水性环氧树脂及其涂料应用|工业腐蚀与防护

张作华

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[复制链接] 只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2023-03-07

水性环氧树脂及其涂料应用

赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主张作华

近几年来，随着环境保护的要求日益迫切和严格，以及人们对健康和生命安全的重视，促使涂装材料朝着高固含、粉末化、光固化、水性化发展。其中由于溶剂价格的不断攀升和环境保护法规及健康安全要求的限制，水性涂料成为涂装材料发展的一个热点，特别是水性环氧树脂及其涂料的开发应用，形成最为代表性的绿色涂装产品。

水性环氧树脂是环氧树脂以微粒或者是液滴的形式分散在以水为连续相的介质中而配制成的稳定的树脂材料。水性环氧树脂除了具有溶剂型环氧树脂涂料的优点外，最突出的优势表现在室温和潮湿环境下固化，可以与金属粘结及非金属混合，如水泥、石灰、石膏等水性胶结物配合，提高早期强度，提高韧性，增强防水性能。这是其他水性树脂如水性丙烯酸材料和水性聚氨酯材料所无法比拟的。

水性环氧涂料是具有水性环氧树脂改性聚酰胺树脂及其他辅助材料配制而成的，一般为双组分构成（疏水性的环氧树脂分散体乳液，亲水性的胺类固化剂）。水性环氧树脂乳液是在一定高温高速剪切作用下将乳化剂和环氧树脂混合均匀，使得整个体系由“油包水”向“水包油”转变，形成均匀稳定的水可以稀释的环氧树脂。实际应用时，加入适量的固化剂，环氧树脂还原固化，水被置换出来。

水性环氧树脂及其涂料具有诸多的优良特性，笔者简单的罗列了实际应用中所表现出来的特点，性能如下：
1. 优良的附着力，可以和各种金属、非金属直接粘结，号称“万能胶”。
2. 良好的耐化学腐蚀性能，成膜后的水性环氧树脂及其涂料含有稳定的苯环及醚键，分子结构紧密，因此对化学介质具有较好的稳定性。
3. 品种的多样性与广泛的适应性，环氧树脂及其固化剂品种繁多，可以通过改变配方以适应不同的施工条件和应用环境。
4. 不燃烧，气味小，水性环氧树脂及其涂料无溶剂，水为稀释剂，因此不会燃烧，而且没有什么味道，对于运输和密闭空间施工的安全，有着重大的经济意义和社会意义。
5. 可以在无明水潮湿基面上施工并且固化。
6. 施工工具和被污染了的物件容易用水清洗，卫生，简单，方便。
7. 耐冲击，耐磨，固化养护后的涂层可以承受250KPa的水压。
8. 水性环氧树脂及其涂料可以用装饰性面漆或者工业面漆覆涂。
9. 可以安全使用于健康敏感区域，如食品区，饮用水区，居住区等，对环境没有污染。
10. 取代混凝土洒水或者薄膜养护，初凝混凝土涂覆水性环氧树脂及其涂料形成养护膜，可以防止水分蒸发过快，有助于混凝土的养护和封闭。
11. 环氧树脂固化收缩率小，一般为 1%-2%，是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为 8%-10%；不饱和聚酯树脂为 4%-6%；有机硅树脂为 4%-8%)。线胀系数也很小，一般为 6×10-5/℃。所以其产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。
12. 环氧树脂电性能好，是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。
13. 环氧固化物的耐热性一般为80-100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。
14. 水性环氧树脂及其涂料可以作为其他涂层施工前不吸水或易于受污染的底涂料。
15. 水性环氧树脂及其涂料可以作为水泥添加剂，以形成强度不同的修复砂浆及防水填缝材料。
16. 高强度裂缝修复混合物，用于混凝土的结构修复。

