水性环氧树脂涂料工艺与性能以及应用

1、电子专题报告 题目：水性环氧树脂涂料工艺与性能以及应用 学院： 化学工程学院 专业： 材料化学 班级： 材料132班 学号： 2013121580 姓名： 廖天清 成 绩： 2016 年 7 月水性环氧树脂涂料工艺与性能以及应用摘 要：水性环氧树脂涂料由双组分疏水性环氧树脂分散体（乳液）和亲水性的胺类固化剂构成。因为其优异的性能特点，在各行各业都有举足轻重的地位，在涂料行业具有重要的发展与应用。同时也会成为涂料行业中研究的热点，会带来巨大的经济效益。关键词：水性环氧涂料；原料体系；试剂；性能与特点；应用1 引言水性环氧树脂涂料不仅有溶剂型环氧树脂的优点，如极高的附着力、固化涂膜的耐腐蚀性、耐化

2、学药品性能、涂膜收缩率小、，而且不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，能很好地满足人们对环境保护及安全生产的迫切要求。同时以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，大大提高了储存、运输和使用过程中的安全，不会造成空气污染。并且水性环氧树脂涂料不仅是一种环保型材料，而且具有施工性好，可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度，对施工环境要求不高，清洗方便，施工工具可用水直接清洗。广泛应用于高清洁度工业场所，如食品厂、电子厂、制药厂、化妆品厂等的室内涂装，高抗渗性防水涂层、木质家具、地板及金属材料的防腐涂料等。故水性环氧树脂涂料可替代目前广泛使用的溶剂型涂料,也符合社会

3、环保理念，在当今社会具有很大的经济效益和社会效益 。2 原料体系水性环氧涂料是有水性环氧树脂改性聚酰胺树脂及其它辅助材料配置而成的,附着力强，耐化学药品性及电绝缘性能优异。水性环氧树脂涂料体系主要由水性环氧树脂，固化剂，颜填料和助剂。其中助剂包括成膜助剂、分散剂、消泡剂、抑泡剂、防冻剂、流平剂等试剂。2.1 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，因此要制备符合要求的水性环氧树脂乳液，通常所用的方法是使环氧基料带有一定的亲水基团，如羧基，羟基酰胺基等基团。才能获得水溶性或者水乳化的环氧体系，可以通过乳化法使环氧树脂水性化。直接乳化法是指环氧树脂在球磨机中磨碎后，加入

4、乳化剂的水溶液，通过机械搅拌将粒子均匀分散在水中；也可以将环氧树脂和乳化剂直接混合，加热到适当的温度后进行机械搅拌，搅拌过程中逐渐加水，形成乳液。而且直接乳化法的成本低廉、制备工艺简单。但是是制备的水性环氧树脂分散体系稳定性较差，且分散相颗粒的尺寸较大。2.2 固化剂水性环氧固化剂是决定水性环氧地坪涂料最终性能的关键组分之一。作 为水性环氧树脂的固化剂，应能够较好地溶解或分散在水中，而且在水中能够稳定存 在，与环氧树脂要有良好的相容性。常用的水性环氧固化剂大多为多元胺或其改性产 物，利用其分子中胺基上的活泼氢与环氧树脂分子中的环氧基反应，在交联固化成膜时会起反应。

5、酰胺化的多胺具有一定的水溶性或水可分散性，无需借助于助溶剂或乳化剂 的作用就可获得一定范围的水可稀释性，从而可以用作水性环氧树脂的固化剂，酰胺化的多胺具有表面活性剂的作用 ，且固化剂分子中含有表面活性链段，能将低分子量环氧树脂直接乳化。2.3 共溶剂共溶剂（又叫成膜助剂）通常是挥发很慢的溶剂，如各类醇醚、醇醚醋酸酯和醇酯 等，特别是那些对环境不会产生污染的溶剂（如丙二醇甲醚等），加入后可使水性环 氧地坪涂料的最低成膜温度逐渐降低，有利于固化凝结成膜。同时共溶剂还能调节涂 料体系的粘度，改善水性环氧地坪涂料的流平性和最终涂膜的外观。良好的共溶剂通

