環保型環氧涂料的研究進展及應用

蘇義華

（黑龍江省化工研究院，黑龍江 哈爾濱150078）

綜 述

環保型環氧涂料的研究進展及應用

蘇義華

（黑龍江省化工研究院，黑龍江 哈爾濱150078）

本文主要介紹了環氧涂料的研究進展及應用范圍；指出環保型環氧涂料是未來涂料的發展方向。

環保型；環氧涂料；性能；無溶劑型；功能性

Abstract:This paper mainly introduced the epoxy coating research progress and application scope,Epoxy coating is thatenvironmental protection coating of future development direction.

Key words:environmental protection;epoxy coating;performance;without solvent;functional

隨著人們對環境保護的愈發重視，環保型產品越來越受到普遍的關注。同時環保型涂料也是我國涂料產業政策確定的優先發展品種，是環氧涂料主要發展方向和開發研究的熱點。環氧粉末涂料、水性環氧涂料和輻射固化涂料等是環保型涂料的典型代表。環保型環氧涂料具有優異的防腐性、耐化學藥品性，具有高強度、耐磨損，以及無污染等優點而逐漸成為未來涂料的發展趨勢。環保型環氧涂料廣泛應用于石油化工、食品加工、鋼鐵、機械、交通運輸、電力電子、海洋工程、地下設施和船舶工業等領域。

1 環氧涂料的性能特點

環氧涂料是一種具有高強度、耐磨損、耐化學藥品性、防介質滲透性等性能特點的涂料，具有無接縫，質地堅實，耐藥品性佳，防腐，防水，防塵，保養方便，維護費用低廉等優點。環氧涂料從開始時用于功能性涂料：如防腐、耐磨、防滑，發展到通用的普通工業涂料；除了具有功能性的要求，還具有裝飾性的效果。在工業涂料獲得廣泛應用的基礎上，隨著人們生活水平的不斷提高，現已在家庭裝璜中得以推廣應用。而且更重視環氧涂料的環保要求，開發研究出無污染的環保涂料，營造無污染的生態環境，給人類社會帶來福音。

2 環氧涂料的研究進展及應用

環氧樹脂涂料以其性能優異及應用廣泛而聞名于世。目前，環氧涂料已成為涂料工業中的支柱產品之一。自建國以來，伴隨著國民經濟各行業的發展，作為為其配套的涂料，環氧樹脂涂料工業從一個極不引人注目的小行業逐步發展成為國民經濟各領域必不可少的重要行業。

2.1 水性環氧涂料

由于溶劑型涂料中的有機溶劑給生態環境帶來的危害已經日益警惕，用水替代有機溶劑制造水性涂料的要求更加迫切。水性環氧涂料包括水溶性環氧涂料和水乳化環氧涂料。通常在基料和固化劑分子中應含有羧基、羥基、氨基、醚鍵和酰胺基等親水基團，才能獲得水溶性或水乳化環氧涂料。水性環氧涂料的性能主要取決于配方的設計是否合理，而使用壽命的長短主要取決于基材處理是否合格[1]。2.1.1 水溶性環氧涂料 環氧涂料的性能主要取決于配方的設計及原料的選擇，設計出合適的配方，然后對基料、固化劑、助溶劑、顏填料等的選擇更是至關重要的。我們在制水溶性環氧涂料時，主要選用的基料有E-20、E-12、E-35、亞麻油酸、豆油酸、脫水蓖麻油酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸和甲叉丁二烯二酸等。要選擇水溶性固化劑，并適當選用固化促進劑，才能得到耐蝕性增強的水溶性環氧涂料。水性固化劑對水性環氧涂料的性能具有很大的影響。早期的水性固化劑是一種改性的聚酰胺水溶液，在室溫條件下不能乳化和固化環氧樹脂；新一代水性固化劑是一種改性脂肪胺溶液，能在室溫條件下乳化并固化普通的液體環氧樹脂，不需特別進行處理就能夠在潮濕混凝土表面一次性完成自流平的施工[2]。選擇適當的助溶劑能夠增加基料在水中溶解度、調節基料粘度、提高槽液穩定性、改善流平性和涂膜外觀。選擇不同的顏填料會對分散性、穩定性、體積濃度、酸堿性等產生很大的影響。

水溶性環氧涂料的主要特性是涂膜防介質滲透能力強、耐蝕性優異、具有良好的物理機械性及耐鹽霧性等。除在汽車工業中廣泛應用外，還用于醫療器械、電器、輕工產品等領域。不論用在哪一領域，在進行施工時，基材的處理是一個重要的環節，如基材處理不好，涂膜不僅附著力差，而且會發生起泡、龜裂、泛白甚至脫落等問題，影響了美觀性及使用壽命[3]。

