水性环氧树脂涂料的研究与发展.doc

2013届毕业论文毕业论文题目：水性环氧树脂涂料的研究与发展 学院： 常州工程职业技术学院 院系: 材料系 专业： 复合材料加工与应用 班级 学号： 姓名： 指导老师： 二OO七 年 十一 月第 2 页 共 10 页 2013届毕业论文目录摘要.3第一章、水性环氧树脂涂料概述.4 1.1水性环氧树脂涂料定义.4 1.2水性环氧树脂涂料性能与特点.4第二章、水性环氧树脂在涂料中的应用.4 2.2水性涂料.5 2.1.1 罐头内壁涂料.5 2.1.2 防腐蚀涂料.5 2.1.3 工业地坪涂料.6 2.2节 在建筑及其它领域的应用.6结语.7参考文献.8摘要近些年来，环境保护的要求日益迫切和严格,许多国家因此相继颁发了有关控制VO（挥发性有机化合物, Volatile Organic Compound）的法令。由于环保法规不断强化促使涂料工业加速发展，其中发展最快的是水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料，其中由于溶剂价格的上涨以及环境保护法规的限制，致使以水作为溶剂成为涂料发展的一个热点。开发既不含VOC(挥发性有机化合物, Volatile Organic Compound) 或不含HAP (有害空气污染物, Hazardous Air Pollutants)的系统成为新的研究方向,水性环氧树脂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。 关键词：环保、水性环氧树脂涂料、效益水性环氧树脂涂料的研究与发展1. 水性环氧树脂涂料概述 水性环氧树脂涂料被称作“绿色涂料”。绿色环保是当今世界的主题也是人类文明进步的表现。水性环氧树脂涂料具有有意的金属附着性和防腐蚀性，同时还有很好的化学稳定性和粘结性能，故水性环氧树脂涂料是目前各国研究的重点水性涂料【3】。 11水性环氧树脂涂料定义 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对底材的附着力强，耐化学药品性及电绝缘性能优异【4】。水性环氧树脂涂料由双组分构成：（1）疏水性环氧树脂分散体（乳液）；（2）亲水性的胺类固化剂【3】。 1.2水性环氧树脂涂料性能与特点【7】 由于环氧树脂分子结构中含有的环氧基、醚键、羟基以及苯环结构等特征基团对涂膜的最终性能起着重要的作用，使环氧涂料具有以下性能。(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。(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。(3)涂料品种的多样性与广泛的适应性。环氧树脂与环氧固化剂的品种都很多，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。水性环氧树脂涂料既保持了环氧树脂原有的优良性能，又具有很多特点【4】：（1）安全性良好；（2）溶剂是水，具有很好的经济性；（3）易清洗性；（4）对干燥程度要求不高，可以湿面施工；（5）重图性良好；（6）耐油。 第 2 章 水性环氧树脂在涂料中的应用 近年来，环境保护日益受到人们的重视，许多国家相继颁布了控制挥发性有机化合物(VOC)的法规，执行标准愈加严格，涂料向高固体分和水性涂料方向发展已成为涂料界的共识，其中水性涂料由于价廉、环保，是目前产量和需求量均占首位的新型涂料。水性涂料其中水性环氧树脂涂料由于其优良的特性，是发展最快的水性涂料品种之一，成为目前水性涂料中较为活跃的研究和开发领域之一。2.1节 水性涂料 水性涂料是一种以水为溶剂或分散介质的环境友好型涂料，这种涂料具有污染少使用安全的优点，随着聚合技术的发展，水性涂料的性能可以和传统的溶剂型涂料相媲美，因此越来越多的注意力在关注水性涂料。水性涂料成为现代涂料的主流，其含有机溶剂很少，没有污染，并且如何将纳米材料分散均匀，发挥其优异的特性，逐渐成为溶剂型涂料替代品之一，水性环氧树脂涂料的研制也变得非常活跃。水性环氧树脂涂料不但保持了溶剂型环氧树脂涂料的优点，而且具有自身的突出优势。表现在该混合体系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，广泛应用于食品罐头、蓄水箱及船舱内壁涂料、高性能的环境适应型地坪涂料以及钢铁和船舶的防腐蚀涂料等。据报道9，目前世界上有85%的涂料企业，都先后从事水性涂料，特别是水性环氧树脂涂料的研究、开发和生产。2.1.1 罐头内壁涂料粉末涂料和水性涂料已在罐头工业中获得广泛应用，但粉末涂料存在涂膜厚度大、回收率低、前期投资大和存在爆炸隐患等缺点。随着水性涂料的研究和使用越来越受到重视，水性环氧树脂涂料作为食品罐头的内壁涂料具有良好的性能而被广泛应用。