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水性环氧涂料研制
学院名称： 理工学院 专 业： 应用化学 班 级： 09应化 学 号： 0983211 姓 名： 黄 指导教师姓名： 董 秀 指导教师职称： 高级工程师
二〇一三 年 六 月
JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
本科毕业论文
水性环氧涂料研制
摘要：环氧树脂类涂料具有附着力强、硬度高、耐酸碱、耐盐雾、耐磨、固含量高、丰满度及光泽好等优点，广泛用于工业重防腐漆、防锈底漆、地坪漆、油罐漆、饮用水箱漆等。本文采用水性环氧树脂乳液和具有乳化作用的水性环氧固化剂为主要成膜物质, 配以适宜的颜填料、助剂、去离子水，配制成具有良好防腐性能的水性环氧防腐涂料。讨论了树脂基料的用量、颜基比等对水性环氧涂料性能的影响，确定了最优化的配方工艺，提高水性环氧涂料的总体性能效果。
关键词：水性；环氧树脂；涂料
Development of waterborne epoxy coatings
Abstract:Epoxy resin coating has the advantages of strong adhesion, high hardness, acid and alkali resistance, salt fog resistance, wear resistance, high solid content, fullness and good luster, widely used in industrial anti-corrosive paint, antirust paint, floor paint, oil paint, paint and other drinking water tank. The waterborne epoxy resin emulsion and waterborne epoxy curing agent with emulsification action as main film forming material, with appropriate fillers, additives, deionized water, preparation of waterborne epoxy anticorrosive coatings with good corrosion resistance. Discussed the influence of dosage, binder resin binder ratio on the properties of waterborne epoxy coatings, formula optimization process was determined, improve the performance of waterborne epoxy coatings.
Keywords: Water-borne; epoxy resin; coating
目录
前言 (1)
第1章综述 (2)
1.1水性环氧涂料的目的和意义 (4)
1.1.1水性环氧涂料的定义 (2)
1.1.2水性环氧涂料的分类 (2)
1.1.3水性环氧涂料的结构特征 (2)
1.1.4水性环氧涂料的优点 (3)
1.1.5水性环氧涂料的广泛用途 (3)
1.1.6存在的问题 (4)
1.2水性环氧涂料国内外现状 (4)
1.3水性环氧涂料国内外发展趋势 (6)
第2章实验部分 (8)
2.1实验原料和主要仪器 (8)
2.1.1水性环氧涂料合成原料 (8)
2.1.2主要仪器 (8)
2.2水性环氧涂料的制备 (9)
2.2.1制备原理 (9)
2.2.2基本配方 (10)
2.2.3制备工艺 (11)
2.3性能结构表征 (12)
