环保型环氧涂料的研究进展及应用

随着人们对环境保护的愈发重视,环保型产品越来越受到普遍的关注。同时环保型涂料也是我国涂料产业政策确定的优先发展品种,是环氧涂料主要发展方向和开发研究的热点。环氧粉末涂料、水性环氧涂料和辐射固化涂料等是环保型涂料的典型代表。环保型环氧涂料具有优异的防腐性、耐化学药品性,具有高强度、耐磨损,以及无污染等优点而逐渐成为未来涂料的发展趋势。环保型环氧涂料广泛应用于石油化工、食品加工、钢铁、机械、交通运输、电力电子、海洋工程、地下设施和船舶工业等领域。
 
1 环氧涂料的性能特点
环氧涂料是一种具有高强度、耐磨损、耐化学药品性、防介质渗透性等性能特点的涂料,具有无接缝,质地坚实,耐药品性佳,防腐,防水,防尘,保养方便,维护费用低廉等优点。环氧涂料从开始时用于功能性涂料:如防腐、耐磨、防滑,发展到通用的普通工业涂料;除了具有功能性的要求,还具有装饰性的效果。在工业涂料获得广泛应用的基础上,随着人们生活水平的不断提高,现已在家庭装璜中得以推广应用。而且更重视环氧涂料的环保要求,开发研究出无污染的环保涂料,营造无污染的生态环境,给人类社会带来福音。

2 环氧涂料的研究进展及应用

环氧树脂涂料以其性能优异及应用广泛而闻名于世。目前,环氧涂料已成为涂料工业中的支柱产品之一。自建国以来,伴随着国民经济各行业的发展,作为为其配套的涂料,环氧树脂涂料工业从一个极不引人注目的小行业逐步发展成为国民经济各领域必不可少的重要行业。
2.1 水性环氧涂料
由于溶剂型涂料中的有机溶剂给生态环境带来的危害已经日益警惕,用水替代有机溶剂制造水性涂料的要求更加迫切。水性环氧涂料包括水溶性环氧涂料和水乳化环氧涂料。通常在基料和固化剂分子中应含有羧基、羟基、氨基、醚键和酰胺基等亲水基团,才能获得水溶性或水乳化环氧涂料。水性环氧涂料的性能主要取决于配方的设计是否合理,而使用寿命的长短主要取决于基材处理是否合格[1]。
2.1.1 水溶性环氧涂料环氧涂料的性能主要取决于配方的设计及原料的选择,设计出合适的配方,然后对基料、固化剂、助溶剂、颜填料等的选择更是至关重要的。我们在制水溶性环氧涂料时,主要选用的基料有E- 20、E- 12、E- 35、亚麻油酸、豆油酸、脱水蓖麻油酸、顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸和甲叉丁二烯二酸等。要选择水溶性固化剂,并适当选用固化促进剂,才能得到耐蚀性增强的水溶性环氧涂料。水性固化剂对水性环氧涂料的性能具有很大的影响。早期的水性固化剂是一种改性的聚酰胺水溶液,在室温条件下不能乳化和固化环氧树脂;新一代水性固化剂是一种改性脂肪胺溶液,能在室温条件下乳化并固化普通的液体环氧树脂,不需特别进行处理就能够在潮湿混凝土表面一次性完成自流平的施工[ 2 ]。选择适当的助溶剂能够增加基料在水中溶解度、调节基料粘度、提高槽液稳定性、改善流平性和涂膜外观。选择不同的颜填料会对分散性、稳定性、体积浓度、酸碱性等产生很大的影响。水溶性环氧涂料的主要特性是涂膜防介质渗透能力强、耐蚀性优异、具有良好的物理机械性及耐盐雾性等。除在汽车工业中广泛应用外,还用于医疗器械、电器、轻工产品等领域。不论用在哪一领域,在进行施工时,基材的处理是一个重要的环节,如基材处理不好,涂膜不仅附着力差,而且会发生起泡、龟裂、泛白甚至脱落等问题,影响了美观性及使用寿命[3 ]。
2.1.2 水乳化环氧涂料水乳化环氧涂料的基料
用合适的乳化剂将较低相对分子质量环氧树脂乳化并保证在贮存和使用中具有良好的稳定性,即选用基料的技术关键是选好乳化剂。通常采用低相对分子质量液体环氧树脂,使其分子中含有亲水性基团。可乳化的环氧树脂有Epikote 255、E- 4 酮醛环氧树脂、海因环氧树脂、E- 51 环氧树脂和甘油环氧树脂等。要制成低粘度、稳定的环氧树脂乳液,就要选择合适的添加剂,表面活性剂促进基料与颜填料混合、改进流动性和贮存稳定性,并能防止涂料包装容器内壁生锈。螯合剂能调节乳液的pH值,保证乳液稳定性。消泡剂会有效地防止分散及搅拌过程中发泡,调整涂料及涂膜性能。选择满足在水中分散性、稳定性并减小水相的pH值变化的颜填料。固化剂要选择含活泼氢化合物用作加成固化剂,以及叔胺化合物用作聚合固化引发剂。对于水乳化环氧涂料中的水起到氢键给予体的固化促进作用,但由于涂料中含水量较大,在常温下从涂膜内移走大量的水是目前正在设法解决的技术难题之一。耐蚀性水乳化环氧涂料的细度25μm、凝胶时间2~4h,其许多性能可与普通溶剂型环氧涂料相当,已取得成功地应用。其主要应用领域有涂覆新浇注的混凝土,涂膜与混凝土的粘结强度高于混凝土自身的粘结强度,成功地防止混凝土结构的腐蚀;水乳化环氧涂料作为底漆,比其他混凝土用涂料优越;用Casamid 360 作固化剂可有效防止混凝土机械损伤和化学药品腐蚀;这种涂料用于核电站,易于除去放射性污染;涂覆在钢材表面上,有良好的防腐蚀效果。作为面漆,也取得良好的防腐蚀作用。水性半光环氧地坪涂料可用于啤酒厂、医院、仓库、化工厂、食品加工厂及具有腐蚀环境的地面保护等应用领域。
 
