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水性环氧涂料
  访问人数:23    更新时间:2020/5/15 16:22:16    收藏此页

 

水性环氧涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料。水性环氧涂料包括水溶性环氧涂料和水乳化涂料。水溶性涂料常常也称为电泳涂料,即树脂溶于水后形成均匀胶体溶液,若树脂离子带电荷,在直流电作用下,胶体粒子可用电泳

分类

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按分散体系可以分为:
1) 水溶性环氧涂料 水溶性环氧又可分为水溶性阴离子树脂涂料(阳极电泳涂料)和水溶性阳离子树脂涂料(阴极电泳涂料)。常采用水溶性固化剂三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂和异氰酸酯封闭物等。
a) 水溶性阴离子树脂涂料的树脂由羟基含量较高的环氧树脂与酸、酸酐反应,再与胺中和得到水溶性阴离子型树脂。
b) 水溶性阳离子树脂涂料的树脂是由环氧树脂与胺加成,再引入半封闭的多异氰酸酯作交联剂,最后用酸中和而得到。
2) 水乳性环氧涂料 水乳型环氧涂料是采用合适乳化剂将较低相对分子质量的环氧树脂乳化,并使其具有良好的储存和使用稳定性。实用中常温固化型者大多是水乳化涂料。
类型
树脂形态
固化剂形式
1
液体或乳液
水溶性胺
2
固体水分散体
水溶性胺
3
液体/固体的乳液
酸或胺官能团的丙烯分散体
4
液体或乳液
胺分散体
5
固体分散体
胺分散体

特点

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① 水性环氧涂料省资源、低污染 水性环氧涂料以水代替有机溶剂。水性环氧涂料的水的来源广泛,可节省大量资源,在生产、运输、涂装过程中,基本上无污染物产生、无火灾危险,因而有益于保护生态环境。
② 水性环氧涂料被涂物件表面经除油、除锈、磷化处理后,不必完全干燥即可涂装。水性环氧涂料当采用电沉积施工时,对被涂物件表面处理有更严格的要求。施工设备、工具均可用水清洗。
③ 水性环氧涂料电泳涂料采用自动化电沉积施工法,涂装效率高于喷、刷、淋、浸等施工方法,涂装质量稳定、产生弊病较少;其他水性环氧涂料可采用喷、刷、浸等施工方法。
④ 水性环氧涂料中有大量的亲水基团,应着力改进涂膜的耐蚀性。水性环氧涂料对于室温干燥的水性环氧涂料,应采取有效措施,保证在规定时间内释放出涂膜内的水。这是水性环氧涂料配方设计、生产和涂装过程中值得关注的课题。