2.3.1树脂性能检验 (12)
2.3.2涂膜性能表征 (12)
第3 章结果与讨论 (15)
3.1环氧基与胺氢当量比的影响 (15)
3.2颜基比对环氧涂料的影响 (16)
3.3助剂的选择对环氧树脂的影响 (17)
3.3.1润湿分散剂 (15)
3.3.2消泡剂............................ 错误！未定义书签。第4章结论 .. (20)
参考文献 (21)
致谢 (23)
水性环氧涂料研制
前言
水性环氧树脂是环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系[1]。通常用的环氧树脂难溶于水，易溶于有机溶剂，但有机溶剂往往价格较高，具有挥发性和毒性，对环境的污染很大。
传统的环氧树脂涂料一般为溶剂型，其中的有机挥发物大多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、记忆力衰退或其他神经系统疾病。
水性环氧涂料对底材的附着力强，具有耐化学药品性及电绝缘性能优异、硬度高、耐磨性好等等特点，广泛应用于工业防腐领域[2]，也被称作“绿色涂料”。绿色环保是当今世界的主题也是人类文明进步的表现。水性环氧树脂涂料具有有意的金属附着性和防腐蚀性，同时还有很好的化学稳定性和粘结性能，故水性环氧树脂涂料是目前各国研究的重点水性涂料[3]。水性环氧涂料作为环保型涂料，具有更为广泛的应用前景。
本文综述了水性环氧树脂涂料的发展现状和趋势，归纳了影响成膜外观、硬度、光泽度、附着力、抗冲击性、耐水性、耐盐水性等的多种因素。通过实验探讨了成膜物质、固化剂、助剂及颜基比的对实验的影响，确定最佳的配方工艺。
第 1 章综述
1.1水性环氧树脂涂料的目的和意义
1.1.1定义
水性环氧涂料是由水性环氧树脂改性聚酰胺树脂及其它辅助材料配置而成的,所谓水性环氧树脂是指通过物理或化学的方法，使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定分散体系[1]。制备过程中的关键在于，疏水性环氧树脂的乳化以及环氧树脂与固化剂的配比。
1.1.2分类
目前，市场上广泛使用的水性环氧涂料是在水性环氧涂料的基础上发展起来的，主要由两组分组成：疏水性的环氧树脂，和亲水性的胺类固化剂。基于2个组分的物理形态，E.C.Galgoci等人[4]将水性环氧涂料分为5种类型[5]。
表1- 1环氧涂料的分类
类型环氧树脂固化剂
1 液体或液体乳液水可溶性胺
2 固体水性分散剂水可溶性胺
3 液体或固体乳液含羟基或胺基官能团丙烯酸水性分散体
4 液体或液体乳液胺类水性分散体
5 固体水性分散体胺类水性分散体
表1中第一类和第二类早已商品化，第四类和第五类是在20世纪90年代末期发展起来的新型室温固化水性环氧涂料。
1.1.3结构特征
水性环氧树脂涂料由双组分构成：（1）疏水性环氧树脂分散体（乳液）；（2）亲水性的胺类固化剂[3]。
1.1.4优点
水性环氧树脂挥发性有机物（VOC）较低、安全[1]。水性环氧涂料有诸多优点，如有机溶剂或VOC含量低，不会造成空气污染，满足环境保护要求；以水为介质，价格低廉，气味小，不燃，存储、运输使用安全；施工工具可用水直接清洗；工艺技术日益成熟，符合环保与节能的要求等[6]。
水性环氧涂料的突出优势还表现在该混合体系可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度，这是传统的环氧树脂涂料、通常的水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料所无法比拟的，因此它迅速成为现代涂料的一个重要发展方向。近年来，随着国家对环境保护工作的重视及人们环保意识的日益增强，水性涂料成为涂料发展的重要方向和研究热点[7]，涂料向高固体份和水性涂料方向发展已经成为涂料界的共识。环氧树脂品种较多，以其优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等特性，广泛地用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。
