对分子质量的液体环氧树脂进行直接乳化并固化成膜。

制备过程：<1）水性环氧固化剂的合成

室温下将TETA加入带有冷凝和搅拌装置的反应容器中，用漏斗缓慢加入适量的单环氧化合物并注意观察体系温度，保持在一定反应温度下，反应2 h；取适量的上述产物加入带有冷凝和搅拌装置的反应容器中，加热N40 o C左右时用漏斗慢慢加入适量的一定浓度的环氧树脂醚溶液，控制反应温度在某～温度下，反应1 h；结束后保持反应物温度加入适量的醋酸，再反应1 h；然后再加入适量水稀释，使固化剂溶解于水，得到固含量和黏度适中的水性环氧固化剂。

<2）水性环氧树脂乳液涂料的配制

将制备的水性环氧固化剂与低相对分子质量的环氧树脂618按照一定的物质的量比搅拌、混合，并用水稀释调节到合适的黏度，得到水性环氧树脂乳液涂料。水性环氧树脂性能的一些影响因素：

水性环氧体系的固化成膜机理：

将固化剂胺氢与环氧树脂环氧基以物质的量比为1：1混合，然后用玻璃棒取出一滴滴在载玻片上，再用盖玻片轻轻涂刮成薄薄的一层涂膜，放在200倍的显微镜下观察，并拍照，通过研究发现：

两个组分混合后的体系涂布在载玻片上，水分首先挥发，在水分挥发的过程中，固化剂与环氧树脂微粒的表面进行接触，因此固化反应首先在环氧树脂分散相表面进行，随着固化反应的进行，环氧树脂分散相的相对分子质量和玻璃化温度逐渐提高；与此同时，固化剂分子扩散到环氧树脂分散相粒子内部发生固化反应，这样使得固化剂分子向环氧树脂分散相粒子内部的扩散速度逐渐变慢，随着水分进一步挥发，环氧树脂颗粒与胺固化剂紧密堆积 j，如果这时环氧树脂颗粒仍是液态或其玻璃化温度仍低于室温，环氧树脂与固化剂的相容性良好，则可形成均匀透明和有光泽的膜。反之固化剂分子不能完全向环氧树脂分散相内扩散，导致环氧树脂分散相粒子内部进行的固化反应较其表面的少，内部交联密度也较低。环氧树脂分散相粒子表面逐渐变硬，粒子之间也很难相互作用而凝结成膜。因此水性环氧的固化速度主要取决于固化剂向分散相内扩散发生进一步固化反应的速度，而固化剂向分散相扩散的速度对水性环氧体系的固化起着决定性的影响。对于水性环氧树脂涂料，固化程度取决于如下几个因素：(1>环氧树脂分散相粒径，粒径越小固化越完全；(2>胺固化剂与环氧的相容性。胺固化剂与环氧的相容性越好，其越容易向树脂内扩散，有利于固化。

固化体系的成膜过程是一个随着水分的挥发，两相变一相的过程，在此过程中既发生了化学交联，又发生了凝结成膜。随着固化反应的进行，粒子相和连续相的界面逐渐模糊，直到最后基本消失，体系基本成为一个均相。在此过程中，涂膜的外观颜色由白色变成无色，透明性由不透明变成透明，这种外观的变化也说明了成膜过程是一个两相趋于一相的过程。

三、水性环氧树脂的应用

尽管水性环氧树脂有一些不足，但是可以通过一定的手段加以改进，对水性环氧树脂基料、固化剂以及各种改性剂和助剂的合理选择，就可制备出性能各异的水性环氧树脂涂料和胶粘剂等，现在已有许多卓有成效的应用，而且其中不少用途是溶剂性环氧树脂不具备的。

目前水性环氧树脂的主要用途包括以下几个方面：

(1) 混凝土封闭底漆

水性环氧树脂涂料可在湿的或新浇注的混凝土表面施工，对混凝土表面有良好的附着力，可以封闭混凝土毛细管的水汽，并可防止泛碱，适合作为混凝土封闭底漆。在封闭底漆上面可施工溶剂型或水性环氧地坪涂料。

<2）工业地坪涂料

工业地坪涂装方面是水性环氧树脂涂料的重要用途。水性环氧树脂气味

小，涂层表面易于清洗。特别使用于医院、食品厂、超市、乳品厂和化妆品厂等需要保持高度清洁的场所。如需二次装修，不影响重涂性，新老涂层保持良好的黏附性。

<3）木器漆

采用的水性环氧树脂涂料为双组分体系，涂膜固化后具有较高的硬度和良好的抗刮伤性，配成清漆可用于木质地板，替代目前市场上广泛使用的溶