制备

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根据制备方法的不同,水性环氧树脂的制备方法主要有机械法、相反转法、固化剂乳化法和化学改性法。
1. 机械法也称直接乳化法,通常是将环氧树脂用球磨机、胶体磨、均质器等磨碎,然后加入乳化剂水溶液,再通过超声振荡、高速搅拌将粒子分散于水中,或将环氧树脂与乳化剂混合,加热到一定温度,在激烈搅拌下逐渐加入水而形成环氧树脂乳液。机械法制备水性环氧树脂乳液的优点是工艺简单、成本低廉、所需乳化剂的用量较少。但是,此方法制备的乳液中环氧树脂分散相微粒的尺寸较大,约10μm左右,粒子形状不规则,粒度分布较宽,所配得的乳液稳定性一般较差,并且乳液的成膜性能也不太好,而且由于非离子表面活性剂的存在,会影响涂膜的外观和一些性能。
2. 相反转法即通过改变水相的体积,将聚合物从油包水(w/o)状态转变成水包油(O/W)状态,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的作用通过物理乳化的方法制得相应的乳液。相反转原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,当连续相从油相向水相(或从水相向油相)转变时,在连续相转变区,体系的界面张力最小,因而此时的分散相的尺寸最小。通过相反转法将高分子树脂乳化为乳液,制得的乳液粒径比机械法小,稳定性也比机械法好,其分散相的平均粒径一般为l~2μm。
3. 固化剂乳化法是不外加乳化剂,而是利用具有乳化效果的固化剂来乳化环氧树脂。这种具有乳化性质的固化剂一般是改性的环氧树脂固化剂,它既具有固化,又具有乳化低相对分子质量液体环氧树脂的功能。乳化型固化剂一般是环氧树脂-多元胺加成物。在普通多元胺固化剂中引入环氧树脂分子链段,并采用成盐的方法来改善其亲水亲油平衡值,使其成为具有与低相对分子质量液体环氧树脂相似链段的水可分散性固化剂。由于固化剂乳化法中使用的乳化剂同时又是环氧树脂的固化剂,因此固化所得漆膜的性能比需外加乳化剂的机械法和相反转化法要好。
4. 化学改性法又称自乳化法,是水性环氧树脂的主要制备方法。化学改性法是通过打开环氧树脂分子中的部分环氧键,引入极性基团,或者通过自由基引发接枝反应,将极性基团引入环氧树脂分子骨架中,这些亲水性基团或者具有表面活性作用的链段能帮助环氧树脂在水中分散。由于化学改性法是将亲水性的基团通过共价键直接引入到环氧树脂的分子中,因此制得的乳液稳定,粒子尺寸小,多为纳米级。化学改性法引入的亲水性基团可是以阴离子、阳离子或非离子的亲水链段。
非离子型水性环氧树脂:非离子型水性环氧树脂可分为乳化剂乳化的非离子型水性环氧树脂体系、自乳化非离子型水性环氧树脂体系和非离子型水性环氧固化剂体系。用化学改性法制备的非离子型自乳化水性环氧树脂乳液由于只含亲水性聚氧乙烯链段,不含阴/阳离子基团,因此乳液对pH的变化适应性强,同时涂膜的柔韧性及耐水性也有较大的提升。故改性非离子型水性环氧树脂体系的开发将成为水性环氧涂料领域新的研究热点。

应用范围

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1)混凝土封闭底漆 水性环氧树脂涂料可在湿的或新浇注的混凝土表面施工,对混凝土表面有良好的附着力,可以封闭混凝土毛细管的水汽,并可防止泛碱,适合作为混凝土封闭底漆。在封闭底漆上面可施工溶剂型或水性环氧地坪涂料。
2)工业地坪涂料 工业地坪涂装方面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、食品厂、超市、乳品厂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附性。
3)木器漆 采用的水性环氧树脂涂料为双组分体系,涂膜固化后具有较高的硬度和良好的抗刮伤性,配成清漆可用于木质地板,替代市场上广泛使用的溶剂型聚氨酯水晶地板漆和聚酯家具漆,配成色漆可替代溶剂型环氧树脂和聚氨酯磁漆,用于厨房、家具和机械设备等。
4)防腐涂料 水性环氧树脂防腐涂料现已商品化的有水性环氧铁红防锈漆、水性环氧磷酸锌防锈漆、水性环氧富锌底漆和水性环氧云母防锈漆,水性环氧防锈漆性能较市场上常见的苯丙、乙丙水乳型防锈漆和水性环氧酯防锈漆性能有很大提高,在国外是发展最快的水性涂料。经过较长时间的发展,水性环氧防腐蚀涂料已经应用到溶剂型环氧防腐蚀涂料所涉及的领域,国外甚至已将水性环氧防腐涂料列入重防腐涂料的范畴。
5)防水材料和防渗堵漏材料 水性环氧树脂涂料与水泥、沙子配合使用可用作防水材料,环氧的交联网络和水泥的水合固化使得该防水材料具有良好的防渗堵漏效果。可用于屋顶地面的裂缝修补,数小时后就可不漏水。
6)水泥砂浆修补材料 环氧乳液水泥砂浆修补材料是一种聚合物水泥砂浆,与水泥、沙子等多种材料有良好的配伍性和粘结性、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。
7)胶粘剂 水性环氧树脂涂料的混合比要求不是特别严格,一般在环氧基与胺氢比例为0.7:1~1.3:1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膜用胶粘剂等。
8)玻璃纤维浸润剂 环氧树脂分子中的极性羟基和醚键对玻璃纤维表面有很强的粘附性,对玻璃纤维有良好的保护功能和集束性。并且环氧树脂作为成膜剂与其他组分配合,有利于浸润剂的稳定储存。国外水性环氧树脂乳液在玻纤浸润剂中的应用已比较成熟。
9)铝箔用防腐底漆 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,不但缩短铝箔的使用寿命,还造成环境污染。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,要求1-2μm的防腐干膜涂层有良好附着力,且能够耐强碱。上海绿嘉的水性环氧涂料可比较成功地应用在这个领域。
10)核设施用涂料 水性环氧树脂涂料以水作为分散介质,不含挥发性有机溶剂或含量很低,不燃,储存、运输和使用过程中的安全性很高,而且固化后形成的涂膜很容易去除放射性污染,而且水性环氧良好的复涂性可以方便核电站的多次装修。国外很多国家已批准水性环氧树脂涂料用于核电站内部。