目前，我国工业防腐涂料主要采用溶剂型环氧防腐涂料。溶剂型环氧防腐涂料的基本性能优良，但含有大量的挥发有机溶剂，在生产与使用过程中不仅会给环境造成污染，而且由于其有毒、易燃易爆，还存在安全隐患。
水性环氧防腐涂料同溶剂型环氧防腐涂料相比，以水为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，贮存、运输和使用过程中的安全性大大提高，而且水性环氧涂料的应用性能好，施工工具可用水直接清洗：另外，水性环氧涂料的突出优点还表现在该体系可在室温潮湿的环境中固化，并保证有较高的交联密度。随着环境法规的强制执行和环保意识的增强，水性环氧防腐涂料将会得到广泛的应用[7]。
1.1.5广泛用途
环氧树脂具有优异的附着性、耐辐照性、耐酸碱性、绝缘性及机械强度等而被广泛应用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。固化剂是影响双组份环氧涂料性能的关键因素之一。常用的环氧树脂因需使用有机溶剂而限制了其在涂料、粘合剂等行业中的大规模应用。随着人们对环境保护要求的日益迫切和严格，环氧涂料的水性化是其发展的主要趋势之一，而制备与之匹配的水性环氧胺固化剂显得尤为重要[8]。
水性环氧树脂涂料的诸多性能特点决定了其与溶剂型或无溶剂型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下面几个方面：（1）在工业地坪涂装方面,可作为高性能环境适应型地坪涂料替代溶剂型环氧树脂涂料,也可作为聚合物成分掺入水泥砂浆制成高性能聚合物砂浆地坪材料；（2）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,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[9]；(3)借助于水性环氧树脂涂料优良的机械性能和与水泥良好的配伍性制备高强混凝土,其中水性环氧树脂涂料作为辅助成分加到混凝土或水泥砂浆中,并可提高混凝土的抗渗性；(4)利用环氧树脂对水泥材料和众多有机材料良好的粘接性能以及环氧树脂本身优异的机械性能和耐化学药品性能作为混凝土粘接剂和防水堵漏材料；（5）利用环氧树脂优异的耐腐蚀性作为防腐蚀涂料,用作钢铁和船舶的防腐底漆；(6)与其它通用乳液(如聚丙烯酸乳液、水性聚氨酯)配合使用，起协同效应得到具有不同性能的涂层[10]。
1.1.6存在问题
水性环氧树脂涂料与溶剂型环氧树脂涂料相比，很难形成均相、完全固化的涂膜。可能会造成耐盐雾性下降，防腐性能降低以及干燥速度降低等问题。其次，制备水性防腐涂料的原料价格普遍比溶剂型的价格高，致使水性涂料的价格普遍高于溶剂型涂料。
1.2国内外现状
众所周知，环氧树脂具有较好的耐腐蚀性、耐化学药品行，尤其耐碱良好，并且具有附着力强、硬度高、耐磨性好等特点，已在军工、民用等方面得到了广泛的应用，特别是在涂料应用方面，世界范围内40%的环氧树脂用作涂料。传统的环氧树脂只溶于芳烃类、酮类、醇类有机溶剂中，而有机溶剂不但价格高、且具有挥发性，对环境造成污染。随着人们对环境保护的要求日益迫切和严格，开发水性环氧系统，即不含VOC的系统成为新的研究方向。水性环氧涂料具有无空气污染、安全无毒、施工工具易于清洗等优点，可替代目前广泛使用的溶剂型涂料，具有很大的经济效益和社会效益[11]。
