環氧粉末塗料以雙酚A型環氧樹脂、線性酚醛樹脂改性環氧樹脂和脂肪族環氧樹脂等為主體，在一定的溫度下混煉，冷卻後粉碎而形成。它無污染，熔融黏度低，塗膜堅固，流平性好，不需要底漆塗膜，力學性能好，有優異的反應活性和貯藏穩定性、耐腐蝕性，耐化學藥品性，塗料的配色好，固化劑選擇範圍寬、套用範圍廣。目前環氧粉末塗料研究的熱點主要有用於熱敏基材的塗料以及防腐塗料。
基本介紹
- 中文名：環保型環氧樹脂塗料
- 材料：雙酚A型環氧樹脂
- 特點：無污染
- 用途：熱敏基材的塗料以及防腐塗料
概述,特點,環氧粉末塗料,用於熱敏基材,防腐塗料,新型粉末塗料,水性環氧塗料,罐用塗料,防腐塗料,塗料用途,結語,
概述
眾所周知，傳統溶劑型塗料中含有的大量揮發性有機物(Volatile organic ComPOund即VOC)，會對大氣造成嚴重污染，在環保意識不斷增強的今天，環境友好型塗料日益顯示出其重要性。環氧樹脂固化物具有優異的物理化學性能，尤其以優良的耐水性、耐化學品性、極佳的黏附性能而廣泛套用於塗料領域，是塗料工業中支柱產品之一，因而環保塗料也是塗料界的研究熱點之一。實現低VOC的途徑主要為大力發展高固體分塗料、水性塗料、粉末塗料和輻射固化塗料等新型塗料。
特點
它無污染，熔融黏度低，塗膜堅固，流平性好，不需要底漆塗膜，力學性能好，有優異的反應活性和貯藏穩定性、耐腐蝕性，耐化學藥品性，塗料的配色好，固化劑選擇範圍寬、套用範圍廣。
環氧粉末塗料
用於熱敏基材
由於粉末樹脂的固化溫度較高(180～220℃)，固化時間長(10～30min)，使其僅能套用於金屬等耐熱基材，而且相對能耗大、費時；且由於其熔融流平和固化開始階段有一定重疊，控制不好，塗層就會出現平整度上的缺陷，如縮孔、桔皮等問題。為此人們重點開發了UV固化粉末塗料及低溫固化粉末塗料用於熱敏基材。
(1)UV固化環氧粉末塗料
UV固化粉末塗料是將常規塗料和UV固化技術相結合的新技術。如前所述，常規粉末塗料通常不能用於薄膜基材和熱敏基材，雖然如今已有低於150℃固化的常規粉末塗料投放市場，但仍存在儲存穩定性差、流平性不好，對熱敏基材而言固化溫度仍過高等問題。液體UV固化塗料套用於熱敏基材的塗敷，其特點是固化速度快、固化空間小、能耗低；但液態的UV固化塗料所用原材料的分子質量低，存在著對皮膚和眼睛的刺激性危害和固化膜收縮率高等缺點。UV固化粉末塗料是無溶劑的環保塗料，無刺激性危害，一次塗裝並可用於熱敏基材，低溫流動性好，固化速度快，固化空間小，熔融流動性和固化步驟分離，使得UV固化粉末塗料在固化前達到最佳流平狀態，保證塗膜質量。另外，粉體熱穩定性好，用常規擠出設備不會發生熱交聯。UV固化粉末塗料套用於木材的塗裝，如中密度纖維板(MDF)、鋁鎂合金、塑膠、汽車蒸發器、厚質工件、預製件以及卷材的塗裝。
Muthiah等將熱固化和UV固化技術結合，開發了雙固化體系的環氧粉末塗料，它包含熱引發劑(如過氧化物)和UV引發劑。UV引發劑主要導致塗層表面固化，而熱引發劑則促使與基材接觸的樹脂固化。對於普通的UV固化塗料，通常不能添加不透明顏、填料，否則會導致UV固化不徹底，在所述的雙固化體系中，由於熱引發劑的存在，即使用不透明顏料也不會影響塗層的固化；而UV引發劑的存在，又使得塗層的固化速度更快，固化溫度更低。這種塗料可完全用於熱敏基材，其主體樹脂為帶有(甲基)丙烯酸酯不飽和鍵的環氧樹脂、聚氨酯或不飽和聚酯等。
傳統熱固型粉末塗料本身不穩定且由於粉末熔融溫度和固化溫度之間的溫差小，流動性一般不佳。為解決這一問題，劉澤曦將紅外線(IR)熔融和紫外線輻射固化相結合，在進行塗裝時，試件首先經過IR輸送帶並受熱熔融，熔融的粉末塗料可充分的流平。由於熔融和流平性得到擴展，因而即便是高黏度的粉末也能得到優良的外觀。熔融的塗料並不發生固化，但一經UV照射，熔融塗料便會很快固化。這種IR/UV熔融固化粉末塗料可在90℃下固化，並可進一步採用後熱固化工藝，這種粉末環氧塗料可廣泛套用於金屬及木質基材的塗敷。
