水性環(huán)氧樹脂涂料工藝與性能以及應(yīng)用

1、huaihai institute of technology電子專題報(bào)告題目：水性環(huán)氧樹脂涂料工藝與性能以及應(yīng)用學(xué)院:化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：材料化學(xué)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績：2016年7月水性環(huán)氧樹脂涂料工藝與性能以及應(yīng)用摘 要：水性環(huán)氧樹脂涂料由雙組分疏水性環(huán)氧樹脂分散體（乳液）和親水性的 胺類固化劑構(gòu)成。因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能特點(diǎn)，在各行各業(yè)都有舉足輕重的地位，在 涂料行業(yè)具有重耍的發(fā)展與應(yīng)用。同吋也會(huì)成為涂料行業(yè)中研究的熱點(diǎn)，會(huì)帶來 巨大的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧涂料；原料體系；試劑；性能與特點(diǎn)；應(yīng)用1引言水性環(huán)氧樹脂涂料不僅冇溶劑型環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)，如極高的附著力、固化涂 膜的耐腐蝕性、耐化學(xué)藥

2、品性能、涂膜收縮率小、，而口不含有機(jī)溶劑或揮發(fā)性 有機(jī)化合物含量較低，能很好地滿足人們對(duì)環(huán)境保護(hù)及安全生產(chǎn)的迫切要求。同 時(shí)以水作為分散介質(zhì)，價(jià)格低廉、無氣味、不燃，大大提高了儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用 過程中的安全，不會(huì)造成空氣污染。并且水性環(huán)氧樹脂涂料不僅是i種環(huán)保型材 料，而且具有施工性好，可在室溫和潮濕的壞境中固化，有合理的固化時(shí)間，并保證冇很高的交聯(lián)密度，對(duì)施工環(huán)境要求不高，清洗方便，施工工 具可用水直接清洗。廣泛應(yīng)用于高清潔度工業(yè)場所，如食品廠、電子廠、制藥廠、 化妝品廠等的室內(nèi)涂裝，高抗?jié)B性防水涂層、木質(zhì)家具、地板及金屬材料的防腐 涂料等。故水性壞氧樹脂涂料町替代目前廣泛使用的溶劑型涂料,

3、也符合社會(huì)壞 保理念，在當(dāng)今社會(huì)具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2 原料體系水性環(huán)氧涂料是有水性環(huán)氧樹脂改性聚酰胺樹脂及其它輔助材料配置而成 的，附著力強(qiáng)，耐化學(xué)藥品性及電絕緣性能優(yōu)異。水性環(huán)氧樹脂涂料體系主要由 水性環(huán)氧樹脂，固化劑，顏填料和助劑。其中助劑包括成膜助劑、分散劑、消泡 劑、抑泡劑、防凍劑、流平劑等試劑。2.1水性環(huán)氧樹脂壞氧樹脂本身不溶于水，不能直接加水進(jìn)行乳化，因此要制備符合要求的水 性環(huán)氧樹脂乳液，通常所用的方法是使環(huán)氧基料帶冇一定的親水基團(tuán)，如竣基， 疑基酰胺基等基團(tuán)。才能獲得水溶性或者水乳化的環(huán)氧體系，可以通過乳化法使 環(huán)氧樹脂水性化。直接乳化法是指環(huán)氧樹脂在球磨機(jī)中磨碎

4、后，加入乳化劑的水 溶液，通過機(jī)械攪拌將粒子均勻分散在水中；也可以將壞氧樹脂和乳化劑直接混 合，加熱到適當(dāng)?shù)臏囟群筮M(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌過程中逐漸加水，形成乳液。而且 直接乳化法的成本低廉、制備工藝簡單。但是是制備的水性環(huán)氧樹脂分散體系穩(wěn) 定性較差，且分散相顆粒的尺寸較大。2.2固化劑水性環(huán)氧固化劑是決定水性環(huán)氧地坪涂料最終性能的關(guān)鍵組分z-o作為 水性環(huán)氧樹脂的固化劑，應(yīng)能夠較好地溶解或分散在水中，而且在水中能夠穩(wěn)定 存在，與環(huán)氧樹脂要有良好的和容性。常用的水性環(huán)氧固化劑大多為多元胺或其改性產(chǎn)物，利用其分子中胺基上 的活潑氫與環(huán)氧樹脂分了中的環(huán)氧基反應(yīng)，在交聯(lián)固化成膜時(shí)會(huì)起反應(yīng)。酰胺化 的多胺具