国外从七十年代起开始开发水性环氧系统，早1期的水性环氧系统采用采用外加乳化剂的方法将环氧树脂配成乳液[12]，采用阳离子和非离子型表面活性剂作为乳化剂配制环氧树脂乳液。采用外加乳化剂配制的水性花样体系由于存在较多的乳化剂，其耐水性和耐溶剂性等性能比溶剂型的差，而且试用期短。为了克服外加乳化剂和水性环氧的缺点，后来开发出所谓水可分散或自乳化环氧体系，其基本原理是在分子中引入具有表面活性的分子链段。一种途径是研制水可分散的环氧树脂，通过在环氧树脂分子中引入具有表面活性的分子链段，使它具有自乳化功能，另一途径是研究水可分散的固化剂[13]，
通过固化剂分子中引入具有表面活性的分子链段，使它既具有固化剂的作用，又具有乳化剂的作用。
近年来，国内也开展了水性环氧涂料的研究，研究主要将水性环氧体系分为两种类型，把第四类由相对分子量低的液体环氧树脂和水性环氧固化剂组成的体系称为I型，把第五类由相对分子质量高的固体环氧树脂（环氧当量为500左右）和水性环氧固化剂的体系称为Ⅱ型[13]。具有代表性的研究成果是水性环氧地坪涂料和水性环氧防腐涂料，其生产厂家有浙江安邦新材料发展有限公司、上海绿嘉水性涂料有限公司和深圳海川科技股份公司等[14]。
所有水性环氧树脂涂料体系，有一个共同的特点：环氧树脂是疏水性的，以分散的形式存在（乳液也可以认为是一种分散体）第一类和第二类是目前以商品化的，仔细分析可见，树脂是液体或固体的环氧，是疏水性的，而固化剂是水可溶的胺类化合物，是亲水性的。这样，树脂与固化剂之间在亲水性与疏水性方面存在很大差别，这将导致在溶度参数上的不相匹配，从而对涂料的成膜性产生不利影响。因为涂料在成膜过程中，涉及到疏水性的树脂粒子扩散、聚结以及亲水性的胺固化剂进入到树脂相的过程。尽管有很多因素会影响到这个过程，如体系的粘度、溶剂的性质，但树脂与固化剂之间能达到的混合程度，即二者的溶度参数的匹配性，是重要的影响因素。如果溶度参数匹配的好，有利于涂料的成膜，也有利于漆膜各项性能的提高。第三类是用胺中和的水可稀释的丙烯酸分散体为固化剂，与环氧乳液搭配，俗称环氧丙烯酸涂料。这类涂料在树脂与固化剂之间的亲水性上存在不相匹配的问题。第四类和第五类是考虑了上述原因后在九十年代末期发展起来的新的室温固化水性环氧涂料。
为了提高环氧树脂固化剂与固化剂之间的相容性，使其与溶度参数相匹配，从而提高室温固化环氧涂料的性能，美国Shell化学公司开发了一种新颖的室温固化环氧涂料，即第五类产品，称之为新一类室温固化水性环氧涂料。这类环氧涂料所用的树脂有两种：一种是常用的双酚A环氧树脂；另一种是中等分子量多官能团的环氧树脂。但环氧树脂都需要亲水集团改性，如与亲水的聚会二醇、醇醚化合物或非离子表面活性剂进行改性反应，在环氧树脂分子中引入亲水集团，使其具有自乳化性能。固化剂是比较保密的，是一种双酚A与胺的加成物，同样经过亲水集团改性，而体系中不存在游离的非离子表面活性剂，是一种水性分散体或水包油的乳液。
把树脂和固化剂设计成分散体的形式，主要是合成一种有一定疏水性（即亲油性）的，并能与树脂有很好相容性的固化剂。树脂与固化剂的溶度参数相接近，改变了过去
胺类固化剂是水可溶性的状态，提高了与树脂的匹配，而环氧树脂则提高其亲水性，可自乳化，这就是第五类环氧涂料的特点[15]。
这一类涂料的固化剂成膜过程与过去的环氧涂料（如第一类或第二类）不同。第一或第二类环氧涂料使用的是水溶性固化剂，两组分混合后固化时，固化剂从水相扩散进入树脂粒子，因此，树脂粒子表面的固化剂浓度比较高，使表面容易固化而变得比较硬。树脂粒子表面硬壳的形成，会阻止树脂粒子的聚结成膜，最终使漆膜中的树脂和固化剂分布不均匀，从而影响到漆膜的性能。
第五类的环氧涂料树脂和固化剂都是分散体，两组分混合后是相互分离的，当干燥成膜时，可认为发生反乳化过程，这过程发生得很快，二者分散相的粘度比较低，匹配性又比较好，会发生湍流状态的均匀混合，得到很均匀的漆膜。用原子力显微镜（AFM）技术扫描漆膜表面所得到的结果表明，漆膜的均匀性有了很大的提高。
