三、水性环氧涂料体系的最新研究进展
由于传统的溶剂型环氧树脂中所含的有机挥发 物(VOC)不仅对环境造成污染，而且对人体危害极 大，许多国家先后颁布了严格的限制VOC排放的法 规，开发具有环保效益的水性环氧体系成为各国 研究的热点。国外从20世纪70年代开始，已不断 有新的技术及商品推出，如Henkel公司的水性环 氧树脂系列WATERPOXY1401、1455等，水性环氧固 化剂WATERPOXY751、755等； Shell公司的 EPIREZ3510-W-60及EPI-REZWD-51等，都具有很好 的综合性能。为适应环保法规对VOC的限制，我国 从20世纪90年代初开始水性环氧体系的研究开发， 取得了突出进展。
水性环氧树脂涂料的研究进展 及发展趋势
康怀银 阳建 朱疑峰 杨学华 张跃
环氧树脂涂料产品
环氧树脂胶
环氧树脂防腐涂料
环氧树脂漆地坪
一、环氧树脂的发展趋势 二、传统型环氧树脂涂料的优缺点 三、水性环氧涂料体系的最新研究进展 四、水性环氧涂料体系的发展 五、水性环氧树脂体系的组成 六、水性环氧涂料的固化机理 七、水性环氧涂料的性能及特点 八、水性环氧涂料的用途 九、我国环氧树脂涂料发展前景
近年来,有关环境污染限制的法律与法规相继出 台,其中涉及到涂料行业的就有VOCs(涂料中有机挥 发物的含量)和HAPs (有害空气中的污染物)的排放 限制两大问题。这样就使占世界涂料行业生产中 53%的溶剂型涂料的生产受到限制。如今,涂料 向高固体分和水性涂料方向发展已成为涂料界的识, 零VOC或低VOC, HAP的体系已成为新型材料的研 究方向。水性环氧涂料有诸多优点,如VOC含量低, 气味较小,使用安全,可用水清洗,工艺技术日益成熟 ,符合环保与节能的要求等,而迅速成为现代涂料 的一个重要的发展方向。
水性环氧涂料的特点
水性环氧涂料既保持环氧树脂原有的优良性 能, 又具有很多特点。 （1）.安全性 水性环氧涂料不含有机溶剂, 在生产和施工过 程中, 不会发生溶剂中毒事故, 也不会发生燃烧 爆炸事故这样不仅在贮存、运输、施工方面减少 防毒、防爆设施, 而且在交叉作业中, 可与作业 同时进行。 ( 2 ).经济性 水性环氧涂料是以廉价的水代替了有机溶剂,节 约了有机溶剂的费用。
七、水性环氧涂料的性能及特点
1.水性环氧涂料的性能
水性环氧涂料是由水性环氧树脂与复合型改性聚酞胺 树脂及其它辅助材料配制而成, 对底材的附着力强, 耐化学 药品性及电绝缘性能优。涂料坚硬, 耐磨、耐酸、碱, 不含 有机溶剂, 以水为稀释剂,因此在施工中不存在燃烧、环境 污染等问题。此外它还保持了溶剂型环氧树脂涂料的优良 性能。如： 良好的附着力, 耐冲, 耐磨； 良好的耐酸, 耐碱性能； 良好的耐水性, 耐油性； 粘结强度好。
（3）耐清洗性 溶剂型环氧涂料涂装用具的清洗比较困难, 必 须用较强的溶剂进行清洗, 这也存在溶剂中毒 和燃爆危险, 而水性环氧涂料所用的刷子、容器, 只要用水及肥皂就能冲洗干净, 既经济又方便。 （4）湿面施工性 水性环氧涂料对底材的干燥程度要求不高、能在 潮湿的底材表面进行涂装。
（5）重涂性 溶剂型涂料重涂性差, 要求在一定期限内重涂, 否则附着力受影响。水性环氧涂料重涂性佳, 可 经过较长时间后进行重涂仍具有良好的附着力。 （6）耐油性 水性环氧涂料耐各种油类(如透平油, 润湿油, 火油, 汽油及食用油)等的性能良好。