施工工艺

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以水性环氧地坪为例

基层处理

基层混凝土含水率≤15%,表面抗压强度>C25,表面强度>1.5MPa。彻底清除基层表面的油污、灰尘等,凹凸不平之处需进行铲除、填补和打磨,确保清理后基层表面平整。

施工环境

温度在10℃以上,相对湿度<85%。

施工流程

基层检验修补-打磨-封闭底漆施工-中间漆施工-打磨、清洗-腻子找平-面漆施工-检验-保养

养护

面层实干需要24h,在此期间应进行封闭,以免影响表面洁净、光滑的效果。72h后方可上人,7d后方可达到最佳使用效果(气温25℃为准,低温情况下,开放时间需适当延长)。

发展历史

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第一代室温固化水性环氧树脂涂料 Casmide 360
液体环氧树脂和经过成盐的水溶性胺类固化剂混合,使得液体树脂以乳液形式水性化。不适用金属物件上,其耐腐蚀能力较差,可配成零VOC型,液体树脂有良好的施工性,流变性和无须助溶剂就能达到良好的聚结。
特点:乳液稳定、均匀;低固含量时粘度较高(稀释峰值问题);施工期限较短;施工期限内粘度逐渐上升;胶凝开始后不会发生相分离;施工期限内得到的涂膜平整、硬度高、高光;通常不能用于金属基体;慢干,长期耐湿和耐腐蚀性较差。
第二代室温固化水性环氧涂料
固体环氧树脂水分散体和改性胺加成物组成。长适用期(6-8hr),较短的干燥时间(4-6hr),良好的耐腐蚀性;由于其分子量较高。因此可配成,快干型,长适用期型;相对疏水性的胺固化剂,常需要加入一定量的溶剂去帮助乳液的聚结。
第三代室温固化水性环氧树脂涂料
基于中高分子量、多官能团环氧树脂水分散体和改性胺加成物固化剂。通过多官能团的环氧树脂和多官能团的固化剂来提高交联密度。树脂是高分子量型,干燥速度快于第二代和第一代。能配成低VOC型,耐蚀性可与溶剂型体系相媲美。金属基体用涂料,底漆和磁漆的VOC均只有144~300g/l。长期的耐腐蚀性,耐溶剂性,耐磨擦、柔韧性和对各种不同的基材良好的附着力。常可用于水泥腻子和通用底材用面漆、底漆、中涂和工业维护用以及汽车修补漆的底漆和水线以上海洋用漆。 [1] 
在工件表面放电沉积。

 
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