5、有一定的水溶性或水可分散性，無需借助于助溶劑或乳化劑的作用就 可獲得一定范圍的水可稀釋性，從而可以用作水性環(huán)氧樹脂的固化劑，酰胺化的 多胺具有表面活性劑的作用，且固化劑分子中含有表面活性鏈段，能將低分子 量環(huán)氧樹脂直接乳化。2.3共溶劑共溶劑（又叫成膜助劑）通常是揮發(fā)很慢的溶劑，如各類醇醛、醇醯醋酸酯 和醇酯等，特別是那些對(duì)壞境不會(huì)產(chǎn)生污染的溶劑（如丙二醇甲醛等），加入 后可使水性環(huán)氧地坪涂料的最低成膜溫度逐漸降低，冇利于固化凝結(jié)成膜。同 時(shí)共溶劑還能調(diào)節(jié)涂料體系的粘度，改善水性壞氧地坪涂料的流平性和最終涂 膜的外觀。良好的共溶劑通常需滿足以下條件：良好的水解穩(wěn)定性；低的凝固點(diǎn); 適中的揮發(fā)率

6、；高效的凝結(jié)效率。在一般情況下，共溶劑的添加量按基料的15% 左右考慮，在溫度較低的季節(jié)施工，共溶劑的加入量可適當(dāng)增加以得到更好的 涂膜效果2.4顏填料水性環(huán)氧涂料的著色宜選用那些耐化學(xué)藥品性能和耐候性較好的無機(jī)顏料 或其水性色漿。水性環(huán)氧地坪涂料配制時(shí)填料的選擇原則是采用低吸油量、細(xì)度 適中、性能穩(wěn)定的填料。述冇考慮到水性環(huán)氧固化劑呈弱堿性，應(yīng)避免采用酸性 的顏填料。水性環(huán)氧地坪涂料是雙組分涂料，顏填料既可加到環(huán)氧樹脂組分屮， 也可以加在水性環(huán)氧固化劑組分屮。水乳性環(huán)氧涂料的顏填料，應(yīng)該能夠在水屮 分散并且能減少水相的ph值的變化，一般情況下，顏填料含有水溶性鹽，這些 鹽會(huì)慢慢的溶于水屮，從

7、而會(huì)冇一定的彩響，必要時(shí)可以通過預(yù)處理岀去。填料的用量和品種對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料的最終性能影響很大，適量的加入不 僅能降低水性環(huán)氧地坪涂料的成本，縮短涂膜表干時(shí)間，還可以捉高涂膜的機(jī)械 強(qiáng)度、耐磨性、光澤和遮蓋力，減少涂料固化時(shí)的體積收縮，并賦予涂料良好的 貯存穩(wěn)定性；但過量加入則會(huì)增加水性涂料的粘度，導(dǎo)致涂料的流平性變差，涂 膜的表面效果變差。通過選擇適宜的品種和加入適當(dāng)?shù)挠昧浚梢再x予環(huán)氧涂料 良好的涂膜性能，從而適應(yīng)不同情況的需要，從而取得更佳的效果。2.5其他添加助劑2.5.1分散劑對(duì)于水性環(huán)氧涂料，顏填料既可在環(huán)氧樹脂組分屮分散，也可以在水性環(huán)氧 固化劑組分或在兩個(gè)組分屮同時(shí)分散。顏填

