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水性环氧涂料ppt

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  • 关键提要:水性环氧涂料,涂料
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这是水性环氧涂料ppt,包括了环氧树脂的发展趋势,传统型环氧树脂涂料的优缺点,水性环氧涂料体系的最新研究进展,水性环氧涂料体系的发展,水性环氧树脂体系的组成,水性环氧涂料的固化机理,水性环氧涂料的性能及特点,水性环氧涂料的用途,我国环氧树脂涂料发展前景等内容,欢迎点击下载。

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水性环氧涂料ppt

PPT内容

水性环氧树脂涂料的研究进展及发展趋势
康怀银   阳建   
朱疑峰   杨学华   张跃
一、环氧树脂的发展趋势
    二、传统型环氧树脂涂料的优缺点
         三、水性环氧涂料体系的最新研究进展
              四、水性环氧涂料体系的发展
                    五、水性环氧树脂体系的组成
                          六、水性环氧涂料的固化机理
                               七、水性环氧涂料的性能及特点
                                     八、水性环氧涂料的用途
                                           九、我国环氧树脂涂料发展前景
一、环氧树脂的发展趋势
        环氧树脂是一种重要的热固性树脂品种。由于它具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热及粘接性能,所以用它配制的环氧树脂胶粘 剂素有“万能胶”之美称,广泛应用于化工、轻工、水利、交通、机械、电子、 家电、汽车及航天航空等工业领域,对国民经济发展起着极其重要的作用。
      世界环氧树脂生产发展较快,1999年全球环氧树脂生产能力已达到 150万吨 。专家预测,2003年可达到160万吨左右,2010年可望超过170 万吨。目前生产 能力主要集中在美国、西欧和日本三大地区或国家。其中三大著名跨国公司——汽巴精化公司、陶氏化学和壳牌公司是三大生产厂家近年来我国环氧树脂开 发和应用研究发展迅速,由90年代生产能力不足1.5万吨,发展到目前的20万吨/年左右,预计2010年将达到30 万吨左右。
二、传统型环氧树脂涂料的优缺点
         环氧树脂由于它具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热及粘接性能,在工业领域有着广泛的应用。但也有如易产生污染等方面的问题。
优点:
      具有优异的物理和化学性能,如附着力好,
      耐化学药品和溶剂性能优异,硬度高,
      耐磨性好等,而在工业上得到广泛应用。
缺点:
     涂料一般为溶剂型,其中的有机挥发物大多数属于易
     燃易爆及有毒物质,直接排放到大气中,在紫外线辐
     射下会产生光烟雾或形成酸雨,严重污染环境。人类
     长期吸入此类有毒气体会导致呼吸系统疾病、疲劳、
     记忆力衰退或其它神经系统疾病。
近年来,有关环境污染限制的法律与法规相继出
台,其中涉及到涂料行业的就有VOCs(涂料中有机挥
发物的含量)和HAPs (有害空气中的污染物)的排放
限制两大问题。这样就使占世界涂料行业生产中
53%的溶剂型涂料的生产受到限制。如今,涂料
向高固体分和水性涂料方向发展已成为涂料界的识,
零VOC或低VOC, HAP的体系已成为新型材料的研
究方向。水性环氧涂料有诸多优点,如VOC含量低,
气味较小,使用安全,可用水清洗,工艺技术日益成熟,符合环保与节能的要求等,而迅速成为现代涂料
的一个重要的发展方向。
三、水性环氧涂料体系的最新研究进展
          由于传统的溶剂型环氧树脂中所含的有机挥发物(VOC)不仅对环境造成污染,而且对人体危害极大,许多国家先后颁布了严格的限制VOC排放的法规,开发具有环保效益的水性环氧体系成为各国研究的热点。国外从20世纪70年代开始,已不断有新的技术及商品推出,如Henkel公司的水性环氧树脂系列WATERPOXY1401、1455等,水性环氧固化剂WATERPOXY751、755等; Shell公司的EPIREZ3510-W-60及EPI-REZWD-51等,都具有很好的综合性能。为适应环保法规对VOC的限制,我国从20世纪90年代初开始水性环氧体系的研究开发,取得了突出进展。