6、常需满足以下条件：良好的水解稳定性；低的凝固点；适中的挥发率；高效的凝结效 率。在一般情况下，共溶剂的添加量按基料的15%左右考虑，在温度较低的季节施 工，共溶剂的加入量可适当增加以得到更好的涂膜效果2.4 颜填料水性环氧涂料的着色宜选用那些耐化学药品性能和耐候性较好的无机颜料或其水性色浆。水性环氧地坪涂料配制时填料的选择原则是采用低吸油量、细度适中、性能稳定的填料。还有考虑到水性环氧固化剂呈弱碱性，应避免采用酸性的颜填料。水性环氧地坪涂料是双组分涂料，颜填料既可加到环氧树脂组分中，也可以加在水性环氧固化剂组分中。水乳性环氧涂料的颜填料，应该能够在水中分散并且能减少水相的P

7、H值的变化，一般情况下，颜填料含有水溶性盐，这些盐会慢慢的溶于水中，从而会有一定的影响，必要时可以通过预处理出去。 填料的用量和品种对水性环氧地坪涂料的最终性能影响很大，适量的加入不仅能降低水性环氧地坪涂料的成本，缩短涂膜表干时间，还可以提高涂膜的机械强度、耐磨性、光泽和遮盖力，减少涂料固化时的体积收缩，并赋予涂料良好的贮存稳定性；但过量加入则会增加水性涂料的粘度，导致涂料的流平性变差，涂膜的表面效果变差。通过选择适宜的品种和加入适当的用量，可以赋予环氧涂料良好的涂膜性能，从而适应不同情况的需要，从而取得更佳的效果。2.5 其他添加助剂2.5.1 分散剂对于水性环氧涂料，颜填料既可在

8、环氧树脂组分中分散，也可以在水性环氧固化 剂组分或在两个组分中同时分散。颜填料在环氧树脂组分中分散会受到环氧树脂粘度 的限制，颜填料的用量不能加的太多，分散效率较低，为避免产生浮色和发花现象， 通常需加入分散剂来防止颜料的絮凝，从而克服因颜填料絮凝引起的浮色和发花。2.5.2 润湿流平剂因为水的表面张力较高，润湿性较差，特别是有油脂残余的表面更难以润 湿，这时应加入润湿流平剂来提高其润湿性，同时也改善了涂料的流平性。2.5.3 抑泡剂和消泡剂水性环氧固化剂组分中配漆会因为胺固化剂的存在，降低了表面张力而容易存在夹带空气 的问题，水性环氧地坪涂料

9、的配制和施工也不可避免的会带入空气，同时加入润湿 流平剂之类的表面活性剂也很容易造成泡沫，泡沫会对施工过程产生影响，使涂膜在于燥后产生各种表面缺陷，因此，配漆时要加入抑泡剂和消泡剂，通 常在分散前加入抑泡剂来减少形成泡沫的可能，分散后再加入消泡剂来消除混入的气 体，这样才能使水性环氧地坪涂料在涂装时形成光滑平整的表面。 2.5.4 增稠剂增稠剂能调节乳胶涂料的粘度或流变性，易于形成均匀的涂料组分。有些增稠剂还可改善涂料的触变性，使得便于施工，减少滴流和流挂。水性涂料以水作为分散介质，粘度通常都较低，常需要加入一定量的增稠剂。常用的增稠剂有四类: 

10、;: 无机增稠剂类、纤维素类、聚丙烯酸类、聚氨酯类。2.5.5 成膜助剂成膜助剂又称凝聚剂、聚结剂，通常为高沸点溶剂，成膜助剂的作用如同一种“临时”增塑剂，用以降低聚合物的玻璃化温度( Tg) ，一旦颗粒变形与成膜过程完成后，成膜助剂会从涂膜中挥发，从而使聚合物Tg值恢复至初始值。成膜助剂的最大先决条件就是在干燥过程中，水分挥发，而成膜助剂仍留在涂层中，它最后从涂层中自行挥发。成膜助剂除有助于成膜性能外，还有降低涂料冻结温度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作为涂料的防冻剂使用。除此之外，成膜助剂对涂料湿膜性能如流平性、抗流挂性及展色性都有一定的影响。3 工艺配方与设

