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(1.天水師范學院生命科學與化學學院，甘肅天水740001
2.甘肅農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，甘肅蘭州7300703.中國科學院西北高原生物研究所，青海西寧810001)
【摘要】通過對水性環(huán)氧樹脂涂料和粉末型環(huán)氧樹脂涂料的研制方法和影響制備因素的介紹，討論了環(huán)氧樹脂涂料的研制、分類、特性及組成，總結了環(huán)氧樹脂涂料的應用現(xiàn)狀，并對其發(fā)展前景做了展望。
【關鍵詞】環(huán)氧樹脂 涂料 研制 應用
引言
環(huán)氧樹脂是1930年由瑞士Pierre Castan和美國SOGreenlee合成的。1947年先是美國Devoeand Reynolds，后是殼牌公司取得瑞士汽巴公司專利生產(chǎn)權，先后實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[1]。環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的粘結性、附著性、穩(wěn)定性、耐化學品性、絕緣性及機械強度等特性，被廣泛地用于涂料、黏合劑及復合材料等各個領域。中國于1956年開始研制環(huán)氧樹脂，并于1958年試產(chǎn)成功。環(huán)氧樹脂涂料是人們廣泛采用的防護涂料品種之一，環(huán)氧樹脂涂料形成的涂膜不僅對腐蝕介質有屏蔽作用，而且能鈍化被保護金屬，起到電化學的作用，環(huán)氧樹脂涂料形成的涂膜以優(yōu)異“濕態(tài)”黏結力，使其他涂料望塵莫及。因此，環(huán)氧樹脂涂料一直是涂料領域研究的熱點。
1·環(huán)氧樹脂涂料的概述
以環(huán)氧樹脂為主要成膜物質的涂料稱為環(huán)氧樹脂涂料，含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的化合物屬于環(huán)氧樹脂。環(huán)氧基團是由一個氧原子和兩個碳原子組成的環(huán)，具有高度的活潑性，使環(huán)氧樹脂能與多種類型固化劑發(fā)生交聯(lián)反應形成三維網(wǎng)狀結構的高聚物。
1.1 環(huán)氧樹脂涂料的分類
環(huán)氧樹脂涂料是合成樹脂涂料的主要產(chǎn)品之一，大體上有五種分類方法[1](表1)。
表1 環(huán)氧樹脂涂料種類
在涂料工業(yè)中，以環(huán)氧樹脂涂料用途及狀態(tài)分類居多。
1.2 環(huán)氧樹脂涂料的組成
環(huán)氧樹脂涂料是由基料(包括環(huán)氧樹脂、環(huán)氧酯和改性用的合成樹脂)、固化劑、著色顏料及體質顏料(或稱顏填料)、溶劑(包括水)、各種功能性助劑等材料組成。
1.3 環(huán)氧樹脂涂料的特性
1.3.1 附著力好
環(huán)氧樹脂涂料具有優(yōu)良附著力主要是由環(huán)氧樹脂的分子結構及其固化反應特點決定的。環(huán)氧樹脂分子結構中具有環(huán)氧端基、羥基及醚鍵等極性基團，這些基團的存在使環(huán)氧樹脂分子與相鄰界面產(chǎn)生電磁吸附或化學鍵，因此環(huán)氧樹脂涂料涂膜與金屬、木材、混凝土等基材的表面能產(chǎn)生很強的黏結力。環(huán)氧涂料在交聯(lián)固化成膜中產(chǎn)生的內(nèi)應力較低，涂料在成膜過程中，很多因素都會導致涂膜內(nèi)應力的產(chǎn)生而造成涂膜的最終缺陷，尤其是涂膜對底材附著力的降低[2]。
1.3.2 耐蝕性好
在環(huán)氧涂料固化成膜后，由于分子中含有穩(wěn)定的苯環(huán)和醚鍵，因此對化學介質的穩(wěn)定性較好，如能適應中等濃度的酸、堿和鹽等介質。又因環(huán)氧樹脂涂料固化后成三維網(wǎng)狀結構，又能耐油類的浸漬，也可以大量用于油輪、飛機等整體油箱內(nèi)壁襯里等的防腐[3]。
1.3.3 韌性好
與熱固性酚醛樹脂涂料相比較，環(huán)氧涂料因含芳環(huán)結構而堅硬，因含有醚鍵從而便于分子鏈的旋轉，具有一定的韌性，而不像酚醛樹脂很脆(因其交聯(lián)間距比環(huán)氧樹脂短)。環(huán)氧樹脂交聯(lián)間距長，便于內(nèi)旋轉，又因環(huán)氧樹脂分子量大，所以交聯(lián)間距長。
2·環(huán)氧樹脂涂料的研制