四、水性环氧涂料体系的发展
         双组份环氧树脂水性化技术,自上世纪70年代开
始发展。起初采用的是低分子量(液态)环氧树脂,
加入固化剂后,用乳化剂在外界作用下强制乳化。其
施工过程的控制要求较高,涂层性能不理想。后来改
用较高分子量的环氧树脂(呈半固体状) ,配合固化剂
进行固化反应,交联成膜。其特点是使用寿命长,漆膜
光泽高,硬度好。其缺点是体系存在不均心性,从而导
致固化反应不均匀,影响涂层性能。而且,由于加入的
乳化剂具有亲水性,能在涂层中迁移使涂层产生缺陷,
故用作防腐蚀涂料时,其防锈性能仍不理想。
80年代后,反应性乳化剂的作用,解决了乳化剂在涂层内迁移的问题,减少了漆膜的缺陷,提高了水性环氧防锈漆的防腐蚀性能。但是环氧树脂和固化剂乳化后的不均匀性,仍使反应不均匀,使涂层交联不够充分,水性环氧防锈漆的防腐蚀性能仍不及溶剂型环氧防锈漆。
     90年代以来,一些与环氧树脂有相近结构的固化剂相继被开发。根据相似相溶原理,环氧树脂能够与固化剂混合均匀,最终达到成膜均一,从而使水性环氧涂料的性能达到或接近溶剂型环氧涂料的性能。新型环氧涂料体系的固化剂是水分散体,可用水来降低体系的粘度,而不会发生相分离,故不用加入其它有机试剂。
新型环氧涂料体系的另一个改进是将亲水性的非离子表面活性剂连结到树脂和固体剂的分子中,这一新技术降低了表面活性剂的用量,使体系中不存在游离的表面活性剂,从而降低了料对水性有机溶剂的敏感性。
根据水性环氧涂料体系的乳化方式可分为三代产品:
      水性环氧树脂第一代产品是直接用乳化剂进行乳化,第二代水性环氧体系是采用水溶性固化剂乳化油溶性环氧树脂;第三代水性环氧体系是由美国壳牌公司多年研究开发成功的,这一体系的环氧树脂和固化剂都接上了非离子型表面活性剂,由其配制的涂料涂膜可达到或超过溶剂型涂料的涂膜性能指标。此前国内推出的多种水性环氧体系技术仍停留在第二代的
水平上,由其配制的涂料产品仍在用。
          但是远远不能达到溶剂型环氧涂料的水平,到2004年国内才公开报道合成出第三代水性环氧体系,且技术达到了美国壳牌公司同类产品水平。
 五、水性环氧树脂体系的组成
         水性环氧树脂体系主要由水性环氧树脂、水性固化剂、助剂、颜填料四种成分组成。
1.水性环氧树脂.  环氧树脂本身不溶于水,不能直接加水进行乳化,故要制备稳定的水性环氧树脂乳液,通常使环氧基料带一定数量的亲水基团,如羧基、羟基、氨基和酰胺基等。才能获得水溶性或水乳化的环氧体系。环氧树脂水性化可以采用乳化法和成盐法两种方法制备。
2.水性固化剂
  水性环氧涂料所用固化剂目前常用的主要有两类:
(1)多乙烯多胺或聚酰胺类。这类固化剂本身具有一定的水溶性或水可分散性,借助于助溶剂或乳化剂的作用获得一定范围的水稀释性,从而可以用作水性环氧树脂的固化剂。其优点是大大降低了体系中游离胺的含量。缺点是本身容易挥发,并有刺激性气味,与环氧树脂的相容性也较差,成膜后会在部分涂膜表面析出而造成缺陷。
(2)自乳化型。这类固化剂的特点是分子本身带有自乳化的成分,能够和水在相当大的浓度范围内组成相对稳定的体系从而与很多水性环氧树脂有很好的互
溶性,甚至可以直接与双酚A环氧树脂配合,使整个体系获得水分散性,其施工性质和固化产物性能都比较理想。自乳化的性质可以通过在固化剂分子链上引入聚氧化乙烯链段或离子性基团等亲水性成分获得。
3.助剂
     助剂是水性环氧树脂涂料生产、储存及施工过程中不可缺少的组分之一,生产中应根据各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用,而有针对性地选用。可用于水性环氧树脂涂料的助剂有消泡剂、助溶剂、分散剂、流变调节剂等,加入消泡剂和
分散剂时,要考虑它们与水性环氧树脂的相容性。助溶剂通常是挥发很慢的溶剂,如各类醇醚、醇醚醋酸酯和醇酯等,例如乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂和仲丁醇等。助溶剂的加入有利于增加树脂在水中的溶解度,同时调节树脂溶液的粘度,提高漆液的稳定性,改善流平性和漆膜外观。但对于电沉积水性涂料而言,增加助溶剂,有时会影响电沉积效果。故在选择其它助剂时,要考虑它们与水性环氧涂料的相容性。如有的水性环氧固化剂是阳离子叔胺盐,则应选择非离子型助剂,而避免使用阴离子型产品,否则会形成凝胶。在采用浆状的填料,如浆状碳酸钙时,要确认其中使用的分散剂不是阴离子型的.
