水性环氧涂料体系的最新研究进展

水性环氧涂料体系的最新研究进展
董艳春 刘洪珠 赵兴顺 赵洪良 高达
（大连振邦氟涂料股份有限公司 , 辽宁大连 116036 ）
摘要：简述了水性环氧涂料体系的发展以及环氧树脂和固化剂的水性化方法，介绍了水性环氧涂料的固化机理和用途。
关键词 : 水性环氧树脂乳液；水性环氧固化剂；水性环氧涂料；成膜机理
0 前 言
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 H e n k e l 公司的水性环氧树脂系列 W A T E R P O X Y 1 4 0 1 、 1 4 5 5 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。本文就水性环氧涂料的发展、水性环氧树脂乳液和固化剂的制备方法、固化机理及应用进行了系统阐述。
1 水性环氧涂料体系的发展
水性环氧树脂第一代产品是直接用乳化剂进行乳化 , 第二代水性环氧体系是采用水溶性固化剂乳化油溶性环氧树脂 ; 第三代水性环氧体系是由美国壳牌公司多年研究开发成功的 , 这一体系的环氧树脂和固化剂都接上了非离子型表面活性剂 , 由其配制的涂料涂膜可达到或超过溶剂型涂料的涂膜性能指标。此前国内推出的多种水性环氧体系技术仍停留在第二代的水平上 , 由其配制的涂料产品在使用上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。
2 环氧体系水性化技术
2.1 水性环氧树脂乳液
水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定分散体系。由于环氧树脂本身不溶于水 , 不能直接加水进行乳化 , 因而要制得水性环氧树脂乳液 , 必须设法在其分子链中引入有亲水作用的分子链段或者加入亲水组分。根据制备方法的不同 , 环氧树脂水性化主要有以下 2 种方法：外加乳化剂法、自乳化法。
2.1.1 外加乳化剂法
这是一种利用外加乳化剂使环氧树脂乳化而形成水包油型（ O/W ）乳液的方法 , 主要实施方法有机械法、相反转法和改性固化剂乳化法。
2.1.1 .1 机械法
机械法是将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末 , 在加热条件下加入乳化剂水溶液 , 通过激烈的机械搅拌即可制得水性环氧树脂乳液。所采用的乳化剂较多是聚氧乙烯烷基醚（ HLB 值为 10.8 ～ 16.5 ）、聚氧乙烯烷基酯（ HLB 值为 9.0 ～ 16.5 ）及聚氧乙烯烷芳基醚（ HLB 值为 10.9 ～ 19.5) 等。该法优点是工艺简单 , 所需乳化剂的用量少 , 但乳液中环氧树脂分散相微粒的粒径较大 , 约 50 μ m, 粒子形状不规则 , 粒度分布较宽 , 乳液稳定性及成膜性差。
2.1.1 .2 相反转法
相反转法是一种制备高分子树脂乳液较为有效的方法 , 几乎可将所有的高分子树脂借助于外加乳化剂作用并通过物理乳化的方法制得相应的乳液。相反转指多组分体系中的连续相在一定条件下相互转化的过程 , 如在油 / 水 / 乳化剂体系中 , 其连续相由水相向油相（或从油相向水相）的转变 , 在连续相转变区 , 体系的界面张力最低 , 因而分散相的尺寸最小。通过相反转法将高分子树脂乳化为乳液 , 其分散相的平均粒径一般为 1 ～ 2 μ m, 稳定性相对较好。该乳化过程可在室温环境下进行 , 对高分子质量固体环氧树脂 , 则需要加少量有机溶剂并加热以降低其本体黏度 , 继而再进行转换和乳化。国内外对相反转法研究都比较多 , 如杨振忠等用双酚 A 环氧树脂与聚乙二醇（ PEG ）等反应 , 合成多嵌段共聚物 PEG-(EP-PEG)3-EP-PEG, 用它作为乳化剂采用相反转法制得环氧树脂乳液 , 并对相反转机理和相反转技术进行了深入研究 ; 陈永等用端甲氧基聚乙二醇 - 马来酸酐 -E-44 多元共聚物合成非离子型水性环氧树脂乳化剂 , 并以相反转技术乳化环氧树脂 E-44, 得到环氧树脂乳液。