環(huán)保型環(huán)氧涂料的研究進(jìn)展及應(yīng)用

蘇義華

（黑龍江省化工研究院，黑龍江 哈爾濱150078）

綜 述

環(huán)保型環(huán)氧涂料的研究進(jìn)展及應(yīng)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(huán)氧涂料的研究進(jìn)展及應(yīng)用范圍；指出環(huán)保型環(huán)氧涂料是未來涂料的發(fā)展方向。

環(huán)保型；環(huán)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(duì)環(huán)境保護(hù)的愈發(fā)重視，環(huán)保型產(chǎn)品越來越受到普遍的關(guān)注。同時(shí)環(huán)保型涂料也是我國(guó)涂料產(chǎn)業(yè)政策確定的優(yōu)先發(fā)展品種，是環(huán)氧涂料主要發(fā)展方向和開發(fā)研究的熱點(diǎn)。環(huán)氧粉末涂料、水性環(huán)氧涂料和輻射固化涂料等是環(huán)保型涂料的典型代表。環(huán)保型環(huán)氧涂料具有優(yōu)異的防腐性、耐化學(xué)藥品性，具有高強(qiáng)度、耐磨損，以及無污染等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為未來涂料的發(fā)展趨勢(shì)。環(huán)保型環(huán)氧涂料廣泛應(yīng)用于石油化工、食品加工、鋼鐵、機(jī)械、交通運(yùn)輸、電力電子、海洋工程、地下設(shè)施和船舶工業(yè)等領(lǐng)域。

1 環(huán)氧涂料的性能特點(diǎn)

環(huán)氧涂料是一種具有高強(qiáng)度、耐磨損、耐化學(xué)藥品性、防介質(zhì)滲透性等性能特點(diǎn)的涂料，具有無接縫，質(zhì)地堅(jiān)實(shí)，耐藥品性佳，防腐，防水，防塵，保養(yǎng)方便，維護(hù)費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)氧涂料從開始時(shí)用于功能性涂料：如防腐、耐磨、防滑，發(fā)展到通用的普通工業(yè)涂料；除了具有功能性的要求，還具有裝飾性的效果。在工業(yè)涂料獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，隨著人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)已在家庭裝璜中得以推廣應(yīng)用。而且更重視環(huán)氧涂料的環(huán)保要求，開發(fā)研究出無污染的環(huán)保涂料，營(yíng)造無污染的生態(tài)環(huán)境，給人類社會(huì)帶來福音。

2 環(huán)氧涂料的研究進(jìn)展及應(yīng)用

環(huán)氧樹脂涂料以其性能優(yōu)異及應(yīng)用廣泛而聞名于世。目前，環(huán)氧涂料已成為涂料工業(yè)中的支柱產(chǎn)品之一。自建國(guó)以來，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的發(fā)展，作為為其配套的涂料，環(huán)氧樹脂涂料工業(yè)從一個(gè)極不引人注目的小行業(yè)逐步發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域必不可少的重要行業(yè)。

2.1 水性環(huán)氧涂料

由于溶劑型涂料中的有機(jī)溶劑給生態(tài)環(huán)境帶來的危害已經(jīng)日益警惕，用水替代有機(jī)溶劑制造水性涂料的要求更加迫切。水性環(huán)氧涂料包括水溶性環(huán)氧涂料和水乳化環(huán)氧涂料。通常在基料和固化劑分子中應(yīng)含有羧基、羥基、氨基、醚鍵和酰胺基等親水基團(tuán)，才能獲得水溶性或水乳化環(huán)氧涂料。水性環(huán)氧涂料的性能主要取決于配方的設(shè)計(jì)是否合理，而使用壽命的長(zhǎng)短主要取決于基材處理是否合格[1]。2.1.1 水溶性環(huán)氧涂料 環(huán)氧涂料的性能主要取決于配方的設(shè)計(jì)及原料的選擇，設(shè)計(jì)出合適的配方，然后對(duì)基料、固化劑、助溶劑、顏填料等的選擇更是至關(guān)重要的。我們?cè)谥扑苄原h(huán)氧涂料時(shí)，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(dāng)選用固化促進(jìn)劑，才能得到耐蝕性增強(qiáng)的水溶性環(huán)氧涂料。水性固化劑對(duì)水性環(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂，不需特別進(jìn)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(dāng)?shù)闹軇┠軌蛟黾踊显谒腥芙舛?、調(diào)節(jié)基料粘度、提高槽液穩(wěn)定性、改善流平性和涂膜外觀。選擇不同的顏填料會(huì)對(duì)分散性、穩(wěn)定性、體積濃度、酸堿性等產(chǎn)生很大的影響。