4. 颜填料
         作为双组分涂料,颜填料可以加在环氧组分内也可以加在胺固化剂内,应使加入颜填料后的两个组分的质量比较接近,并根据水性环氧树脂涂料的应用来选择恰当的颜填料。颜填料的选择原则是采用低吸油、吸水的品种。水乳性环氧涂料的颜填料,应能够在水中分散并能减少水相的pH变化。由于一般的颜填料含水溶性盐,这些盐会慢慢溶于水中,从而影响乳液的稳定性。通常是选用水溶性小的颜填料;必要时还须进行去除水溶性盐的预处理。对于耐酸碱介质的场合,可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等颜填料;对有耐光和耐热要求的场合
可采用氧化锌和云母氧化铁等颜填料;对需要增加涂膜的耐化学药品性和提高其机械性能的,则应选择云母和滑石粉类的填料。由于水性环氧固化剂呈弱碱性,故应避免采用酸性的颜填料。环氧涂料颜填料的品种和用量对涂膜的性能有很大的影响。通过选择适宜的颜填料,可以赋予环氧涂料良好的涂膜性能,以适应不同情况的需要。
六、水性环氧涂料的固化机理
       水性环氧树脂涂料在配置时可根据组成及成膜后性质的要求调节环氧乳液与固化剂的配比,颜填料可分别添加在环氧乳液及固化剂内。水性环氧树脂涂料是一种乳液涂料,其成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别,同时与溶剂型环氧树脂涂料的成膜也不完全相同。一般聚合物乳液涂料的固化成膜为物理过程,分散相粒子的玻璃化温度较低,在水分挥发后形成紧密堆积的结构,并在毛细管压力作用下凝结成膜。在溶剂型环氧树脂涂料体系中,环氧树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂
中,形成的体系是均相的,固化反应在分子之间进行,因而固化反应进行的比较完全,所形成的涂膜也是均相的。水性环氧树脂涂料为多相体系,环氧树脂以分散相形式分散在水相中,水性环氧固化剂则溶解在水中将两个组分混合后的体系涂布在基材上,在比较适宜的温度条件下,水分蒸发得很快,当大部分水分蒸发后,环氧树脂乳胶粒子相互接触,形成紧密堆积的结构,残余的水分和固化剂分子则处在环氧树脂分散相粒子的间隙处。随着水分的进一步蒸发,环氧树脂分散相粒子开始凝结,形成更为紧密的六边形排列结构,与此同时,固化剂分子扩散到环氧树脂分散相粒子的界面及其内部发生固化反应。
七、水性环氧涂料的性能及特点
1.水性环氧涂料的性能
       水性环氧涂料是由水性环氧树脂与复合型改性聚酞胺树脂及其它辅助材料配制而成, 对底材的附着力强, 耐化学药品性及电绝缘性能优。涂料坚硬, 耐磨、耐酸、碱, 不含有机溶剂, 以水为稀释剂,因此在施工中不存在燃烧、环境污染等问题。此外它还保持了溶剂型环氧树脂涂料的优良性能。如:  
                          良好的附着力, 耐冲, 耐磨;
                          良好的耐酸, 耐碱性能;
                          良好的耐水性, 耐油性;
                          粘结强度好。
水性环氧涂料的特点
        水性环氧涂料既保持环氧树脂原有的优良性能, 又具有很多特点。
 (1).安全性
    水性环氧涂料不含有机溶剂, 在生产和施工过程中, 不会发生溶剂中毒事故, 也不会发生燃烧爆炸事故这样不仅在贮存、运输、施工方面减少防毒、防爆设施, 而且在交叉作业中, 可与作业同时进行。
 ( 2 ).经济性
   水性环氧涂料是以廉价的水代替了有机溶剂,节约了有机溶剂的费用。
(3)耐清洗性
    溶剂型环氧涂料涂装用具的清洗比较困难, 必
    须用较强的溶剂进行清洗, 这也存在溶剂中毒和燃爆危险, 而水性环氧涂料所用的刷子、容器, 只要用水及肥皂就能冲洗干净, 既经济又方便。
(4)湿面施工性
   水性环氧涂料对底材的干燥程度要求不高、能在潮湿的底材表面进行涂装。
(5)重涂性
    溶剂型涂料重涂性差, 要求在一定期限内重涂, 否则附着力受影响。水性环氧涂料重涂性佳, 可经过较长时间后进行重涂仍具有良好的附着力。
(6)耐油性