中，形成的体系是均相的，固化反应在分子之间 进行，因而固化反应进行的比较完全，所形成的 涂膜也是均相的。水性环氧树脂涂料为多相体系, 环氧树脂以分散相形式分散在水相中，水性环氧 固化剂则溶解在水中将两个组分混合后的体系涂 布在基材上，在比较适宜的温度条件下，水分蒸 发得很快，当大部分水分蒸发后，环氧树脂乳胶 粒子相互接触，形成紧密堆积的结构，残余的水 分和固化剂分子则处在环氧树脂分散相粒子的间 隙处。随着水分的进一步蒸发，环氧树脂分散相 粒子开始凝结，形成更为紧密的六边形排列结构 ，与此同时，固化剂分子扩散到环氧树脂分散相 粒子的界面及其内部发生固化反应。
六、水性环氧涂料的固化机理
水性环氧树脂涂料在配臵时可根据组成及成膜后性 质的要求调节环氧乳液与固化剂的配比，颜填料可分 别添加在环氧乳液及固化剂内。水性环氧树脂涂料是 一种乳液涂料，其成膜机理与一般的聚合物乳液涂料 如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型环 氧树脂涂料的成膜也不完全相同。一般聚合物乳液涂 料的固化成膜为物理过程，分散相粒子的玻璃化温度 较低，在水分挥发后形成紧密堆积的结构，并在毛细 管压力作用下凝结成膜。在溶剂型环氧树脂涂料体系 中，环氧树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂
四、水性环氧涂料体系的发展
双组份环氧树脂水性化技术,自上世纪70年代开 始发展。起初采用的是低分子量(液态)环氧树脂, 加入固化剂后,用乳化剂在外界作用下强制乳化。其 施工过程的控制要求较高,涂层性能不理想。后来改 用较高分子量的环氧树脂(呈半固体状) ,配合固化剂 进行固化反应,交联成膜。其特点是使用寿命长,漆膜 光泽高,硬度好。其缺点是体系存在不均心性,从而导 致固化反应不均匀,影响涂层性能。而且,由于加入的 乳化剂具有亲水性,能在涂层中迁移使涂层产生缺陷, 故用作防腐蚀涂料时,其防锈性能氧树脂是一种重要的热固性树脂品种。由于它具有优 良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热及 粘接性能，所以用它配制的环氧树脂胶粘 剂素有“万能胶 ”之美称，广泛应用于化工、轻工、水利、交通、机械、电 子、 家电、汽车及航天航空等工业领域，对国民经济发展 起着极其重要的作用。 世界环氧树脂生产发展较快，1999年全球环氧树脂生产 能力已达到 150万吨 。专家预测，2003年可达到160万吨左 右，2010年可望超过170 万吨。目前生产 能力主要集中在美 国、西欧和日本三大地区或国家。其中三大著名跨国公司— —汽巴精化公司、陶氏化学和壳牌公司是三大生产厂家近年 来我国环氧树脂开 发和应用研究发展迅速，由90年代生产 能力不足1.5万吨，发展到目前的20万吨／年左右，预计 2010年将达到30 万吨左右。
2.水性固化剂
水性环氧涂料所用固化剂目前常用的主要有两类:
(1)多乙烯多胺或聚酰胺类。这类固化剂本身具有一 定的水溶性或水可分散性,借助于助溶剂或乳化剂的 作用获得一定范围的水稀释性,从而可以用作水性环 氧树脂的固化剂。其优点是大大降低了体系中游离 胺的含量。缺点是本身容易挥发,并有刺激性气味, 与环氧树脂的相容性也较差,成膜后会在部分涂膜表 面析出而造成缺陷。 (2)自乳化型。这类固化剂的特点是分子本身带有自 乳化的成分,能够和水在相当大的浓度范围内组成相 对稳定的体系从而与很多水性环氧树脂有很好的互
水平上，由其配制的涂料产品仍在用。 但是远远不能达到溶剂型环氧涂料的水平，到 2004年国内才公开报道合成出第三代水性环氧体 系，且技术达到了美国壳牌公司同类产品水平。