11、计3.1 配方原料配方如下：原料名称质量（g）原料名称质量（g）环氧树脂9095固化剂（TMD）2025共溶剂（二醇甲醚）15去离子水90100抑泡剂0.1消泡剂0.30.5颜填料145165钛白粉35增稠剂(纤维素醚）适量乳化剂（分两份）A.101.5；B.0.75备注：其他试剂分散剂，防腐剂，防老剂等适量3.2 水性环氧涂料的工艺 A. 先将乳化剂中A份与环氧树脂混合，用机械搅拌使其成为水性环氧乳液; B. 将水性固化剂水和少量抑泡剂和其他需要的试剂加到料筒中，搅拌直至水性环氧固化 剂溶解均匀；  C. 在中速下加入钛白粉和各种颜填料，先高速分散到满足条件（大约10mi

12、n左右），然后进行砂磨，直到细 度小于50um为止；  D. 过滤后在中速下缓慢加入水性环氧固化剂，加完后再搅拌；  E. 用增稠剂调节色漆粘度，并在低速下加入消泡剂，搅拌几分钟，到达标准后进行包装。4 水性环氧树脂涂料性能与特点 水性环氧树脂涂料具有优良的附着力和良好的耐腐蚀性能，也具有很好的重涂性，耐油性，安全性等特点，决定了它的应用前景和成为研究的热点，被在各行各业所运用。4.1 水性 环氧涂料性能4.1.1 优良的附着力 环氧树脂涂料具有优良附着力主要是由环氧树脂的分子 结构及其固化反应特点决定的。环氧树脂分子结构中具有环氧端

13、基、羟基及醚键等极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，因此环氧树脂涂料涂膜与金属、木材、混凝土等基材表面能产生很强的黏结力。环氧涂料在交联固化成膜中产生的内应力较低：涂料在成膜过程中，很多因素都会导致涂膜内应力的产生而造成涂膜的最终缺陷，尤其是涂膜对底材附着力的降低。环氧树脂分子中含有仲羟基，固化时还会派生出一些羟基，羟基之间将产生氢键缔合作用使环氧树脂分子排列紧密，因此环氧树脂在固化前后密度差别较小，而且环氧树脂的固化反应主要是逐步开环的加成聚合反应，在反应中无小 分子的副产物生成，因此环氧树脂的固化收缩率很低，因此环氧树脂涂料在固化成膜时对涂膜/界

14、面之间的附着力影响很小。而且双酚A环氧树脂分子主链上含有许多醚键，醚键和碳碳键使环氧大分子链具有一定的柔顺性，便于分子链的旋转，可消除部分内应力。 4.1.2 良好的耐化学腐蚀性能 环氧树脂中含有亲水的羟基、醚键以及固化剂 中的氨基等亲水性基团都会影响到涂膜的耐水性，但双酚 A 环氧树脂分子中的两个苯环与一个亚丙基对羟基与醚键具有屏蔽作用，从而保证了整个漆膜的耐水性。环氧树脂固化成膜后，由于分子结构中含有稳定的苯环和醚键，分子结构又较为紧密，因此对化学介质有较好的稳定性。  4.1.3 涂料品种的多样性与广泛的适应性 环氧树脂与环氧固