水溶性環(huán)氧涂料的主要特性是涂膜防介質(zhì)滲透能力強(qiáng)、耐蝕性優(yōu)異、具有良好的物理機(jī)械性及耐鹽霧性等。除在汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用外，還用于醫(yī)療器械、電器、輕工產(chǎn)品等領(lǐng)域。不論用在哪一領(lǐng)域，在進(jìn)行施工時(shí)，基材的處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，如基材處理不好，涂膜不僅附著力差，而且會(huì)發(fā)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(huán)氧涂料 水乳化環(huán)氧涂料的基料用合適的乳化劑將較低相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂乳化并保證在貯存和使用中具有良好的穩(wěn)定性，即選用基料的技術(shù)關(guān)鍵是選好乳化劑。通常采用低相對(duì)分子質(zhì)量液體環(huán)氧樹脂，使其分子中含有親水性基團(tuán)?？扇榛沫h(huán)氧樹脂有Epikote 255、E-4酮醛環(huán)氧樹脂、海因環(huán)氧樹脂、E-51環(huán)氧樹脂和甘油環(huán)氧樹脂等。要制成低粘度、穩(wěn)定的環(huán)氧樹脂乳液，就要選擇合適的添加劑，表面活性劑促進(jìn)基料與顏填料混合、改進(jìn)流動(dòng)性和貯存穩(wěn)定性，并能防止涂料包裝容器內(nèi)壁生銹。螯合劑能調(diào)節(jié)乳液的pH值，保證乳液穩(wěn)定性。消泡劑會(huì)有效地防止分散及攪拌過程中發(fā)泡，調(diào)整涂料及涂膜性能。選擇滿足在水中分散性、穩(wěn)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(fā)劑。對(duì)于水乳化環(huán)氧涂料中的水起到氫鍵給予體的固化促進(jìn)作用，但由于涂料中含水量較大，在常溫下從涂膜內(nèi)移走大量的水是目前正在設(shè)法解決的技術(shù)難題之一。

耐蝕性水乳化環(huán)氧涂料的細(xì)度25μm、凝膠時(shí)間2～4h，其許多性能可與普通溶劑型環(huán)氧涂料相當(dāng)，已取得成功地應(yīng)用。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有涂覆新澆注的混凝土，涂膜與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度高于混凝土自身的粘結(jié)強(qiáng)度，成功地防止混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕；水乳化環(huán)氧涂料作為底漆，比其他混凝土用涂料優(yōu)越；用Casamid 360作固化劑可有效防止混凝土機(jī)械損傷和化學(xué)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(huán)氧地坪涂料可用于啤酒廠、醫(yī)院、倉庫、化工廠、食品加工廠及具有腐蝕環(huán)境的地面保護(hù)等應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2 無溶劑型環(huán)氧涂料

