水性涂料用環(huán)氧樹脂研究進展

王光宇 溫紹國

摘 要：近年來，水性涂料在金屬防腐涂料中得到大量應(yīng)用，當(dāng)前我國水性涂料的使用中，主要有三種，水性無機富鋅涂料、水性環(huán)氧涂料以及水性丙烯酸涂料。三種涂料各有優(yōu)缺點，為進一步提升水性涂料的性能，并確保水性涂料的環(huán)保性，通過研究發(fā)現(xiàn)合成后的環(huán)氧丙烯酸樹脂有著優(yōu)秀的性能。本文分析了水性涂料用環(huán)氧丙烯酸樹脂的合成流程以及應(yīng)用方式，以供參考。

關(guān)鍵詞：水性涂料;環(huán)氧樹脂;環(huán)氧丙烯酸樹脂

很多溶劑型的環(huán)氧樹脂涂料，在使用過程中，其中的的易燃易爆有毒物質(zhì)通過揮發(fā)，進入大自然，會形成酸雨或者是煙霧，對環(huán)境有著較大的破壞[1]。而水性環(huán)氧樹脂具備一定的環(huán)保性能，近年來在我們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。因為水性涂料的環(huán)保特點，因此近年來水性涂料有著較快的發(fā)展。為了保證水性涂料的環(huán)保特點，進一步提高涂料的性能，通過研究發(fā)現(xiàn)，合成后的環(huán)氧丙烯酸，能夠有效保留環(huán)氧樹脂和丙烯酸的優(yōu)點，具備優(yōu)秀的防腐蝕性能，以及其他物理性能。

一、水性環(huán)氧涂料與水性丙烯酸涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

1、水性環(huán)氧涂料。水性環(huán)氧涂料是水性涂料中很常見的一種防腐涂料。水性環(huán)氧涂料的主要分為由親水性胺類固化劑和疏水性環(huán)氧樹脂兩種構(gòu)成成分[2]。在制作水性環(huán)氧涂料時，要注意對于這兩種構(gòu)成環(huán)氧樹脂的主要成分，在添加固化劑時所使用的比例是不同的。與其它材質(zhì)的涂料相比，環(huán)氧樹脂有著更好的抗腐蝕性能，材料在使用環(huán)氧樹脂涂料之后，不易被腐蝕，且粘黏性好，可以緊密的與材料相貼合，大大降低水和氣體滲入的可能性[3]。需要注意的是，水性環(huán)氧涂料的性能雖然很強，但依然存在一定的缺點。比如水性環(huán)氧涂料在使用之后，相比之下需要更長的時間才能完全干透。而且因其本身的導(dǎo)電率比較高，使得涂料在使用之后，很容易被閃蝕。因此對水性環(huán)氧涂料的使用中，為避免閃蝕現(xiàn)象的發(fā)生，就需要加入特定的抗閃蝕劑。

2、水性丙烯酸涂料。水性丙烯酸涂料的構(gòu)成有三種單體材質(zhì)，通過聚合形成丙烯酸，并以丙烯酸聚合物為基料，將水作為分散劑。丙烯酸聚合物和水之間發(fā)生相互的反應(yīng)，這種反應(yīng)會形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的土層，形成的網(wǎng)狀土層附著在基材表面，起到有效的防護的作用。與前兩種材料相比，水性丙烯酸涂料有著更好的耐候性和耐水性，而且使用丙烯酸材料之后，基材的表面一般不會出現(xiàn)發(fā)黃情況。與水性環(huán)氧樹脂涂料相比，水性丙烯酸涂料在不用花費較長的時間就能很快干透，且在一般的常溫下都可以使用。使用實行丙烯酸涂料，可以有效保護基材表面不被腐蝕，同時還能進一步的提升基材表面的光澤度。當(dāng)然，需要注意的是，水性丙烯酸涂料也同樣存在一定的缺陷，在使用中水性丙烯酸涂料會出現(xiàn)“假稠”現(xiàn)象，對涂料的防腐效果有著很大的影響。

二、環(huán)氧丙烯酸樹脂的合成與應(yīng)用

1、環(huán)氧樹脂的水性化。對于環(huán)氧樹脂的水性化，可以選擇多種不同的方法，比如環(huán)氧樹脂在與不飽和的脂肪酸進行酯化反應(yīng)的時候，就可以生成環(huán)氧酯，或者是將環(huán)氧樹脂與干性油脂酸發(fā)生酯化反應(yīng)，能夠得到環(huán)氧酯底漆。此外，在環(huán)氧樹脂與異氰酸酯預(yù)聚物進行反應(yīng)之后，就可以生成含有羧基、氨基和羥基的環(huán)氧異氰酸酯樹脂。但目前水性涂料中對于水性環(huán)氧樹脂的水性化，更多的采用環(huán)氧丙烯酸酯型。將丙烯酸與環(huán)氧樹脂置于一起的時候，丙烯酸中的單體或者是單體的聚合物，會與環(huán)氧樹脂發(fā)生接枝共聚，然后生成環(huán)氧丙烯酸樹脂。需要注意的是，這時的環(huán)氧丙烯酸樹脂中存在酸性基團，因此要通過堿來中和。