15、化剂的品种都很 多，可以通过改变配方以适应于不同的施工条件与应用环境，使环氧涂料表现出 品种的多样性与应用的灵活性。4.2 水性环氧树脂涂料特点4.2.1 安全性良好 水性环氧涂料不含有有机溶剂，在生产过程和施工过程，不会发生溶剂中毒事故，也不会发生燃烧和爆炸事故，这样就可以在存储，运输，施工等方面减少了防爆防毒设施。4.2.2 经济性 水性环氧涂料溶剂是水，用廉价的水代替了有机溶剂，节约了有机溶剂的使用，同时节约了费用，提高经济效益。4.2.3 易清洗性水性环氧涂料所用到刷子，容器只需要水以及肥皂就能清洗干净，既经济又方便。然而溶剂型环氧涂料装用的用具的清洗比较困难，必须

16、要用较强的溶剂进行清洗，这样对于有害的溶剂，可能会对人造成一定的伤害，同时也比较麻烦，增加了操作过程，也不经济。4.2.4 重涂性水性环氧涂料的重涂性较溶剂型的重涂性好，溶剂型涂料的重涂性差，要在一定的期限内重新涂，否则其附着力会较低。但是水性环氧涂料避免了这样的情况，可以在较长的时间后进行重涂，仍然具有很好的附着力。4.2.5 耐油性和湿施工性 水性环氧涂料耐各种油类，不受其影响。同时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，更加方便简洁。5 应用5.1  作为工业涂料地坪涂覆是水性环氧树脂涂料的重要用途之一。水性环氧气味小，涂层表面易于清洗，特别适用于医院、食品工业和

17、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，新老涂层仍保持良好的粘性。另外，对于一些空间狭小、空气流通不通畅的地下建筑，如隧道、地下仓库、地下车间，溶剂型环氧树脂在施工时，由于溶剂无法挥发，且毒性很大，难以运用，水性环氧树脂涂料没有这样的毒性，而且更加安全，重涂性较好等特性，就从根本上解决了这个问题。 5.2 防腐蚀涂料 水性环氧涂料可以用作金属基底的防腐蚀涂料，不仅可以起到防止金属因为氧化而生锈的作用，还有起到装饰作用。环氧树脂结构中含有丰富的苯环和醚键，结构致密，使漆膜具有较好的耐化学药品性和耐油性，这使得环氧树脂本身具有防锈功能而不必借助于防锈颜料。

18、而且它具有环保和安全无毒 已经成功地在铁路机车、公共汽车、建筑桥梁、船舰饮水舱等地方被运用。5.3 胶粘剂与玻璃纤维浸润剂水性环氧树脂涂料的混合比要求不是特别严格,环氧基与胺活泼氢比例到达一定的要求 范围内均可固化,不需严格计量混配。作为胶粘剂,水性环氧树 脂可应用在新老混凝土的粘结、水泥预制品的修补和纸塑复合膜用胶粘剂等。铝箔在使用过程中容易遭受侵蚀,遇碱产生“白粉”或被氧化而锈蚀,缩短铝 箔的使用寿命,造成环境污染。空调亲水铝箔上的防腐涂层通常采用水性环氧涂 料,采用烘烤方式固化,厚度为 12m ,膜涂层具有良好附着力,

19、且能够耐强碱。5.4 家装涂料水性环氧涂料相比传统家装中铺地的木地板，地砖和作为墙面涂料的乳胶漆，具有以下优势：表面平整，色彩丰富，装饰性强;整体无缝，不起灰尘，容易清洗，能保持清洁无尘;耐磨损、抗机械冲击，经久耐用;施工方便，容易维修保养等。环氧涂料墙面处理有特殊的要求，尤其在厨房和卫生间，需要长期耐热水和热油的地方可以很好的应用，同时在客厅，墙面等都可以使用。6  结 语  随着各国的环保意识的日渐加强，环保型水性涂料必将成为涂料工业发展的主流方向之一。目前国内外对环氧树脂的水性化研究已趋于成熟,尤其是对反应型乳化剂 和接枝反应型的研究进展。寻找新型的固化剂或采用光固化技术,改善 交联度,改变涂层的硬度或柔韧性,缩短固化时间,提高涂层的光泽度是研究的一个方向，涂料的发展也会进入一个全面而崭新的阶段。&#