2.1.2 水乳化環氧涂料 水乳化環氧涂料的基料用合適的乳化劑將較低相對分子質量環氧樹脂乳化并保證在貯存和使用中具有良好的穩定性，即選用基料的技術關鍵是選好乳化劑。通常采用低相對分子質量液體環氧樹脂，使其分子中含有親水性基團。可乳化的環氧樹脂有Epikote 255、E-4酮醛環氧樹脂、海因環氧樹脂、E-51環氧樹脂和甘油環氧樹脂等。要制成低粘度、穩定的環氧樹脂乳液，就要選擇合適的添加劑，表面活性劑促進基料與顏填料混合、改進流動性和貯存穩定性，并能防止涂料包裝容器內壁生銹。螯合劑能調節乳液的pH值，保證乳液穩定性。消泡劑會有效地防止分散及攪拌過程中發泡，調整涂料及涂膜性能。選擇滿足在水中分散性、穩定性并減小水相的pH值變化的顏填料。固化劑要選擇含活潑氫化合物用作加成固化劑，以及叔胺化合物用作聚合固化引發劑。對于水乳化環氧涂料中的水起到氫鍵給予體的固化促進作用，但由于涂料中含水量較大，在常溫下從涂膜內移走大量的水是目前正在設法解決的技術難題之一。

耐蝕性水乳化環氧涂料的細度25μm、凝膠時間2～4h，其許多性能可與普通溶劑型環氧涂料相當，已取得成功地應用。其主要應用領域有涂覆新澆注的混凝土，涂膜與混凝土的粘結強度高于混凝土自身的粘結強度，成功地防止混凝土結構的腐蝕；水乳化環氧涂料作為底漆，比其他混凝土用涂料優越；用Casamid 360作固化劑可有效防止混凝土機械損傷和化學藥品腐蝕；這種涂料用于核電站，易于除去放射性污染；涂覆在鋼材表面上，有良好的防腐蝕效果。作為面漆，也取得良好的防腐蝕作用。水性半光環氧地坪涂料可用于啤酒廠、醫院、倉庫、化工廠、食品加工廠及具有腐蝕環境的地面保護等應用領域。

2.2 無溶劑型環氧涂料

涂料工業發展目標是高性能化與低污染化的涂料品種取代傳統的溶劑型涂料品種。液態無溶劑型環氧涂料是低污染化涂料品種之一。由于不含溶劑，無溶劑環氧涂料對環境不會造成污染，亦無燃燒、爆炸危險，同時性能上耐水、耐化學品腐蝕、耐酸堿、抗壓、耐磨、附著力好，對基材有足夠的保護作用。是現代工廠的理想涂料[4，5]。無溶劑環氧涂料與溶劑型固體環氧涂料相比，具有以下優勢：不污染環境；可在潮濕表面施工；固體含量接近100%，無溶劑環氧涂料每道涂覆很厚，顯著提高效率；交聯固化時無溶劑揮發，形成無孔涂膜，提供優異的防腐蝕性、耐化學藥品性和電絕緣性；由于涂料絕大部分組分都轉化成涂膜，則每單位厚度涂膜成本相當低。但由于涂料粘度較高，給涂裝帶來困難。這時就要選擇合適的稀釋劑，用于無溶劑環氧涂料的稀釋劑有活性稀釋劑和增量稀釋劑。可以防止非活性稀釋劑揮發而產生涂膜缺陷[6]。

對于無溶劑環氧涂料的基料要求與高固體分環氧涂料基本相同。應滿足低粘度、高密度值，涂膜內極性化學鍵及基團少等要求。采用脂肪族環氧樹脂或氫化雙酚A型環氧樹脂作基料時，會明顯改進涂膜的耐候性、保光性及物理力學性能。還要選擇合適的固化劑、固化促進劑、稀釋劑、表面活性劑、增塑劑等。以合適的配方制備的無溶劑環氧涂料，涂膜堅韌耐磨，平坦亮麗，經久耐用[7]。

無溶劑型環氧涂料應用范圍極為廣泛，可用于艦船的飲水艙、自來水輸送系統、啤酒及飲料貯罐內壁、航空電機轉子、變壓器線圈、化工廠、煤油車間及金屬部件涂裝保護等的專用涂料。

2.3 環氧粉末涂料

隨著人們環保意識的增強，限制揮發性有機溶劑排放量的呼聲高漲，作為高性能化及低污染化的粉末涂料倍受青睞，其產量增長速度超過了傳統型涂料。目前，國內粉末涂料的產量占重要地位。隨著國內各相關行業的發展要求，環氧粉末涂料不斷推出新產品、新設備和新涂裝技術，呈現廣闊應用前景[8]。

環氧粉末涂料不含任何有機溶劑，生產、貯存、運輸、涂裝等過程中，不會給操作人員帶來傷害、對環境基本無污染；由于固體含量100%，則節省大量有機溶劑及能源資源。環氧粉末涂料熔融粘度較低，流平性好、涂膜外觀平整、基本上無針孔和縮孔等缺陷；對金屬等底材的附著力好、涂膜硬度高、耐劃傷性好；涂膜的物理機械性好、耐腐蝕性和化學藥品性優；涂料的配色性好、固化劑品種選擇范圍寬，可以配制有光、無光、閃光、花紋和錘紋等各花色品種。環氧粉末涂料具有很好的涂裝適應性，可采用靜電噴涂、流化床浸涂、靜電流化床浸涂和火焰噴涂等涂裝方法進行施工；與底材有良好的適應配套性。環氧粉末涂料一次涂裝就可得到50～300μm厚的涂膜；沒被涂覆的粉末可回收再利用，減少涂料損失，利用率大于95%。環氧粉末涂料用于廚房用具、農用機械、汽車零部件、化工設備、建筑材料、船舶設備、地下設施等的防銹、防腐蝕；電器開關柜、電子儀器及儀表、金屬箱柜等的裝飾性保護；電動機轉子或銅排的電絕緣防護。