     水性环氧涂料耐各种油类(如透平油, 润湿油,火油, 汽油及食用油)等的性能良好。
八、水性环氧涂料的用途
            通过对环氧树脂、固化剂以及各种改性剂和助剂的合理选择,就可制备出性能各异的水性环氧树脂涂料,水性环氧涂料的诸多性能特点决定了其与溶剂型或无溶剂环氧树脂涂料相比具有更为广泛的应用前景,目前水性环氧树脂涂料的应用主要包括以下几个方面:
  1. 工业地坪涂料
       工业地坪涂装方面是水性环氧树脂涂料的重要用途。水性环氧气味小,涂层表面易于清洗,特别适用于医院、食品厂、超市、乳品厂、化妆品厂和地下停车场等需要保持高度清洁的场所。同时对施工环境给予安全、无味的保证。如需2次装修,不影响重涂性,新老涂层仍保持良好的粘附性。
2、混凝土封闭底漆
        水性环氧树脂涂料可在混凝土表面施工,对混凝土表面有良好的附着力,尤其是对新鲜的水泥面附着力较好,而且有良好的重涂性,并可防止泛碱,适合作为混凝土封闭底漆 。
3、内外墙乳胶漆
       这类涂料是用不饱和单体聚合成的“壳”将环氧树脂通过乳液聚合以核—壳的形式包裹起来,使环氧树脂能以稳液状分散在水中。这类涂料更多称为环氧改性丙烯酸乳胶漆。
4、防腐涂料
       金属防腐蚀是人们面临的一个十分严峻的问题,据粗略估计,每年因腐蚀而报废的金属材料相当于当年金属产量的20%以上。采用涂料防腐是最为简便而有效的方法。水性环氧树脂防腐涂料现已商品化的有水性环氧铁红防锈漆、水性环氧磷酸锌防锈漆。水性环氧富锌底漆和水性环氧云母防锈漆,水性环氧防锈漆性能较市场上常见的苯丙、乙丙水乳型防锈漆和水性环氧酯防锈漆性能有很大提高,在国外是发展最快的水性涂料。经过较长时间的发展,水性环氧防腐涂料已经克服了初期耐水性差、耐腐蚀性不好等缺点,应用到溶剂型环氧防腐涂料所涉及的领域,国外甚至已将水性环氧防腐涂料列入重防腐涂料的范畴。
5、木器涂料
       采用的水性环氧树脂涂料为双组分体系,涂膜固化后具有较高的硬度和良好的抗刮伤性,配成清漆可用于木质地板,替代目前市场上广泛使用的溶剂型聚氨酯水晶地板漆和聚酯家具漆,配成色漆可替代溶剂型环氧树脂和聚氨酯磁漆,用于厨房、家具和机械设备等。
6、食品容器内壁涂料
       为了保持食品在加工和长期贮存期内保持原有的特殊风味,因此需要避免包装罐、桶中的内容物与容器表面发生腐蚀、褪色等化学反应,就必须在包装容器的内壁涂上涂料。用环氧涂料作为食品和饮料罐的内层涂料表现出优良性能,如对金属内壁附着力强;涂膜保色性好;耐焊药性强;抗碱、酸性好等。
九、我国环氧树脂涂料发展前景看好
        据不完全统计,我国工业涂料的年需求量在170万吨左右,其中可由水性工业防腐涂料替代的达100万吨,广泛应用在石油、化工、汽车、火车、船舶、冶金、五金交电、电力、建筑等各个领域。      业内人士认为,中国涂料市场上水性涂料发展前景最为看好。随着人们环保意识的不断提高和环保法规的日趋严格,水性涂料将成为21世纪世界涂料市场的主角,我国也不例外。   
据中国环氧树脂行业在线(www.epoxy-e.cn) ,以前我国水性涂料基本依赖进口,而且由于价格昂贵、技术需求不高,应用十分有限。目前,苏州圣杰已成功生产出替代产品,不仅质量过关,而且价格低廉,为水性涂料大面积推广提供了条件。但是在我国能生产水性涂料的厂家很少,主要还是依靠进口。
     总之,我国环氧树脂,特别是环保型的水性环氧树脂,与发达国家相比,发展水平还比较低,还有很大的发展空间。
参考文献
1.董艳春,刘洪珠,赵兴顺,赵洪良,高达  水性环氧涂料体系的研究进展. 中国涂料 2007年 第22卷 第08期
2.吴小芳. 水性环氧树脂涂料. 上海建材 .1999年第5期
3.中国环氧树脂行业在线 . http://www.epoxy-e.cn
4.全球环氧树脂发展趋势. http://www.cc168.com.cn/info/ZxDetail.jsp?guid={CED1EB37-9FCE-11D7-965B-00A0C92674A3}&subMenuId=8
 

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