施雪珍10等曾采用相反转法以非离子表面活性剂为乳化剂，对氨基苯甲酸改性后环氧树脂为原料研究制备了一种罐头用水性环氧涂料。2.1.2 防腐蚀涂料近年来，水性环氧涂料用作金属基底的防腐蚀涂料，已经成功地在铁路机车、公共汽车、建筑桥梁、船舰饮水舱、压载舱(煤焦油改性水性环氧涂料作防潮隔膜)以及核电站反应水池的钢结构上应用，具有环保和安全无毒的特点。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。该类涂料的研究开发，多采用接枝共聚的方法，例如江洪申11等人用环氧树脂、丙烯酸单体、过氧化异丙苯、过硫酸铵、及自制的聚合中间体合成水性环氧树脂。刘铁虎12等采用乳液聚合的方法，以苯乙烯、丙烯酸及其酯类作改性剂，用非离子和阴离子表面活性剂为混合乳化剂，过硫酸钾作引发剂进行乳液聚合，得到环氧树脂一丙烯酸树脂乳液。利用丙烯酸的羧基和环氧树脂的环氧基的交联反应，使涂料固化成膜。兼有丙烯酸树脂和环氧树脂的优点，既具有良好的耐水性、耐热性、耐光性，又具有良好的附着力、耐溶剂性。利用丙烯酸类改性环氧树脂，得到的产物水性乳液粒子较细，稳定性较好13，既具有环氧树脂的防腐性，又兼具丙烯酸树脂光泽、丰满度、耐候性好等特点，特别适用于罐头内壁涂料。2.1.3 工业地坪涂料工业地坪涂覆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、食品工业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，水性环氧树脂就从根本上解决了这个问题。2.2节 在建筑及其它领域的应用 环氧乳液水泥砂浆修补材料是由环氧树脂经乳化后与水泥、砂子、填料按一定比例配制而成的一种水泥砂浆，具有与混凝土、石材和瓷砖等多种材料的粘结力强、耐水、耐酸碱、耐冲刷、抗渗强度高、优异的耐冻融、防腐蚀等性能特点，适用于混凝土构建物的粘结与修补。环氧乳液水泥砂浆能在潮湿基面施工，在钢筋混凝土施工中，钢筋表面涂刷环氧乳液，可有效地预防钢筋的锈蚀，并可提高混凝土对钢筋的握裹力14。同时，由于环氧树脂在固化时的交联以及水泥的水合固化作用，这种砂浆固化时间短，自身机械强度高、耐久性好、施工方便，并具有可在潮湿和带水环境下粘结修补的优点。在大坝、水闸等水利工程和道路桥梁修补中应用较多，增强和防渗效果良好，可以在几个小时之内就不漏水。郑家军等15采用环氧树脂改性丙烯酸树脂进行乳液聚合，制得了水基型路面标线涂料。以水为载体，解决了常温溶剂型路面标线涂料VOC过高以及水性涂料自身的干结时间、耐水性能以及在施工中存在泛黄等问题。环氧树脂作为一种良好的凝胶剂，对各种浇注成型过程的影响也得到了较为广泛的研究。董满江等16研究了氧化锆凝胶浇注成型工艺中，水溶性环氧树脂凝胶剂对浆料的流变性和固化过程的影响。环氧树脂的加入增加了浆料的黏度，可制备出适合浇注的浆料。同时还研究了以水溶性环氧树脂为凝胶体系的SiC凝胶浇注成型，考察了水溶性环氧树脂对SiC浆料粘度和固化过程流变特性的影响。 三、结语 随着世界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令人欣喜。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、物理力学性能, 防止闪锈,将是今后研究的主要内容。参考文献：1张黎,舒武炳.水性环氧树脂涂料J.涂料技术与文摘,2003,（1）：1-3. 2刘波,杜春林.水性环氧树脂涂料的研究J.辽林化工，2006,35（8）：445-448. 3张心亚，魏霞，陈焕钦.水性涂料的最新研究进展J.涂料工业，2009,39（12）：17-27. 4吴小芳.水性环氧涂料J.上海建材,1999,（5）32. 5刘丽湘，温晓萌，蔡永源.水性环氧树脂涂料改性研究进展J.热固性树脂，2009,24（6）:55-58. 6张黎，舒武炳.水性环氧树脂涂料J，涂料技术与文摘，2003,24（1）:1-5. 7涂伟萍.水性涂料M. 北京市：化学工业出版社, 2005:266-311. 8刘守贵,李嘉,曾本忠,王家贵.水性环氧树脂及其涂料应用J. 化工新型材料,2008,36(11):9武龙，沈宁祥水性环氧树脂研究进展J化学与粘合.2001(6):26827810施雪珍，海特食品罐内壁涂料用水性环氧涂料的研制J涂料工业.2003，(12)：182111江洪申，陈安仁环氧树脂水性化及其在钢结构防腐蚀中的应用J化学建材.2004,(2)：102212刘铁虎，韩巨岩，邱俊新型水性防腐涂料的开发与研究J涂料工业.1999，(5)：313313H S Patel，K K Pancha1Novel unsaturated polyester amide resins ba