環氧粉末涂料及其涂裝技術的不足之處：（1）從外觀上，施工不當，易產生桔皮等弊病；（2）燒烤固化溫度較高，通常要高于140℃，不適合耐熱性差的底材，有待降低燒烤溫度；（3）不易獲得較薄的涂膜；（4）對設備要求高，無論制造和涂裝都需要較復雜、精密的設備，因此，設備投資較大；（5）不適于多品種、多花色的輪番更迭地生產，換品種、換顏色比較困難。

2.4 其它環氧涂料

2.4.1 功能性環氧涂料 我國功能性涂料經歷了從無到有、從弱到強的發展過程。目前，已構成功能性環氧涂料體系。隨著高科技產業和特殊行業的發展，對功能性涂料提出新要求。今后應加大投入力度，開發技術含量高、品質優的適銷對路新型功能性環氧涂料。應特別關注脂環族環氧樹脂、功能性固化劑和特效助劑在功能性環氧涂料中的應用。

2.4.2 罐用環氧涂料 我國有12億多人口，隨著人民生活水平提高、食品罐頭、易拉罐和食品貯存容器等制造業會持續高速發展。開發食品級環氧樹脂涂料方興未艾，前途無量。新型罐用涂料的要求：（1）以符合衛生標準、高品質及高安全性作為保證條件；（2）保持包裝食品有長久原味，同時應減少因燃燒或加熱產生CO2的量；（3）所用環氧樹脂等組分都應高純度、高穩定性和特殊改性，保證涂膜優異的防霉性和防腐性；（4）盡可能地減少有機溶劑的用量。2.4.3 防腐環氧涂料 除相關領域需要新型環氧防腐涂料外，船舶、海洋工程及海上構筑物用防腐環氧涂料需求量會增大，前景誘人。二十一世紀是海洋開發利用的時代，我國是海洋開發利用的大國之一，海岸線長達18000km，海洋經濟將異軍突起，成為新的經濟增長點，大量的海上及海岸工程的防腐問題急待解決。同時，石油化工、電力工程和建筑領域急需高質量防腐涂料。

防腐環氧涂料發展趨勢：（1）無溶劑重防腐涂料、耐候耐蝕涂料和長效防腐涂料配套體系；（2）重視低溫及水下固化的環氧防腐涂料開發應用。環氧防腐涂料從溶劑型轉向少溶劑型、無溶劑型和水性化，是擺在涂料行業的重要任務。

3 結語

為了獲得高性能、無污染的環氧涂料，不但要重視涂料配方的設計，還要更加注重原材料的研究及開發。環氧樹脂體系的應用技術已成為專業技術學科。在研究及開發新型環氧樹脂、固化劑及特效助劑的基礎上，不斷提高環氧涂料的產品質量，擴大應用領域。環氧涂料今后發展趨勢是，以應用基礎研究作為環氧涂料的發展推動力，堅持涂料組分的低污染及高安全性、涂料產品的高品質及功能性，抓住罐用涂料、防腐涂料、功能性涂料和環保型涂料等產品的開發應用，促進環氧涂料體系的配套協調發展。有利于保證環保型環氧涂料獲得更大的發展及應用。

［1］狄寧宇，等.水性環氧樹脂涂料的最新研究進展［J］.絕緣材料，2009，42（4）：27-30.

［2］張景峰.環氧地坪涂料中的固化劑淺述這［J］.山東化工，2002，31（5）：11-13.

［3］周義華.水性環氧地坪涂料施工技術［J］.2005，24：8.

［4］常玉，梁劍鋒，劉戎志.無溶劑環氧自流平地坪涂料技術探討［J］.涂料工業，2005，35（12）：50-54.

［5］徐凱斌.高性能無溶劑環氧地坪涂料［J］.上海涂料，1999，（2）：4-6.

［6］張濤，胡志濱，趙軍.厚漿型自流平環氧地坪涂料的研制［J］.中國涂料,2001，（4）：44-46.

［7］徐凱斌.厚膜環氧自流平工業地坪涂料的研制［J］.化學建材，1999，（11）：25-27.

［8］南仁值.粉末涂料與涂裝技術［M］.北京：化學工業出版社，2000.

Research progress and application of environmental epoxy coating

SU Yi-hua（Heilongjiang Provincial Chemical Engineering Institute,Harbin 150078,China）

TQ630.7

A

1002-1124（2011）02-0049-03

2010-10-26

蘇義華（1972-），女，本科，高級工程師，主要從事高分子材料的研究及分析測試工作。