新一类环氧涂料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，不用加入其他有机试剂。而第二类涂料，在稀释时，为使胺固化剂稳定，常须加入乙酸。而且，一般来说，固化剂在水中的溶解度愈大，得到的漆膜耐水性愈差，可见第五类涂料的树脂和固化剂都是具有一定的疏水性，所以在耐水性方面有很大改进。
新颖环氧涂料的另一个改进是亲水性的非离子表面活性剂连结到树脂和固化剂的
分子中。这一新技术降低了表面活性剂的用量，也就是说在体系中不存在游离的表面活性剂，从而降低了涂料对水性有机溶剂的敏感性[16]。
1.3国内外发展趋势
环氧树脂大多数为黏稠的液体或固体，不溶于水，溶于芳烃类、酮类等有机溶剂。而有机溶剂易挥发、易燃易爆、有毒，随着对环境保护的要求日益迫切和严格，使环氧树脂的应用受到了很大的限制，于是，水性环氧树脂便应运而生。
水性环氧涂料是以水作为主要分散介质的环氧涂料。通常只有在基料中或固化剂中引入羧基、羟基、氨基、醚键和酰氨基等亲水基团，才能获得水性环氧涂料。它既具有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、物理机械性、电气绝缘性，又有低污染、施工简便、价格便宜等特点，所以迅速发展到各行各业。
国内外大部分学者对水性环氧树脂涂料的研究集中在环氧树脂体系的改性方面，即把溶剂型的环氧树脂改变成水性环氧树脂。现在比较成熟的环氧树脂水性化方法有：(1)
直接法：(机械法)，用球磨机、胶体磨等将环氧树脂磨碎，然后加入乳化剂水溶液，再通过机械搅拌将粒子分散于水中；(2)相反转法，通过相反转将聚合物从油包水状态转变成水包油状态；(3)自乳化法(化学法)，将极性基团引入环氧树脂分子骨架中，使其具有亲水性，从而可在水中分散[17]。
因环氧树脂在众多底材上有极好的附着力、柔韧性以及较低的体积收缩率，自1938年以来，在工业和民用涂料领域中得到了广泛的应用[18]，特别是用作工业防腐涂料，它已占据大约40%的市场。现在已经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等。水性环氧防腐涂料比市场上常见的苯丙、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, 甚至有些国家已经将水性环氧防腐涂料列入重防腐涂料的范畴[19]。
第2章实验部分
2.1实验原料和主要仪器
2.1.1水性环氧涂料制备原料
固化剂901（固含量60%），环氧树脂2060（固含量60%）；颜料：钛白粉、炭黑、氧化铁红；填料：云母粉、滑石粉、膨润土、高岭土重晶石粉；防锈颜料：锌粉、氧化锌、磷铁粉；助剂：消泡剂BYK-028,分散剂DC-01。
2.1.2主要仪器
水性环氧涂料研制重点是研究其涂料合成的配方工艺。采用配漆检测性能以筛选优化涂料合成的配方工艺。环氧树指901(E-51)：胺值180mgKOH/g，活性份60%，活泼氢当量248g/mol；广州邦和化学有限公司。具体的仪器名称规格列于表2-1：
表2-1 实验仪器
实验器材规格
烧杯500 mL
漆膜划格器HGQ型
漆膜冲击试验器GW3型
铅笔硬度计BY型
恒温干燥箱DHG-9076A型
旋转粘度计NDJ型
刮板细度计MC型
光泽度计WGG60型
电动搅拌器JB90-D型
马口铁--
玻璃棒--
2.2水性环氧涂料的制备
2.2.1制备原理
双组份水性环氧涂料是非均相体系，固化剂与环氧树脂分别位于两相中，水相中的固化剂向环氧树脂乳胶粒中的扩散控制着固化成膜的过程。
水性环氧树脂是O/W乳化体系，环氧树脂以乳胶微粒的形式分散在水中，是多相分散体系。当环氧树脂与固化剂（通常是水溶性的胺、聚酰胺等）混合后，固化剂溶解在水相中，其成膜过程可用图1表示[20]。
图1 水性环氧涂料的干燥成膜过程