環(huán)氧樹脂涂料以狀態(tài)可分為四類：溶劑型環(huán)氧樹脂涂料、無(少)溶劑型環(huán)氧樹脂涂料，粉末型環(huán)氧樹脂涂料及水性環(huán)氧樹脂涂料。在這四種環(huán)氧樹脂涂料中，其中水性環(huán)氧樹脂涂料和粉末型環(huán)氧樹脂涂料的發(fā)展前景最為廣闊，所以本文主要介紹水性環(huán)氧樹脂涂料和粉末型環(huán)氧樹脂涂料的研制。
2.1 水性環(huán)氧樹脂涂料的研制
水性環(huán)氧樹脂是指通過物理或化學的方法，使環(huán)氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在以水為連續(xù)相的分散介質中而配制的穩(wěn)定的分散體系[4]。通常只有在固化劑中或者基料中引入羥基、羧基、氨基、醚鍵和酰氨基等親水基團，才能制得水性環(huán)氧樹脂涂料。它既具有溶劑型環(huán)氧涂料良好的耐化學品性、附著性、物理機械性、附著性、電氣絕緣性，又有低污染、價格便宜、施工簡便等特點，所以水性環(huán)氧樹脂涂料迅速發(fā)展到各行各業(yè)。根據(jù)制備方法的不同，環(huán)氧樹脂水性化可主要分為機械法、化學改性法和相反轉化法三種。
2.1.1 機械法
機械法即直接乳化法，是用球磨機、膠體磨、均氏器等設備將固體環(huán)氧樹脂預先磨成微米級的環(huán)氧樹脂粉末，在加熱的條件下加入乳化劑，機械攪拌即可得到水性環(huán)氧樹脂乳液。所采用的乳化劑較多是聚氧乙烯烷基酯(HLB值為9.0-16.5)、聚氧乙烯烷基醚(HLB值為10.8-16.5)及聚氧乙烯烷芳基醚(HLB值為10.9-19.5)等[5-6]。用此方法制得的環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)點是制作工藝簡單，所需乳化劑的用量少，但乳液中環(huán)氧樹脂分散相微粒的粒徑較大(可達50μm)，粒子形狀不規(guī)則，粒度分布較寬，所制得的乳液穩(wěn)定性差，同時粒子間因容易發(fā)生相互碰撞而產(chǎn)生團聚，并且該乳液的成膜性也不好。
2.1.2 化學改性法
化學改性法又稱自乳化法，即將親水基團嵌段或接枝引入到環(huán)氧樹脂分子鏈上，使環(huán)氧樹脂獲得自乳化的性質，當對這種改性聚合物加水進行乳化時，疏水性高聚物分子鏈就會聚集成微粒，極性基團或者離子基團分布在這些微粒的表面，由于這些基團帶有同種電荷而相互排斥,只要滿足一定的動力學條件，就可以形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液，這是化學改性法制備水性環(huán)氧樹脂的基本原理。根據(jù)引入的具有表面活性作用的親水基團性質的不同，化學改性法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液可分為醚化型、酯化型、接枝型3種[7-10]。
2.1.3 相反轉化法
相反轉化法是一種制備高分子量環(huán)氧樹脂乳液比較有效的方法，II型水性環(huán)氧樹脂涂料體系所選用的乳液通常采用相反轉化法來制備。較常用的制備方法是在高剪切力的條件下，將乳化劑與環(huán)氧樹脂均勻混合，然后在一定的剪切條件下地向體系中緩慢地加入水，隨著加水量的逐漸增加，整個體系逐步由油包水型轉變?yōu)樗托停纬删鶆蚍€(wěn)定的體系。乳化過程通常是在常溫下進行，對于固態(tài)環(huán)氧樹脂，往往需要借助于少量溶劑和加熱使環(huán)氧樹脂粘度降低后再進行乳化[11]。
2.2 粉末型環(huán)氧樹脂涂料的研制
環(huán)氧樹脂粉末涂料以雙酚A型環(huán)氧樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂和線形酚醛樹脂等為主體，配以固化劑、著色劑等助劑，在一定溫度下經(jīng)混煉，冷卻粉碎，分級過篩而制得。環(huán)氧樹脂粉末涂料無污染，涂膜堅固，熔融黏度低，流平性好，不需要底漆涂膜，所以其得到了廣泛的應用[11]。
目前對環(huán)氧樹脂涂料的生產(chǎn)主要采用的是一步法和二步法的生產(chǎn)工藝。一步合成法又可以分為水洗法和溶劑萃取法兩種;二步合成法又可以分為本體聚合法和催化聚合法兩種。在一步合成法中，水洗法和溶劑萃取法基本上是相同，只是在樹脂合成以后的處理方法不同。水洗法的處理方法是將樹脂直接用水洗至中性和無氯離子為止，這樣導致用水量非常大，往往要洗十幾遍才能達到目的。