8、料在環(huán)氧樹脂組分中分散會(huì)受到環(huán) 氧樹脂粘度的限制，顏填料的用量不能加的太多，分散效率較低，為避免產(chǎn)生 浮色和發(fā)花現(xiàn)彖，通常需加入分散劑來防止顏料的絮凝，從而克服因顏填料絮 凝引起的浮色和發(fā)花。2.5.2潤濕流平劑因?yàn)樗谋砻鎻埩^高，潤濕性較丼，特別是有油脂殘余的表面更難以 潤濕，這時(shí)應(yīng)加入潤濕流平劑來提高其潤濕性，同時(shí)也改善了涂料的流平性。2.5.3抑泡劑和消泡劑水性環(huán)氧固化劑組分屮配漆會(huì)因?yàn)榘饭袒瘎┑拇嬖?，降低了表面張力而容?存在夾帶空氣的問題，水性環(huán)氧地坪涂料的配制和施工也不可避免的會(huì)帶入空 氣，同時(shí)加入潤濕流平劑之類的表面活性劑也很容易造成泡沫，泡沫會(huì)對(duì)施工 過程產(chǎn)生影響，使涂膜在于

9、燥后產(chǎn)生各種表面缺陷，因此，配漆吋耍加入抑泡劑 和消泡劑，通常在分散前加入抑泡劑來減少形成泡沫的可能，分散后再加入消 泡劑來消除混入的氣體，這樣才能使水性環(huán)氧地坪涂料在涂裝時(shí)形成光滑平整 的表面。2.5.4增稠劑壇稠劑能調(diào)節(jié)乳膠涂料的粘度或流變性，易于形成均勻的涂料組分。冇些增 稠劑還可改善涂料的觸變性，使得便于施工，減少滴流和流掛。水性涂料以水作 為分散介質(zhì)，粘度通常都較低，常需要加入一定量的增稠劑。常用的增稠劑冇四 類:：無機(jī)増稠劑類、纖維素類、聚丙烯酸類、聚氨酯類。2.5.5成膜助劑成膜助劑又稱凝聚劑、聚結(jié)劑，通常為高沸點(diǎn)溶劑，成膜助劑的作用如同一 種“臨時(shí)”增塑劑，用以降低聚合物的玻璃

10、化溫度(tg), 一旦顆粒變形與成膜 過程完成后，成膜助劑會(huì)從涂膜小揮發(fā)，從而使聚合物tg值恢復(fù)至初始值。成 膜助劑的最大先決條件就是在干燥過程中，水分揮發(fā),而成膜助劑仍留在涂層中, 它最后從涂層小自行揮發(fā)。成膜助劑除有助于成膜性能外，述有降低涂料凍結(jié)溫度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作為涂料的防凍劑使用。除此z外，成膜助 劑對(duì)涂料濕膜性能如流平性、抗流掛性及展色性都有一定的影響。3工藝配方與設(shè)計(jì)1!3.1配方原料配方如下:原料名稱質(zhì)量（g）原料名稱質(zhì)量（g）環(huán)氧樹脂90 95固化劑（tmd）20 25共溶劑（二醇甲瞇）15去離子水90100抑泡劑0.1消泡劑0.3 0.5顏填料145165鈦

11、白粉35增稠劑（纖維素瞇）適量乳化劑（分兩份）a. 101.5； b. 0. 75備注：其他試劑分散劑，防腐劑，防老劑等適量3.2水性環(huán)氧涂料的工藝a. 先將乳化劑屮a份與環(huán)氧樹脂混合，用機(jī)械攪拌使其成為水性環(huán)氧乳液；b. 將水性固化劑水和少量抑泡劑和其他需要的試劑加到料筒中，攪拌直至水 性環(huán)氧固化劑溶解均勻；c. 在中速下加入鈦口粉和各利|顏填料，先高速分散到滿足條件（大約lomin 左右），然后進(jìn)行砂磨，直到細(xì)度小于50um為止；d. 過濾后在中速下緩慢加入水性環(huán)氧固化劑，加完后再攪拌；e. 用增稠劑調(diào)節(jié)色漆粘度，并在低速下加入消泡劑，攪拌幾分鐘，到達(dá)標(biāo)準(zhǔn) 后進(jìn)行包裝。4水性環(huán)氧樹脂涂料性