五、水性环氧树脂体系的组成
水性环氧树脂体系主要由水性环氧树脂、水性 固化剂、助剂、颜填料四种成分组成。 1.水性环氧树脂. 环氧树脂本身不溶于水,不能 直接加水进行乳化,故要制备稳定的水性环氧树脂 乳液,通常使环氧基料带一定数量的亲水基团,如 羧基、羟基、氨基和酰胺基等。才能获得水溶性 或水乳化的环氧体系。环氧树脂水性化可以采用 乳化法和成盐法两种方法制备。
可采用氧化锌和云母氧化铁等颜填料;对需要增加涂 膜的耐化学药品性和提高其机械性能的,则应选择云 母和滑石粉类的填料。由于水性环氧固化剂呈弱碱 性,故应避免采用酸性的颜填料。环氧涂料颜填料的 品种和用量对涂膜的性能有很大的影响。通过选择 适宜的颜填料,可以赋予环氧涂料良好的涂膜性能, 以适应不同情况的需要。
分散剂时,要考虑它们与水性环氧树脂的相容性。 助溶剂通常是挥发很慢的溶剂,如各类醇醚、醇醚 醋酸酯和醇酯等,例如乙醇、异丙醇、正丁醇、叔 丁醇、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂和仲丁醇等。助 溶剂的加入有利于增加树脂在水中的溶解度,同时 调节树脂溶液的粘度,提高漆液的稳定性,改善流 平性和漆膜外观。但对于电沉积水性涂料而言,增 加助溶剂,有时会影响电沉积效果。故在选择其它 助剂时,要考虑它们与水性环氧涂料的相容性。如 有的水性环氧固化剂是阳离子叔胺盐,则应选择非 离子型助剂,而避免使用阴离子型产品,否则会形 成凝胶。在采用浆状的填料,如浆状碳酸钙时,要 确认其中使用的分散剂不是阴离子型的.
4. 颜填料 作为双组分涂料,颜填料可以加在环氧组分内 也可以加在胺固化剂内,应使加入颜填料后的两个 组分的质量比较接近,并根据水性环氧树脂涂料的 应用来选择恰当的颜填料。颜填料的选择原则是 采用低吸油、吸水的品种。水乳性环氧涂料的颜 填料,应能够在水中分散并能减少水相的pH变化。 由于一般的颜填料含水溶性盐,这些盐会慢慢溶于 水中,从而影响乳液的稳定性。通常是选用水溶性 小的颜填料;必要时还须进行去除水溶性盐的预处 理。对于耐酸碱介质的场合,可采用氧化铁红和沉 淀硫酸钡等颜填料;对有耐光和耐热要求的场合
八、水性环氧涂料的用途
通过对环氧树脂、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，水性环氧涂料的诸多性能特点决定了 其与溶剂型或无溶剂环氧树脂涂料相比具有更为 广泛的应用前景，目前水性环氧树脂涂料的应用 主要包括以下几个方面： 1. 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。水性环氧气味小，涂层表面易于清洗， 特别适用于医院、食品厂、超市、乳品厂、化妆 品厂和地下停车场等需要保持高度清洁的场所。 同时对施工环境给予安全、无味的保证。如需2次 装修，不影响重涂性，新老涂层仍保持良好的粘 附性。
二、传统型环氧树脂涂料的优缺点
环氧树脂由于它具有优良的物理机械性能、电绝缘性 能、耐化学腐蚀性能、耐热及粘接性能，在工业领域有着 广泛的应用。但也有如易产生污染等方面的问题。 优点： 具有优异的物理和化学性能,如附着力好, 耐化学药品和溶剂性能优异,硬度高, 耐磨性好等,而在工业上得到广泛应用。 缺点： 涂料一般为溶剂型,其中的有机挥发物大多数属于易 燃易爆及有毒物质,直接排放到大气中,在紫外线辐 射下会产生光烟雾或形成酸雨,严重污染环境。人类 长期吸入此类有毒气体会导致呼吸系统疾病、疲劳、 记忆力衰退或其它神经系统疾病。