水性环氧树脂及其涂料优异的性能和特点，被广泛应用于防腐、防水、地坪、加固修缮及特殊工况下的施工（如卫生区域、潮湿、有限空间等）。常用领域概括如下：
1. 封闭底涂。水性环氧树脂及其涂料可以在潮湿无明水的或者新浇筑的混凝土表面施工，防止泛碱，隔水，在封闭底涂上面可以施工溶剂型或者水性环氧地坪涂料。
2. 地坪涂料。水性环氧树脂及其涂料气味小，易于清洗，特别适合医院、食品加工厂、制药厂、电子厂、中控室等需要保持洁净无尘的场所，符合GMP要求。二次复涂时，新旧涂层依然保持良好的粘附性。
3. 防腐涂料。水性环氧树脂及其涂料商品化产品有水性环氧铁红防锈漆、水性环氧磷酸锌防锈漆、水性环氧富锌底漆、水性环氧云母防锈漆及其他改性水性环氧防腐漆等。铝箔用防腐底漆能够防止铝箔遇碱产生“白粉”或被氧化锈蚀，烘烤后的涂膜厚度为2μm的涂层具有较强的附着力和良好的耐碱能力。
4. 防水堵漏。水性环氧树脂及其涂料可以与水泥，沙子配合使用可以用作防水砂浆材料，其中环氧交联网络结构和水泥水合固化形成互穿网络结构，使其具有良好的防渗堵漏效果。
5. 加固修补材料。不同比例的水性环氧树脂及其涂料添加水泥、沙子、石子可以配制成不同强度的修补加固材料，或者是灌注浆料，特别适合混凝土结构，混凝土公路、桥梁的维修加固。
6. 核设施涂料。水性环氧树脂及其涂料以水作为分散介质，健康环保，储存运输使用安全方便。固化后的涂膜很容易去除放射性污染（水性环氧树脂及其涂料固化成膜的墙体受到106Rh、60Co辐照，只需要采用蒸馏水和1mol/L的HCL溶液即可轻易的清洗干净）。
7. 可以作为喷涂聚脲底漆在潮湿基面使用。聚脲是当今重要的“网红”防护材料；但是缺点是在潮湿基面不能施工，限制了其广泛的应用。笔者了解到，黄微波教授及其团队通过大量试验证明，当环境温度高于15℃时，水性环氧树脂及其涂料在潮湿无明水的基面使用，完全固化干燥后可以喷涂聚脲；但是当环境温度低于15℃时，喷涂聚脲底涂层不建议使用水性环氧树脂及其涂料。

水性环氧树脂及其涂料优异性能体现还需要规范的施工完成，常言道“三分材料七分施工”很有道理。水性环氧树脂及其涂料涂装前，应对基材表面进行处理，保持基面干净无油，无其他污染物。必须充分混合搅拌双组分材料，宜使用电动搅拌器进行搅拌，一次性拌合量以可操作时间内用完为限，搅拌过程中应避免混入过多的气泡，建议使用真空搅拌器进行搅拌。如果在非常干燥的混凝土表面施工，可以预先用水喷雾湿润再进行底漆施工。底漆涂刷宜为两道，混凝土打磨清理后，第一道如果混凝土基面致密度高的可以加水达20%，疏松面可少至5%；第二道底漆及后续面漆不需要加水稀释。

水性环氧树脂及其涂料施工方式为：底漆刷涂，辊涂皆可，不得采用喷涂；金属基面底漆，面漆辊涂刷涂喷涂皆可。水性环氧树脂及其涂料涂覆间隔时间必须至少养护24h及以上，但不得超过7d。复涂间隔时间内才可以进行砂浆，中间层及其他装饰涂层的施工。在水性环氧树脂及其涂料养护过程中，密闭空间必须增加通风或者干预式人工排风，利于水分的蒸发和涂膜的固化干燥。所有的基层孔隙必须填满，或者使用底漆加填料粉配成的腻子批刮找平。施工基材温度为10-35℃，环境湿度≤85%（虽然可以带湿施工；但是环境湿度大于85%时会影响固化干燥时间）。只有做到规范施工，才能保证涂层优异性能的最佳效果，才能延长被保护物使用寿命。

虽然水性环氧树脂及其涂料有着诸多的优异性能；但是缺点在所难免。例如水性环氧树脂及其涂料和溶剂型环氧树脂及其涂料相比较，在耐腐蚀性能及等级方面依然有着差距，水性不如溶剂型。水性环氧树脂及其涂料和溶剂型环氧树脂及其涂料有着一样的缺陷，就是户外不耐紫外线，耐老化强度不好。水性环氧树脂及其涂料低温环境下不能够施工，限制了其应用范围。即使水性环氧树脂及其涂料存在着以上的缺点，但其仍然是友好型工业涂料优秀代表，领衔着“油改水”发展趋势。笔者相信通过技术攻关，不断的对水性环氧树脂及其涂料进行改性，缺点最终会被突破，使得其具有更广阔的应用空间。

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