12、能與特點(diǎn)水性環(huán)氧樹脂涂料具冇優(yōu)良的附著力和良好的耐腐蝕性能，也具冇很好的重 涂性，耐油性，安全性等特點(diǎn)，決定了它的應(yīng)用麗景和成為研究的熱點(diǎn)，被在各 行各業(yè)所運(yùn)用。4.1水性環(huán)氧涂料性能4.1優(yōu)良的附著力環(huán)氧樹脂涂料具有優(yōu)良附著力主要是由壞氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)及其固化反應(yīng)特點(diǎn)決定的。環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)小具有環(huán)氧端基、輕基及瞇鍵等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的存在使環(huán)氧樹脂分了與相鄰界面產(chǎn)生電磁吸附 或化學(xué)鍵，因此環(huán)氧樹脂涂料涂膜與金屬、木材、混凝土等基材表而能產(chǎn)生很強(qiáng) 的黏結(jié)力。環(huán)氧涂料在交聯(lián)固化成膜中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較低：涂料在成膜過程中， 很多因素都會(huì)導(dǎo)致涂膜內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生而造成涂膜的最終缺陷，尤其是涂膜對(duì)底材

13、附著力的降低。環(huán)氧樹脂分了中含有仲輕基，固化時(shí)還會(huì)派生出一些輕基，輕基 z間將產(chǎn)生氫鍵締合作用使環(huán)氧樹脂分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂在固化前后密 度茅別較小，而且環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)主要是逐步開環(huán)的加成聚合反應(yīng)，在反應(yīng) 小無小分子的副產(chǎn)物生成，因此環(huán)氧樹脂的固化收縮率很低，因此環(huán)氧樹脂涂 料在固化成膜時(shí)對(duì)涂膜/界面z間的附著力影響很小。而且雙酚a環(huán)氧樹脂分了 主鏈上含有許多瞇鍵，醯鍵和碳碳鍵使環(huán)氧大分子鏈具有一定的柔順性，便于分 了鏈的旋轉(zhuǎn)，可消除部分內(nèi)應(yīng)力。4.1.2良好的耐化學(xué)腐蝕性能環(huán)氧樹脂屮含冇親水的疑基、醋鍵以及固化劑屮的氨基等親水性基團(tuán)都會(huì) 影響到涂膜的耐水性，但雙酚a環(huán)氧樹脂分子屮的

14、兩個(gè)苯環(huán)與一個(gè)亞丙基對(duì)疑基 與醸鍵具有屏蔽作用，從而保證了整個(gè)漆膜的耐水性。環(huán)氧樹脂固化成膜后，由 于分子結(jié)構(gòu)屮含有穩(wěn)定的苯環(huán)和瞇鍵，分子結(jié)構(gòu)乂較為緊密，因此對(duì)化學(xué)介質(zhì)有 較好的穩(wěn)定性。4.1.3涂料品種的多樣性與廣泛的適應(yīng)性環(huán)氧樹脂與環(huán)氧固化劑的品種都很多，可以通過改變配方以適應(yīng)于不同的 施工條件與應(yīng)用環(huán)境，使環(huán)氧涂料表現(xiàn)出品種的多樣性與應(yīng)用的靈活性。4.2水性環(huán)氧樹脂涂料特點(diǎn)4.2.1安全性良好水性環(huán)氧涂料不含有有機(jī)溶劑，在生產(chǎn)過程和施工過程，不會(huì)發(fā)生溶劑中毒 事故，也不會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸事故，這樣就可以在存儲(chǔ)，運(yùn)輸，施工等方面減少 了防爆防毒設(shè)施。4.2.2經(jīng)濟(jì)性水性壞氧涂料溶劑是水，用廉

15、價(jià)的水代替了有機(jī)溶劑，節(jié)約了有機(jī)溶劑的使 用，同時(shí)節(jié)約了費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。4.2.3易清洗性水性環(huán)氧涂料所用到刷子，容器只需要水以及肥皂就能清洗干凈，既經(jīng)濟(jì)又 方便。然而溶劑型環(huán)氧涂料裝用的用具的清洗比較困難，必須要用較強(qiáng)的溶劑進(jìn) 行清洗，這樣對(duì)于有害的溶劑，可能會(huì)對(duì)人造成一定的傷害，同時(shí)也比較麻煩， 增加了操作過程，也不經(jīng)濟(jì)。4.2.4重涂性水性環(huán)氧涂料的重涂性較溶劑型的重涂性好，溶劑型涂料的重涂性差，耍在 一定的期限內(nèi)重新涂，否則其附著力會(huì)較低。但是水性環(huán)氧涂料避免了這樣的情 況，可以在較長的時(shí)間后進(jìn)行重涂，仍然具冇很好的附著力。4.2.5耐油性和濕施工性水性環(huán)氧涂料耐各種油類，不受其影