(2)低溫固化環氧粉末塗料
一般地講，粉末塗料的熔融溫度為90～130℃，固化溫度為130～180℃，但越來越多的套用需要低溫固化，所以低溫固化粉末塗料的研究與開發也成為一種趨勢，某些環氧樹脂粉末塗料的固化溫度已降至140℃，有的甚至已降到120℃，同時固化時間也縮短至20min，從而大大節約了能量。 一般固化溫度每降低10℃，塗裝過程即可節省10%的能量。
Muthiah等人研製了新型環氧粉末塗料，其固化溫度為107～149℃。其環氧樹脂在150℃的熔融黏度為0.2～2.7Pa?s，並且含有5～20%的結晶環氧樹脂，能改善熔融粉末塗料的流動特性。該環氧塗料的固化劑為固態的封閉型多胺，例如，咪唑類衍生物或其與環氧化合物的加成物，通常為伯、仲、叔胺基或其混合物。這類粉末塗料主要用於熱敏基材，如汽車的塑膠零件、造紙、紙板和木材，能夠產生良好的光滑表面。Daly等開發了由縮水甘油基甲基丙烯酸酯聚合物(環氧值為0.25～0.4eq/100g)和含有羧基的聚酯(200℃黏度小於2.5Pa?s)混合而成的粉末塗料，能夠在低溫下快速固化，主要用於熱敏基材。這一粉末塗料還具有亞光特性和優異的耐候性能。郝勝勇等以雙酚A型環氧樹脂為主要成膜物質，在其中加入多種助劑，研製開發了具有特殊性能的低溫固化重防腐環氧粉末塗料，並投入使用。在環氧棚旨的改性方面，Tullos採用玻璃化溫度<105℃的苯乙烯—馬來酸酐共聚物和熱固性環氧樹脂複合，得到的塗料可以在低溫下固化形成光澤較低的面漆，其可固化溫度範圍較寬，且固化後光澤穩定。
合理選用固化劑能使粉末塗料在低溫下迅速固化，形成滿意的塗膜。Elsevier開發了2種特殊的適於低溫固化環氧粉末塗料的固化劑，這2種固化劑可以與通用的雙酚A環氧樹脂或環氧酚醛改性雙酚A樹脂製成環氧粉末塗料，研究者討論了在低溫(120℃)固化時，這2種固化劑的成膜性能及固化性質：第1種固化劑是具有較高活性的固體胺加合物，它可以作為低溫均相聚合環氧樹脂的固化劑，也可以作為其他一些交聯反應的促進劑；第2種是一種高活性的含樹脂材料的固化劑，既能用於雙酚A環氧也能用於酚醛改性環氧樹脂的固化，能夠在120℃或高溫下快速固化，而且具有較好的綜合性能。
防腐塗料
粉末塗料廣泛套用於鋼材結構的防腐，頗受歐洲人的青睞，其主要由環氧(EP)底層塗料和風化穩定的頂層塗料(主要是聚酯(SP)或EP/SP混合粉末)組成。Andreas Schutz等]研究使用填充鋅的環氧粉末塗料作為底層塗料，為鋼材表面提供陰極防蝕性能。Kurosawa等將鋅粉和環氧樹脂混合物捏合、固化粉碎成平均直徑30～35μm的粉末，將其沉積於280℃的鋼板上，並於200℃烘烤，所得塗膜加熱至255℃以上而不黑化，並具有良好的耐鹽水溶液性和耐候性。熔融粘合環氧粉末(FBEP)塗料廣泛套用於流動輸送的一些管件，如管道、泥漿泵等。
泥漿對管道存在嚴重腐蝕，Zheng yugui等研究發現，通過控制固化過程和塗料的組分可以改善FBEP塗料的抗腐蝕性能，例如160℃固化60min的塗料比在220℃下固化5min具有更強的抗腐蝕性能。FBEP塗料的抗腐蝕性能還依賴於填充物的特性，隨著填充物片斷和尺寸的增加抗腐蝕性也會增加。高林勇開發了含有萘系環氧樹脂的熱固化環氧樹脂粉末塗料，該塗料具有優異的防腐蝕性能。Wang yangyong等通過普通的氧化聚合法將苯胺(ANl)塗上1層固體環氧(EP)粉末顆粒，得到了PANI和EP的核殼結構。用氨水去除雜質形成的翠綠亞胺基(朋)塗敷EP粉粒，這些顆粒加入適當的溶劑通過球磨粉碎，得到了均一的EP和納米級PANI的分散液，加入固化劑塗敷於冷軋鋼上，經電化學測試對冷軋鋼顯示了較好的鈍化效應，並具有極好的抗腐蝕效應。