涂料工業(yè)發(fā)展目標(biāo)是高性能化與低污染化的涂料品種取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料品種。液態(tài)無溶劑型環(huán)氧涂料是低污染化涂料品種之一。由于不含溶劑，無溶劑環(huán)氧涂料對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，亦無燃燒、爆炸危險(xiǎn)，同時(shí)性能上耐水、耐化學(xué)品腐蝕、耐酸堿、抗壓、耐磨、附著力好，對(duì)基材有足夠的保護(hù)作用。是現(xiàn)代工廠的理想涂料[4，5]。無溶劑環(huán)氧涂料與溶劑型固體環(huán)氧涂料相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：不污染環(huán)境；可在潮濕表面施工；固體含量接近100%，無溶劑環(huán)氧涂料每道涂覆很厚，顯著提高效率；交聯(lián)固化時(shí)無溶劑揮發(fā)，形成無孔涂膜，提供優(yōu)異的防腐蝕性、耐化學(xué)藥品性和電絕緣性；由于涂料絕大部分組分都轉(zhuǎn)化成涂膜，則每單位厚度涂膜成本相當(dāng)?shù)?。但由于涂料粘度較高，給涂裝帶來困難。這時(shí)就要選擇合適的稀釋劑，用于無溶劑環(huán)氧涂料的稀釋劑有活性稀釋劑和增量稀釋劑?？梢苑乐狗腔钚韵♂寗]發(fā)而產(chǎn)生涂膜缺陷[6]。

對(duì)于無溶劑環(huán)氧涂料的基料要求與高固體分環(huán)氧涂料基本相同。應(yīng)滿足低粘度、高密度值，涂膜內(nèi)極性化學(xué)鍵及基團(tuán)少等要求。采用脂肪族環(huán)氧樹脂或氫化雙酚A型環(huán)氧樹脂作基料時(shí)，會(huì)明顯改進(jìn)涂膜的耐候性、保光性及物理力學(xué)性能。還要選擇合適的固化劑、固化促進(jìn)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(huán)氧涂料，涂膜堅(jiān)韌耐磨，平坦亮麗，經(jīng)久耐用[7]。

無溶劑型環(huán)氧涂料應(yīng)用范圍極為廣泛，可用于艦船的飲水艙、自來水輸送系統(tǒng)、啤酒及飲料貯罐內(nèi)壁、航空電機(jī)轉(zhuǎn)子、變壓器線圈、化工廠、煤油車間及金屬部件涂裝保護(hù)等的專用涂料。

2.3 環(huán)氧粉末涂料

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，限制揮發(fā)性有機(jī)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(chǎn)量增長(zhǎng)速度超過了傳統(tǒng)型涂料。目前，國(guó)內(nèi)粉末涂料的產(chǎn)量占重要地位。隨著國(guó)內(nèi)各相關(guān)行業(yè)的發(fā)展要求，環(huán)氧粉末涂料不斷推出新產(chǎn)品、新設(shè)備和新涂裝技術(shù)，呈現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景[8]。

環(huán)氧粉末涂料不含任何有機(jī)溶劑，生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸、涂裝等過程中，不會(huì)給操作人員帶來傷害、對(duì)環(huán)境基本無污染；由于固體含量100%，則節(jié)省大量有機(jī)溶劑及能源資源。環(huán)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(duì)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(jī)械性好、耐腐蝕性和化學(xué)藥品性優(yōu)；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(huán)氧粉末涂料具有很好的涂裝適應(yīng)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(jìn)行施工；與底材有良好的適應(yīng)配套性。環(huán)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(huán)氧粉末涂料用于廚房用具、農(nóng)用機(jī)械、汽車零部件、化工設(shè)備、建筑材料、船舶設(shè)備、地下設(shè)施等的防銹、防腐蝕；電器開關(guān)柜、電子儀器及儀表、金屬箱柜等的裝飾性保護(hù)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或銅排的電絕緣防護(hù)。

環(huán)氧粉末涂料及其涂裝技術(shù)的不足之處：（1）從外觀上，施工不當(dāng)，易產(chǎn)生桔皮等弊??；（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(duì)設(shè)備要求高，無論制造和涂裝都需要較復(fù)雜、精密的設(shè)備，因此，設(shè)備投資較大；（5）不適于多品種、多花色的輪番更迭地生產(chǎn)，換品種、換顏色比較困難。

