水性环氧树脂涂料主要包括两种组分:疏水性环氧树脂分散体系(乳液)和亲水性的胺类固化剂。
分类
水性环氧树脂涂料按环氧树脂树脂分散体系的物理状态可分为水乳性环氧树脂涂料和水溶性环氧树脂涂料。乳液型环氧树脂涂料主要由乳化剂乳化环氧树脂或自乳化环氧树脂和水溶性或乳液型固化剂组成。而水溶性环氧树脂涂料由水性改性环氧树脂或水溶性环氧树脂和相应的水溶性固化剂组成。按成膜时是否需要加热可分为室温固化型和烘烤型。室温固化型主要指采用胺或羧酸和环氧基团反应,而烘烤型环氧树脂的固化剂常为双氰胺(DICY)、酚醛树脂、脲醛树脂、水溶性氨基树脂或其他树脂等,主要通过固化剂和环氧树脂主体上的仲醇或侧链上的羟基等官能团反应,需要用酸进行催化交联。如按照储存时的组分来看,可分为单组分和双组分两大类。室温固化的水性环氧-胺、环氧-羧酸均为双组分,水溶性环氧树脂一般也为双组分,单组分比较少,如环氧改性丙烯酸乳液(自交联和非交联型)、环氧-酚醛乳液、环氧-DICY单组分乳液,还有采用环氧树脂为母体,丙烯酸类单体接枝共聚物组成自交联阴极电泳漆。
依据所用环氧树脂的不同,水性环氧树脂涂料还可以分为两类:第一类是建立在小分子量的液态环氧树脂上的,是以液态的EEW<250的双酚A/F环氧树脂为基的,固化剂作为树脂的乳化剂;第二类是建立在大分子量固态环氧树脂分散体系上的。
在第一类水性环氧树脂涂料体系中,固化剂不仅可以交联环氧树脂,而且还可作为环氧树脂的乳化剂,其固化剂和环氧树脂的相分离较少。涂料涂覆后,随着水分不断蒸发,乳胶粒之间逐渐形成紧密堆积。组分的低分子量和高扩散速率使得乳胶粒有良好的结合效果,从而形成相对整齐的涂膜结构。且所用液态环氧树脂具有刚性骨架,故所形成涂膜的强度较高,但是韧性和抗冲击性较差。为了克服不足,故设计了一种基于高分子量固态环氧树脂的水性环氧体系。
第二类体系表现出与常规溶剂型固态环氧树脂配方类似的施工和外观优点。高分子量树脂涂料的干燥时间短,具有比液态环氧树脂更低的交联度,提高了抗冲击强度;环氧基团浓度低,适用期更长,减少了胺固化剂的用量。
尽管第二类水性环氧树脂涂料体系较第一类有了很大进步,但是其耐腐蚀性和耐化学品性能仍然较弱。为了进一步提高水性环氧树脂涂料的综合性能,20世纪80年代末和90年代初,发展了一种基于中等分子量的多官能团环氧树脂分散体系和改性多胺加成物固化剂,该体系含有多种官能团,所以无须外加乳化剂即可分散于水中形成均匀乳液。改性多胺加成物中的伯胺基团一般用于改性,因此大大降低了固化剂的反应活性。且改性又可使固化剂与环氧树脂乳液的相容性进一步增加,有利于固化剂分子向环氧树脂乳液颗粒内部扩散,增加涂膜的交联密度,提高涂膜性能。
技术发展
水性环氧树脂的乳化技术经历了三代的发展:第一代乳化技术主要有直接乳化法、相反转法和外加乳化剂法。直接乳化法即机械法,用机械力将环氧树脂研碎后加入适量乳化剂,再通过高速搅拌将粒子分散于水中;或将环氧树脂与乳化剂均匀混合,加热到适当的温度,在高速搅拌下缓慢加水形成乳液。常用的乳化剂有聚氧乙烯烷芳基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酯等。此外,也可根据树脂的不同自制活性乳化剂。相反转法会使聚合物从W/O状态转变成O/W状态,故它是一种制备高分子树脂乳液的有效方法。绝大部分的高分子树脂借助于外加乳化剂的作用并通过物理乳化的方法。
第二代乳化技术主要是固化剂乳化法。通过扩链、接枝、成盐等反应,可以使多胺固化剂成为具有亲环氧分子结构的水分散型固化剂,同时可作为阳离子型乳化剂对环氧树脂进行乳化,两组分混合均匀后即可制成稳定的乳液。
第三代乳化技术主要是通过化学方法使环氧树脂具有自乳化的功能,又称化学法。在环氧树脂分子骨架上引入极性基团,使其具有亲水性,改性环氧树脂在不用外加乳化剂的情况下能自分散于水中形成乳液。这种方法制得的粒子粒径更细,也更均匀。尽管化学法制备步骤较多,成本偏高,但在某些领域更具有实用意义。
第三代乳化技术主要是通过化学方法使环氧树脂具有自乳化的功能,又称化学法。在环氧树脂分子骨架上引入极性基团,使其具有亲水性,改性环氧树脂在不用外加乳化剂的情况下能自分散于水中形成乳液。这种方法制得的粒子粒径更细,也更均匀。尽管化学法制备步骤较多,成本偏高,但在某些领域更具有实用意义。
应用领域
由于水性环氧树脂优异的性能和特点,它被广泛应用于屋顶防漏、机场跑道、高架桥路面加固、停车场、运动场、厂房地坪、墙体、船舶、甲板、地下室及仓库、航空母舰停机坪、隧道等各领域。