2、環(huán)氧丙烯酸樹脂的合成。環(huán)氧丙烯酸樹脂的合成中所使用到的原材料，主要有工業(yè)級的丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基乙醇胺、丁醇、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、乙二醇醚類溶劑、環(huán)氧樹脂、過氧化苯甲酰。將丁醇和環(huán)氧樹脂等材料置入四口燒瓶中，要注意在四口燒瓶中安裝溫度計和回流冷凝器、攪拌器，進行加熱，溫度要達(dá)到110醇，在均勻攪拌的同時，將含有過氧化苯甲酰的混合單體加入其中，然后保溫至轉(zhuǎn)化率大雨98%，再加入乙二醇醚類溶劑和二甲基乙醇胺，這個時候應(yīng)確保環(huán)氧丙烯酸樹脂的pH值達(dá)到7～7.5，最后再通過水將環(huán)氧丙烯酸樹脂的固含量稀釋到50%，就合成了環(huán)氧丙烯酸樹脂，顏色看起來屬于淡黃色，比較透明，呈粘稠狀。

3、環(huán)氧丙烯酸樹脂乳液的制作工藝。為更好的使用，防止材料被腐蝕，在合成環(huán)氧丙烯酸樹脂之后，可以進一步使用專用的稀釋劑和分散劑，投放進調(diào)漆缸中進行充分的攪拌均勻后，然后添加顏填料，分散均勻后通過砂磨機進行研磨，確保細(xì)度達(dá)到≤30μm，然后進行過濾，就可以得到環(huán)氧丙烯酸樹脂乳液。如果要合成水溶性樹脂，可以通過環(huán)氧丙烯酸樹脂和有機胺中的羧基讓樹脂表現(xiàn)出水溶性。在涂料加工中，有機胺會釋放出醇基，通過與涂料中的氨基樹脂發(fā)生反應(yīng)，可以形成性能良好的交聯(lián)涂膜。選擇二甲基乙醇胺來中和提高環(huán)氧丙烯酸樹脂的水溶性，可以有效調(diào)節(jié)涂膜的流平性，減少表面缺陷。環(huán)氧丙烯酸乳液制作中，還可以通過對水性氨基樹脂和環(huán)氧丙烯酸樹脂的交聯(lián)，形成的不溶不熔的涂膜。其中氨基樹脂的用量決定著涂膜的硬度與耐沖擊性以及附著力等物理性能。

4、環(huán)氧丙烯酸樹脂的制作要點與應(yīng)用。在進行環(huán)氧丙烯酸樹脂合成時，溫度決定了聚合的穩(wěn)定性，進而影響著合成質(zhì)量。溫度過高，就很容易加快引發(fā)劑的分解速度。不同的溫度，對環(huán)氧樹脂和丙烯酸單體的共聚反應(yīng)有著不同的影響，反應(yīng)溫度的不同，決定了反應(yīng)的程度的不同，而只有反應(yīng)程度較高的時候，環(huán)氧樹脂上的羧基單體增多，會讓涂料的水溶性更好。

環(huán)氧丙烯酸樹脂及乳液中含有的環(huán)氧樹脂，能夠有效提升涂料的性能，具備優(yōu)秀的耐腐蝕性，同時通過添加顏料，可以讓涂料具備一定的裝飾性和保色性等特點。通常水性環(huán)氧丙烯酸涂料的使用，多用于對人行車道以及鋼材的保護。水性環(huán)氧涂料，則多用于對新舊緩凝土的粘接，幫助材料提升抗腐蝕性，并能夠在一定程度上抵抗機械損傷。

結(jié)束語

在當(dāng)前水性涂料的使用中，環(huán)氧丙烯酸樹脂被越來越廣泛的使用。因此針對環(huán)氧丙烯酸樹脂的研究，就需要更加深入。合成后的環(huán)氧丙烯酸樹脂，能夠有效的滿足當(dāng)前對水性涂料的需求，因此要加強對環(huán)氧丙烯酸合成技術(shù)的研究，進一步提高其性能，才能更好的為我們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] Chen S，Zhang S，Li Y，et al.Synthesis and properties of novel UV - curable hyperbranched waterborne polyurethane/Fe3O4 nanocomposite films with excellent magnetic properties[J].Rsc Advances，2015，5（6）：4355-4363.

[2] 姜峻，姚伯龍，高旭瑞，et al.Synthesis and property of a novel UV-curable waterborne hyperbranched polyurethane[J].化工新型材料，2016，044（003）：31-34.

[3] Boton Lilian，Puguan John Marc，Latif Muhammad，et al.Synthesis and properties of quick-drying UV-curable hyperbranched waterborne polyurethane coating[J].Progress in Organic Coatings，2018，125：201-206.

作者簡介：王光宇（1993-10-11），男，上海工程技術(shù)大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院 ，漢族，碩士學(xué)歷，黑龍江省佳木斯市，研究方向：水性工業(yè)漆，水性丙烯酸金屬防腐涂料（鋼結(jié)構(gòu)防腐）。

通訊作者：溫紹國（1965-09-15），男，上海工程技術(shù)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，教授，研究方向：水性工業(yè)漆。