2.2 无溶剂型环氧涂料
涂料工业发展目标是高性能化与低污染化的涂料品种取代传统的溶剂型涂料品种。液态无溶剂型环氧涂料是低污染化涂料品种之一。由于不含溶剂,无溶剂环氧涂料对环境不会造成污染,亦无燃烧、爆炸危险,同时性能上耐水、耐化学品腐蚀、耐酸碱、抗压、耐磨、附着力好,对基材有足够的保护作用。是现代工厂的理想涂料[4,5 ]。无溶剂环氧涂料与溶剂型固体环氧涂料相比,具有以下优势:不污染环境;可在潮湿表面施工;固体含量接近100%,无溶剂环氧涂料每道涂覆很厚,显著提高效率;交联固化时无溶剂挥发,形成无孔涂膜,提供优异的防腐蚀性、耐化学药品性和电绝缘性;由于涂料绝大部分组分都转化成涂膜,则每单位厚度涂膜成本相当低。但由于涂料粘度较高,给涂装带来困难。这时就要选择合适的稀释剂,用于无溶剂环氧涂料的稀释剂有活性稀释剂和增量稀释剂。可以防止非活性稀释剂挥发而产生涂膜缺陷[6 ]。对于无溶剂环氧涂料的基料要求与高固体分环氧涂料基本相同。应满足低粘度、高密度值,涂膜内极性化学键及基团少等要求。采用脂肪族环氧树脂或氢化双酚A型环氧树脂作基料时,会明显改进涂膜的耐候性、保光性及物理力学性能。还要选择合适的固化剂、固化促进剂、稀释剂、表面活性剂、增塑剂等。以合适的配方制备的无溶剂环氧涂料,涂膜坚韧耐磨,平坦亮丽,经久耐用[7 ]。无溶剂型环氧涂料应用范围极为广泛,可用于舰船的饮水舱、自来水输送系统、啤酒及饮料贮罐内壁、航空电机转子、变压器线圈、化工厂、煤油车间及金属部件涂装保护等的专用涂料。