水性环氧树脂涂料覆盖后，在适宜的条件下，水分很快挥发，大部分水分挥发后，分散相微粒相互靠近，形成紧密堆织，残存少量的水填充在乳胶微粒的细缝间，形成巨大的毛细管压力，相互靠近、堆积的乳胶微粒在毛细管压力下变形成六边形结构。与单组份聚合物乳胶涂料一样，环氧树脂以及部分固化了的环氧树脂在乳胶粒子间相互扩散，直至形成均一、连续的涂膜。与单组份乳胶涂料不同的是，在水分挥发、粒子变形、粒子合并阶段都伴随着环氧树脂与固化剂之间的化学反应。因此，水性环氧体系的固化过程中，物理过程与化学反应交织进行，是一个典型的物理化学过程。
在固化成膜过程中，固化剂分子首先和环氧树脂分散相粒子的表面接触并在表面发生固化反应。随着交联反应的进行，环氧树脂分散相的分子量和玻璃化温度逐渐提高，使固化剂分子向环氧树脂分散相粒子内部的扩散速度逐渐变慢，这意味着环氧树脂分散
组分原料固体份理论重量实际总量纯固体A（P/B=5）固化剂901 60% 34 120.6 72.4 BYK-018（3‰t）0.76 2.28
BYK-181(2‰p ) 2.412 7.236
水99.7 250
铁红60.3 180.9
氧化锌36.18 108.54
滑石粉12.06 36.18
云母粉12.06 36.18 总计——257.45 741.9 443.7
组分原料固体份总量纯固体
B 环氧树脂2060 60% 100 60
BYK-028（3‰t）0.33 0.33
Dc-01（3‰t）0.33 0.33
水7.6 7.6 总计108.2 108.26 60.66
2.2.3制备工艺
①分别配置35%的901和56.9%的2060作为组分A和B
②分别配置A、B当量比为0.8:1、0.9:1、1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1的清漆
③用清漆在打磨过的马口铁上刷版，表干后放入烘箱烘至实干
④检验不同配比清漆刷版的性能
⑤根据清漆性能测试结果选择合适配比，配制白漆刷板测性能
⑥选择合适比例配制底漆，测试性能，作出选择
注：实际工厂工艺流程如下图2所示：
图2-1表双组份水性环氧防腐涂料制备工艺流程图
检验项目企业标准检验结果
表干时间<=1 <=1
涂膜外观正常正常
光泽度30 53
硬度2H 2H
附着力<=2 <=1
抗冲击性50 50
耐水性10d无差异10d无差异
耐盐水性附着力2级以上表面无变化，附着力降低至2级
柔韧性 1 1
2.3性能结构表征
2.3.1树脂性能检验
（1）外观
外观是指用肉眼观察样品的混合、气泡、沉底等物理状态。将样板至于光线充足的地方观察，表面是否平滑有无刷痕，气泡分布情况。
（2）表干、实干时间
表干即刷完清漆后马口铁表面一层清漆表面已干，一般为刷板后室温半小时左右。实干指马口铁放入在80 ℃烘箱下干燥至组分重量无变化，一般为两小时左右。
（3）黏度的测定
将样品倒入相应的粘度杯内，使其缓缓流出，记录从开始至完全留完所需的时间。
2.3.2涂膜性能表征
（1）制板
○1清漆的制备
分别配置35%的固化剂901和56.9%的环氧树脂2060作为组分A和B，分别配置A、B 当量比为1:1、1:1.2、1.1.3、1:1.4的清漆。
马口铁板打磨，称取适量A、B于一次性塑料杯混合均匀，用软毛刷在马口铁板上均匀涂刷制备涂膜，湿膜厚度约为50 μm，静置30-60min，放入烘箱，在80 ℃条件下烘烤，隔天做性能检验[23]。
○2白漆的制备
分别配制55%的固化剂901作为组分A，60%的环氧树脂2060作为组分B。
取100g的A组分，加入一定量的钛白粉配制55%的白浆。按照颜基比为0.6加入适量B组分，润湿剂为颜料的2%，消泡剂为纯物质总量的5 ‰。
刷板方法同上，检测性能。
○3底漆的制备
取100g的A组分，当量比为1:1时，分别调整配制颜基比为0.8：1、0.9：1、1:1时的B组分，补加适量清漆。助剂用量为：2%颜料的分散剂、3‰纯固体的消泡剂。颜填料用量为：50%总颜料的铁红、30%总颜料的氧化锌、10%总颜料的滑石粉、10%总颜料的云母粉。添加适量水。
