水性环氧树脂涂料工艺与性能以及应用

1、huaihai institute of technology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：学号：姓名：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 涂料行业具有重耍的发展与应用。同吋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冇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、耐化学药

2、品性能、涂膜收缩率小、，而口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i种环保型材 料，而且具有施工性好，可在室温和潮湿的坏境中固化，有合理的固化时间，并保证冇很高的交联密度，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。故水性坏氧树脂涂料町替代目前广泛使用的溶剂型涂料,

3、也符合社会坏 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水性环氧树脂坏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冇一定的亲水基团，如竣基， 疑基酰胺基等基团。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

4、后，加入乳化剂的水 溶液，通过机械搅拌将粒子均匀分散在水中；也可以将坏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z-o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和容性。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了中的环氧基反应，在交联固化成膜时会起反应。酰胺化 的多胺具

5、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，如各类醇醛、醇醯醋酸酯 和醇酯等，特别是那些对坏境不会产生污染的溶剂（如丙二醇甲醛等），加入 后可使水性环氧地坪涂料的最低成膜温度逐渐降低，冇利于固化凝结成膜。同 时共溶剂还能调节涂料体系的粘度，改善水性坏氧地坪涂料的流平性和最终涂 膜的外观。良好的共溶剂通常需满足以下条件：良好的水解稳定性；低的凝固点; 适中的挥发率

6、；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。述冇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屮， 也可以加在水性环氧固化剂组分屮。水乳性环氧涂料的颜填料，应该能够在水屮 分散并且能减少水相的ph值的变化，一般情况下，颜填料含有水溶性盐，这些 盐会慢慢的溶于水屮，从

7、而会冇一定的彩响，必要时可以通过预处理岀去。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，还可以捉高涂膜的机械 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，颜填料既可在环氧树脂组分屮分散，也可以在水性环氧 固化剂组分或在两个组分屮同时分散。颜填

8、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 浮色和发花现彖，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，润湿性较丼，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屮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

9、燥后产生各种表面缺陷，因此，配漆吋耍加入抑泡剂 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增稠剂壇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。冇些增 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。常用的增稠剂冇四 类:：无机増稠剂类、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

10、化温度(tg), 一旦颗粒变形与成膜 过程完成后，成膜助剂会从涂膜小挥发，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, 它最后从涂层小自行挥发。成膜助剂除有助于成膜性能外，述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z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工艺配方与设计1!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90 95固化剂（tmd）20 25共溶剂（二醇甲瞇）15去离子水90100抑泡剂0.1消泡剂0.3 0.5颜填料145165钛

11、白粉35增稠剂（纤维素瞇）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. 先将乳化剂屮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. 在中速下加入钛口粉和各利|颜填料，先高速分散到满足条件（大约lomin 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

12、能与特点水性环氧树脂涂料具冇优良的附着力和良好的耐腐蚀性能，也具冇很好的重 涂性，耐油性，安全性等特点，决定了它的应用丽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优良的附着力环氧树脂涂料具有优良附着力主要是由坏氧树脂的分子结构及其固化反应特点决定的。环氧树脂分子结构小具有环氧端基、轻基及瞇键等极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分了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、混凝土等基材表而能产生很强 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

13、附着力的降低。环氧树脂分了中含有仲轻基，固化时还会派生出一些轻基，轻基 z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 度茅别较小，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 小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z间的附着力影响很小。而且双酚a环氧树脂分了 主链上含有许多瞇键，醯键和碳碳键使环氧大分子链具有一定的柔顺性，便于分 了链的旋转，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屮含冇亲水的疑基、醋键以及固化剂屮的氨基等亲水性基团都会 影响到涂膜的耐水性，但双酚a环氧树脂分子屮的

14、两个苯环与一个亚丙基对疑基 与醸键具有屏蔽作用，从而保证了整个漆膜的耐水性。环氧树脂固化成膜后，由 于分子结构屮含有稳定的苯环和瞇键，分子结构乂较为紧密，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经济性水性坏氧涂料溶剂是水，用廉

15、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，耍在 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，仍然具冇很好的附着力。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

16、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z-o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

17、以起到防止金属凶为 氧化而牛锈的作用，还有起到装饰作用。环氧树脂结构屮含有丰富的苯环和储键, 结构致密，使漆膜具有较好的耐化学药品性和耐汕性，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。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耍求不是特别严格,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

18、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12呵，膜涂层具有良好附着力，且能够耐强 碱。5.4家装涂料水性环氧涂料相比传统家装屮铺地的木地板，地砖和作为墙而涂料的乳胶 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，需耍长期耐热 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z-o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