2.4 其它環(huán)氧涂料

2.4.1 功能性環(huán)氧涂料 我國(guó)功能性涂料經(jīng)歷了從無到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展過程。目前，已構(gòu)成功能性環(huán)氧涂料體系。隨著高科技產(chǎn)業(yè)和特殊行業(yè)的發(fā)展，對(duì)功能性涂料提出新要求。今后應(yīng)加大投入力度，開發(fā)技術(shù)含量高、品質(zhì)優(yōu)的適銷對(duì)路新型功能性環(huán)氧涂料。應(yīng)特別關(guān)注脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、功能性固化劑和特效助劑在功能性環(huán)氧涂料中的應(yīng)用。

2.4.2 罐用環(huán)氧涂料 我國(guó)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(yè)會(huì)持續(xù)高速發(fā)展。開發(fā)食品級(jí)環(huán)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、高品質(zhì)及高安全性作為保證條件；（2）保持包裝食品有長(zhǎng)久原味，同時(shí)應(yīng)減少因燃燒或加熱產(chǎn)生CO2的量；（3）所用環(huán)氧樹脂等組分都應(yīng)高純度、高穩(wěn)定性和特殊改性，保證涂膜優(yōu)異的防霉性和防腐性；（4）盡可能地減少有機(jī)溶劑的用量。2.4.3 防腐環(huán)氧涂料 除相關(guān)領(lǐng)域需要新型環(huán)氧防腐涂料外，船舶、海洋工程及海上構(gòu)筑物用防腐環(huán)氧涂料需求量會(huì)增大，前景誘人。二十一世紀(jì)是海洋開發(fā)利用的時(shí)代，我國(guó)是海洋開發(fā)利用的大國(guó)之一，海岸線長(zhǎng)達(dá)18000km，海洋經(jīng)濟(jì)將異軍突起，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，大量的海上及海岸工程的防腐問題急待解決。同時(shí)，石油化工、電力工程和建筑領(lǐng)域急需高質(zhì)量防腐涂料。

防腐環(huán)氧涂料發(fā)展趨勢(shì)：（1）無溶劑重防腐涂料、耐候耐蝕涂料和長(zhǎng)效防腐涂料配套體系；（2）重視低溫及水下固化的環(huán)氧防腐涂料開發(fā)應(yīng)用。環(huán)氧防腐涂料從溶劑型轉(zhuǎn)向少溶劑型、無溶劑型和水性化，是擺在涂料行業(yè)的重要任務(wù)。

3 結(jié)語

為了獲得高性能、無污染的環(huán)氧涂料，不但要重視涂料配方的設(shè)計(jì)，還要更加注重原材料的研究及開發(fā)。環(huán)氧樹脂體系的應(yīng)用技術(shù)已成為專業(yè)技術(shù)學(xué)科。在研究及開發(fā)新型環(huán)氧樹脂、固化劑及特效助劑的基礎(chǔ)上，不斷提高環(huán)氧涂料的產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。環(huán)氧涂料今后發(fā)展趨勢(shì)是，以應(yīng)用基礎(chǔ)研究作為環(huán)氧涂料的發(fā)展推動(dòng)力，堅(jiān)持涂料組分的低污染及高安全性、涂料產(chǎn)品的高品質(zhì)及功能性，抓住罐用涂料、防腐涂料、功能性涂料和環(huán)保型涂料等產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用，促進(jìn)環(huán)氧涂料體系的配套協(xié)調(diào)發(fā)展。有利于保證環(huán)保型環(huán)氧涂料獲得更大的發(fā)展及應(yīng)用。

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

［2］張景峰.環(huán)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(huán)氧地坪涂料施工技術(shù)［J］.2005，24：8.

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

［5］徐凱斌.高性能無溶劑環(huán)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(huán)氧地坪涂料的研制［J］.中國(guó)涂料,2001，（4）：44-46.

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

［8］南仁值.粉末涂料與涂裝技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)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(jí)工程師，主要從事高分子材料的研究及分析測(cè)試工作。