新型粉末塗料
Asano等研製了具有良好附著性的組合物，其中含有芳香族環氧樹脂、固化劑及具有核殼結構的交聯橡膠，將其塗敷於PET膜上，得到了印刷電路板用耐熱、耐衝擊且絕緣的環氧組合物。宋林勇等利用有機矽樹脂對環氧樹脂共混改性，並對塗料中所使用的無機顏填料進行選擇，顯著提高了粉末塗料的耐熱性能，使得塗層能夠在250℃以上的環境中長期使用。在塗料的耐候性方面選用新一代的脂環系環氧樹脂，可生產耐候的高光澤的著色塗料或透明塗料，如粉末清漆體系(在室溫下貯存是穩定的固體)，塗料也可含0.01～2%的氟，氟基團的存在可以改變耐候性。
除了粉末塗料外，為降低VOC，環氧樹脂塗料產品的水性化也是環保型塗料的發展方向之一。但由於為數較多的芳香族環氧樹脂耐光性能較差，故水性環氧塗料多用作底漆、防腐漆等。國內已經有水性環氧樹脂塗料的工業生產，包括水性環氧地坪塗料、水性環氧防腐塗料及木地板塗料等。
水性環氧塗料
罐用塗料
粉末塗料和水性塗料已在罐頭工業中獲得廣泛的套用，但粉末塗料存在塗膜厚度大、粉料回收利用率低、設備前期投資大和存在粉塵爆炸隱患等缺點。相比之下水性塗料則不存在這些問題，但現有的水性塗料在罐頭工業中套用的效果不太理想。相對而言乳液型塗料，特別是水性環氧塗料作為食品罐內壁塗料表現出了良好的性能。施雪珍等合成了非離子表面活性劑和具有陰離子表面活性劑功能的改性環氧樹脂，採用溫度轉相法製備了水性環氧乳液，主要用於食品罐內壁塗料。
Matsuki等在叔胺存在下，通過共聚物和胺改性環氧樹脂的季鹽化反應而得到樹脂組分，適用於塗布聽罐的外表面，此塗料具有良好的平滑度和光澤度、優異的粘結性、膜硬度、抗發黃以及易於製備等優點，並且不含有機溶劑。作為罐裝塗料研究比較廣泛的還有環氧丙烯酸樹脂塗料。Walker等研究了乳化環氧樹脂的陽離子聚合，發現用過氧酸催化劑處理液體環氧樹脂乳液可形成聚合物多元醇。在室溫下1%過氧酸催化劑可催化產生數均分子質量為1650、聚合度分布指數為5.0的多元醇，其結 構不同於傳統的高分子質量環氧樹脂，產物中殘餘的雙酚A二縮水甘油醚(BADGE)和雙酚A量較低，這對食品和飲料罐襯裡至關重要。
防腐塗料
水性塗料最早在建築領域得到了廣泛套用，以後才推廣套用於鋼結構防腐塗料，水性環氧塗料是目前用於工業重防腐領域最為成功的塗料品種之一。韓峰等利用化學接枝法將環氧樹脂接枝於丙烯酸及其酯的共聚物上，形成具有一定交聯度、能分散於水中的自乳化樹脂，其塗膜具有優良的耐鹼性與耐鹽霧性。楊瑞影等採用對氨基苯甲酸對環氧樹脂部分環氧鍵進行開環引羧，再加安全型皂化劑和活性分散劑皂化分散處理製備水性環氧樹脂乳液，研製出雙組分、室溫固化、環保和防腐性能優異的犧牲型水性環氧防腐塗料。Elmore．JimD等開發的雙組分水性塗料技術將可室溫固化的胺固化劑用於金屬防護塗料，以非離子分散塗料代替了離子分散塗料，環氧/胺樹脂能快速聚結、相互溶解，使用穩定的、與水相容的添加劑和過濾料使非離子環氧/胺樹脂加以完善。
塗料用途
Walker等研製了多層包裝材料，它主要由透氣材料層和至少一層阻氣塗料構成，該塗料是通過多官能度的環氧化合物和水在酸存在下共聚而得的聚合物多元醇。該塗料可克服塑膠包裝材料阻氣性較差的不足。此外由於水性環氧樹脂塗料具有優良的力學性能和與水泥良好的配伍性，因此可以製備高強混凝土，其中水性環氧樹脂作為輔助成分加到混凝土或水泥砂漿中，可提高混凝土的抗滲性。水性環氧樹脂塗料可與其他通用乳液(如聚丙烯酸乳液、水性聚氨酯)配合使用，協同效應較好，可以得到具有不同性能的塗層。
