【中国涂料采购网】： 董晓宁1 赵海福2 赵强3 张爱琴1
(1.天水师范学院生命科学与化学学院，甘肃天水740001
2.甘肃农业大学动物医学院，甘肃兰州7300703.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁810001)
【摘要】通过对水性环氧树脂涂料和粉末型环氧树脂涂料的研制方法和影响制备因素的介绍，讨论了环氧树脂涂料的研制、分类、特性及组成，总结了环氧树脂涂料的应用现状，并对其发展前景做了展望。
【关键词】环氧树脂 涂料 研制 应用
引言
环氧树脂是1930年由瑞士Pierre Castan和美国SOGreenlee合成的。1947年先是美国Devoeand Reynolds，后是壳牌公司取得瑞士汽巴公司专利生产权，先后实现了工业化生产[1]。环氧树脂以其优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等特性，被广泛地用于涂料、黏合剂及复合材料等各个领域。中国于1956年开始研制环氧树脂，并于1958年试产成功。环氧树脂涂料是人们广泛采用的防护涂料品种之一，环氧树脂涂料形成的涂膜不仅对腐蚀介质有屏蔽作用，而且能钝化被保护金属，起到电化学的作用，环氧树脂涂料形成的涂膜以优异“湿态”黏结力，使其他涂料望尘莫及。因此，环氧树脂涂料一直是涂料领域研究的热点。
1·环氧树脂涂料的概述
以环氧树脂为主要成膜物质的涂料称为环氧树脂涂料，含有两个或两个以上环氧基团的化合物属于环氧树脂。环氧基团是由一个氧原子和两个碳原子组成的环，具有高度的活泼性，使环氧树脂能与多种类型固化剂发生交联反应形成三维网状结构的高聚物。
1.1 环氧树脂涂料的分类
环氧树脂涂料是合成树脂涂料的主要产品之一，大体上有五种分类方法[1](表1)。
表1 环氧树脂涂料种类
在涂料工业中，以环氧树脂涂料用途及状态分类居多。
1.2 环氧树脂涂料的组成
环氧树脂涂料是由基料(包括环氧树脂、环氧酯和改性用的合成树脂)、固化剂、着色颜料及体质颜料(或称颜填料)、溶剂(包括水)、各种功能性助剂等材料组成。
1.3 环氧树脂涂料的特性
1.3.1 附着力好
环氧树脂涂料具有优良附着力主要是由环氧树脂的分子结构及其固化反应特点决定的。环氧树脂分子结构中具有环氧端基、羟基及醚键等极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，因此环氧树脂涂料涂膜与金属、木材、混凝土等基材的表面能产生很强的黏结力。环氧涂料在交联固化成膜中产生的内应力较低，涂料在成膜过程中，很多因素都会导致涂膜内应力的产生而造成涂膜的最终缺陷，尤其是涂膜对底材附着力的降低[2]。
1.3.2 耐蚀性好
在环氧涂料固化成膜后，由于分子中含有稳定的苯环和醚键，因此对化学介质的稳定性较好，如能适应中等浓度的酸、碱和盐等介质。又因环氧树脂涂料固化后成三维网状结构，又能耐油类的浸渍，也可以大量用于油轮、飞机等整体油箱内壁衬里等的防腐[3]。
1.3.3 韧性好
与热固性酚醛树脂涂料相比较，环氧涂料因含芳环结构而坚硬，因含有醚键从而便于分子链的旋转，具有一定的韧性，而不像酚醛树脂很脆(因其交联间距比环氧树脂短)。环氧树脂交联间距长，便于内旋转，又因环氧树脂分子量大，所以交联间距长。
2·环氧树脂涂料的研制
环氧树脂涂料以状态可分为四类：溶剂型环氧树脂涂料、无(少)溶剂型环氧树脂涂料，粉末型环氧树脂涂料及水性环氧树脂涂料。在这四种环氧树脂涂料中，其中水性环氧树脂涂料和粉末型环氧树脂涂料的发展前景最为广阔，所以本文主要介绍水性环氧树脂涂料和粉末型环氧树脂涂料的研制。
2.1 水性环氧树脂涂料的研制
水性环氧树脂是指通过物理或化学的方法，使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定的分散体系[4]。通常只有在固化剂中或者基料中引入羟基、羧基、氨基、醚键和酰氨基等亲水基团，才能制得水性环氧树脂涂料。它既具有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、物理机械性、附着性、电气绝缘性，又有低污染、价格便宜、施工简便等特点，所以水性环氧树脂涂料迅速发展到各行各业。根据制备方法的不同，环氧树脂水性化可主要分为机械法、化学改性法和相反转化法三种。
2.1.1 机械法
机械法即直接乳化法，是用球磨机、胶体磨、均氏器等设备将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，在加热的条件下加入乳化剂，机械搅拌即可得到水性环氧树脂乳液。所采用的乳化剂较多是聚氧乙烯烷基酯(HLB值为9.0-16.5)、聚氧乙烯烷基醚(HLB值为10.8-16.5)及聚氧乙烯烷芳基醚(HLB值为10.9-19.5)等[5-6]。用此方法制得的环氧树脂乳液的优点是制作工艺简单，所需乳化剂的用量少，但乳液中环氧树脂分散相微粒的粒径较大(可达50μm)，粒子形状不规则，粒度分布较宽，所制得的乳液稳定性差，同时粒子间因容易发生相互碰撞而产生团聚，并且该乳液的成膜性也不好。
2.1.2 化学改性法
化学改性法又称自乳化法，即将亲水基团嵌段或接枝引入到环氧树脂分子链上，使环氧树脂获得自乳化的性质，当对这种改性聚合物加水进行乳化时，疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒，极性基团或者离子基团分布在这些微粒的表面，由于这些基团带有同种电荷而相互排斥,只要满足一定的动力学条件，就可以形成稳定的水性环氧树脂乳液，这是化学改性法制备水性环氧树脂的基本原理。根据引入的具有表面活性作用的亲水基团性质的不同，化学改性法制备的水性环氧树脂乳液可分为醚化型、酯化型、接枝型3种[7-10]。
2.1.3 相反转化法
相反转化法是一种制备高分子量环氧树脂乳液比较有效的方法，II型水性环氧树脂涂料体系所选用的乳液通常采用相反转化法来制备。较常用的制备方法是在高剪切力的条件下，将乳化剂与环氧树脂均匀混合，然后在一定的剪切条件下地向体系中缓慢地加入水，随着加水量的逐渐增加，整个体系逐步由油包水型转变为水包油型，形成均匀稳定的体系。乳化过程通常是在常温下进行，对于固态环氧树脂，往往需要借助于少量溶剂和加热使环氧树脂粘度降低后再进行乳化[11]。
2.2 粉末型环氧树脂涂料的研制
环氧树脂粉末涂料以双酚A型环氧树脂、脂肪族环氧树脂和线形酚醛树脂等为主体，配以固化剂、着色剂等助剂，在一定温度下经混炼，冷却粉碎，分级过筛而制得。环氧树脂粉末涂料无污染，涂膜坚固，熔融黏度低，流平性好，不需要底漆涂膜，所以其得到了广泛的应用[11]。
目前对环氧树脂涂料的生产主要采用的是一步法和二步法的生产工艺。一步合成法又可以分为水洗法和溶剂萃取法两种;二步合成法又可以分为本体聚合法和催化聚合法两种。在一步合成法中，水洗法和溶剂萃取法基本上是相同，只是在树脂合成以后的处理方法不同。水洗法的处理方法是将树脂直接用水洗至中性和无氯离子为止，这样导致用水量非常大，往往要洗十几遍才能达到目的。