16、響。同時(shí)對(duì)底材的干燥程度要求不高， 能在潮濕的底材表面進(jìn)行涂裝，更加方便簡潔。5應(yīng)用5.1作為工業(yè)涂料地坪涂覆是水性環(huán)氧樹脂涂料的重要用途z-o水性環(huán)氧氣味小，涂層表面 易于清洗，特別適用于醫(yī)院、食品工業(yè)和化妝品廠等需要保持高度清潔的場所。 如需二次裝修，不影響重涂性，新老涂層仍保持良好的粘性。另外，對(duì)于一些空 間狹小、空氣流通不通暢的地下建筑，如隧道、地下倉庫、地下車間，溶劑型環(huán) 氧樹脂在施工時(shí)，由于溶劑無法揮發(fā)，且毒性很大，難以運(yùn)用，水性環(huán)氧樹脂涂 料沒有這樣的毒性，而且更加安全，重涂性較好等特性，就從根本上解決了這個(gè) 問題。5.2防腐蝕涂料水性環(huán)氧涂料可以用作金屬基底的防腐蝕涂料，不僅可

17、以起到防止金屬兇為 氧化而牛銹的作用，還有起到裝飾作用。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)屮含有豐富的苯環(huán)和儲(chǔ)鍵, 結(jié)構(gòu)致密，使漆膜具有較好的耐化學(xué)藥品性和耐汕性，這使得環(huán)氧樹脂本身具有 防銹功能而不必借助于防銹顏料。而且它具有環(huán)保和安全無毒已經(jīng)成功地在鐵 路機(jī)車、公共汽車、建筑橋梁、船艦飲水艙等地方被運(yùn)用。5.3膠粘劑與玻璃纖維浸潤劑水性環(huán)氧樹脂涂料的混合比耍求不是特別嚴(yán)格,環(huán)氧基與胺活潑氫比例到達(dá) 一定的要求范圍內(nèi)均可固化，不需嚴(yán)格計(jì)量混配。作為膠粘劑，水性環(huán)氧樹脂可應(yīng) 用在新老混凝土的粘結(jié)、水泥預(yù)制品的修補(bǔ)和紙塑復(fù)合膜用膠粘劑等。鋁箔在使用過程中容易遭受侵蝕，遇堿產(chǎn)生“白粉”或被氧化而銹蝕，縮短 鋁箔的使用壽

18、命，造成環(huán)境污染?？照{(diào)親水鋁箔上的防腐涂層通常采用水性環(huán)氧 涂料，采用烘烤方式固化，厚度為12呵，膜涂層具有良好附著力，且能夠耐強(qiáng) 堿。5.4家裝涂料水性環(huán)氧涂料相比傳統(tǒng)家裝屮鋪地的木地板，地磚和作為墻而涂料的乳膠 漆，具有以下優(yōu)勢(shì)：表面平整，色彩豐富，裝飾性強(qiáng);整體無縫，不起灰塵，容 易清洗，能保持清潔無塵;耐磨損、抗機(jī)械沖擊，經(jīng)久耐用;施工方便，容易維修 保養(yǎng)等。環(huán)氧涂料墻面處理有特殊的要求，尤其在廚房和衛(wèi)生間，需耍長期耐熱 水和熱油的地方可以很好的應(yīng)用，同時(shí)在客廳，墻面等都可以使用。6 結(jié)語隨著各國的環(huán)保意識(shí)的日漸加強(qiáng)，環(huán)保型水性涂料必將成為涂料工業(yè)發(fā)展的 主流方向z-o目前國內(nèi)外對(duì)環(huán)氧樹脂的水性化研究已趨于成熟，尤其是對(duì)反應(yīng) 型乳化劑和接枝反應(yīng)型的研究進(jìn)展。尋找新型的固化劑或采用光固化技術(shù)，改 善交聯(lián)度，改變涂層的硬度或柔韌性，縮短固化時(shí)間,提高涂層的光澤度是研究的 一個(gè)方向，涂料的發(fā)展也