2.3 环氧粉末涂料

随着人们环保意识的增强,限制挥发性有机溶剂排放量的呼声高涨,作为高性能化及低污染化的粉末涂料倍受青睐,其产量增长速度超过了传统型涂料。目前,国内粉末涂料的产量占重要地位。随着国内各相关行业的发展要求,环氧粉末涂料不断推出新产品、新设备和新涂装技术,呈现广阔应用前景[ 8]。环氧粉末涂料不含任何有机溶剂,生产、贮存、运输、涂装等过程中,不会给操作人员带来伤害、对环境基本无污染;由于固体含量100%,则节省大量有机溶剂及能源资源。环氧粉末涂料熔融粘度较低,流平性好、涂膜外观平整、基本上无针孔和缩孔等缺陷;对金属等底材的附着力好、涂膜硬度高、耐划伤性好;涂膜的物理机械性好、耐腐蚀性和化学药品性优;涂料的配色性好、固化剂品种选择范围宽,可以配制有光、无光、闪光、花纹和锤纹等各花色品种。环氧粉末涂料具有很好的涂装适应性,可采用静电喷涂、流化床浸涂、静电流化床浸涂和火焰喷涂等涂装方法进行施工;与底材有良好的适应配套性。环氧粉末涂料一次涂装就可得到50~300μm厚的涂膜;没被涂覆的粉末可回收再利用,减少涂料损失,利用率大于95%。环氧粉末涂料用于厨房用具、农用机械、汽车零部件、化工设备、建筑材料、船舶设备、地下设施等的防锈、防腐蚀;电器开关柜、电子仪器及仪表、金属箱柜等的装饰性保护;电动机转子或铜排的电绝缘防护。环氧粉末涂料及其涂装技术的不足之处:(1)从外观上,施工不当,易产生桔皮等弊病;(2)烧烤固化温度较高,通常要高于140℃,不适合耐热性差的底材,有待降低烧烤温度;(3)不易获得较薄的涂膜;(4)对设备要求高,无论制造和涂装都需要较复杂、精密的设备,因此,设备投资较大;(5)不适于多品种、多花色的轮番更迭地生产,换品种、换颜色比较困难。
 
2.4 其它环氧涂料
2.4.1 功能性环氧涂料我国功能性涂料经历了从无到有、从弱到强的发展过程。目前,已构成功能性环氧涂料体系。随着高科技产业和特殊行业的发展,对功能性涂料提出新要求。今后应加大投入力度,开发技术含量高、品质优的适销对路新型功能性环氧涂料。应特别关注脂环族环氧树脂、功能性固化剂和特效助剂在功能性环氧涂料中的应用。
2.4.2 罐用环氧涂料我国有12 亿多人口,随着人民生活水平提高、食品罐头、易拉罐和食品贮存容器等制造业会持续高速发展。开发食品级环氧树脂涂料方兴未艾,前途无量。新型罐用涂料的要求:(1)以符合卫生标准、高品质及高安全性作为保证条件;(2)保持包装食品有长久原味,同时应减少因燃烧或加热产生CO2的量;(3)所用环氧树脂等组分都应高纯度、高稳定性和特殊改性,保证涂膜优异的防霉性和防腐性;(4)尽可能地减少有机溶剂的用量。
2.4.3 防腐环氧涂料除相关领域需要新型环氧防腐涂料外,船舶、海洋工程及海上构筑物用防腐环氧涂料需求量会增大,前景诱人。二十一世纪是海洋开发利用的时代,我国是海洋开发利用的大国之一,海岸线长达18000km,海洋经济将异军突起,成为新的经济增长点,大量的海上及海岸工程的防腐问题急待解决。同时,石油化工、电力工程和建筑领域急需高质量防腐涂料。防腐环氧涂料发展趋势:(1)无溶剂重防腐涂料、耐候耐蚀涂料和长效防腐涂料配套体系;(2)重视低温及水下固化的环氧防腐涂料开发应用。环氧防腐涂料从溶剂型转向少溶剂型、无溶剂型和水性化,是摆在涂料行业的重要任务。

3 结语

为了获得高性能、无污染的环氧涂料,不但要重视涂料配方的设计,还要更加注重原材料的研究及开发。环氧树脂体系的应用技术已成为专业技术学科。在研究及开发新型环氧树脂、固化剂及特效助剂的基础上,不断提高环氧涂料的产品质量,扩大应用领域。环氧涂料今后发展趋势是,以应用基础研究作为环氧涂料的发展推动力,坚持涂料组分的低污染及高安全性、涂料产品的高品质及功能性,抓住罐用涂料、防腐涂料、功能性涂料和环保型涂料等产品的开发应用,促进环氧涂料体系的配套协调发展。有利于保证环保型环氧涂料获得更大的发展及应用。
 

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注