（2）涂膜硬度
本实验采用采用铅笔硬度法测定：
取一套B—9H的铅笔，讲铅笔削至笔芯露出笔杆越0.63cm，在细砂纸上将笔芯磨平，使成正圆柱体。从最硬的铅笔开始，每级铅笔放入铅笔硬度计中，以45 ℃的角在涂膜上划五道3 mm的痕，不划伤涂膜的铅笔的硬度为涂膜硬度[23]。具体测试方法如下图所示：
图2 当硬度测定示意图
（3）柔韧性
将涂有漆膜的专用马口铁片弯曲至半径1 mm，涂膜无断裂，则柔韧性< 1 mm。（4）附着力的测定
手持划格器手柄，使多刃切割刀垂直于试片平面；以均匀的压力，平稳地不颤动的手法和20～50 mm/s的切割速度割划；将试片旋转90度角，在所割划的且切口上重复以上操作，以使形成格阵图形；用软毛刷沿格阵图形的两对角线轻轻地向后5次向前5
次的刷试片；试验至少在试片的三个不同位置上完成，如果三个位置的实验结果不同，应在多于三个位置上重复试验，同时记录全部结果。
（5）抗冲击性的测定
将涂膜样板朝上平放在铁砧上，试板受冲击部分边缘不小于15 mm，每个冲击点的边缘相距不得少于15 mm。重锤借控制装置固定在滑筒的某一高度(该高度由产品标准规定或商定)，按压控制钮，重锤即自由落于冲头上。提起重锤，取出试板，记录重锤落于试板上的高度。同一试板进行3次冲击试验。用4倍放大镜观察，判断漆膜有无裂纹、皱纹及剥落等现象。
（6）耐水性
将制好的涂膜样板浸泡于去离子水中，定期观察漆膜发白、起泡、发皱、脱落和生锈的情况。
（7）耐盐水性
配制5%的氯化纳溶液注入试验杯中，将制好的板浸泡于盐水溶液中，过一段周期，将板取出，检查浸盐水部分破坏现象（起泡、锈斑、脱落等）。
第 3 章结果与讨论
3.1胺氢与环氧基当量比的影响
水性环氧固化剂与环氧树脂的当量比是首要因素，对水性体系的性能有一定影响。
增大固化后分子中刚性链段的比例，能够提高涂膜硬度。随着当量比的提高，涂膜耐性经历由好到坏的变化。当当量比较低时，交联严重不够，网状分子结构相对疏松，不足以抵抗化学试剂的侵蚀和外界环境的腐蚀；而当完全交联甚至过度交联时，耐化学品性和防腐性能反而下降，一方面这是由于水性化后的环氧树脂相比固化剂来说，亲油程度高，固化剂含量较多时，体系亲水性较强，耐水性及防腐性能变差；另一方面，完全甚至过度交联，涂膜致密，其内应力甚至大于底材之间的附着力，导致涂膜耐盐水发白，附着力丧失。
当用水性环氧固化剂直接乳化低分子量的液体环氧树脂时，体系中具有表面活性作用的链段较高，适当提高两者的当量比，可降明显改善涂膜的耐水性和硬度，一般控制在比理论值高5%～10%的范围内。水性环氧树脂体系，若适当增加环氧树脂的用量，有助于提高涂膜的耐水性和耐腐蚀性，这是因为环氧树脂是亲油的[24]。
而水性环氧固化剂的亲水性较强，适量减少水性环氧固化剂就可提高该体系的亲油性。在某些情况下若采用环氧固化剂过量，则有助于提高涂膜的固化速度和交联密度，从而有利于提高涂膜的耐溶剂性、耐污染性、附着力、干燥速度等，关于这一点可根据具体应用场合而加以调整。
研究发现：水性环氧涂料的性能可通过调节环氧基与胺氢当量比来改变，表3-1为胺氢与环氧基当量比对水性环氧涂料性能的影响：
表3-1 当量比对涂料性能的影响（清漆）
由表3-1可知，固化剂与环氧树脂的当量比越大，硬度越高，附着力越低；漆膜厚度越大，光泽度越高；对抗冲击性以及柔韧性的影响不大。
从表中可知，当胺氢基：环氧基为1时，涂膜可以获得综合较好的物理化学性能。
3.2颜基比对环氧涂料的影响
根据水性环氧树脂涂料的应用要求来选择恰当的颜填料。中国环氧树脂行业协会专家指出，对耐酸碱介质的场合，可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等颜填料；对于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；若要增加涂膜的耐化学药品性和提高其机械性能，则应选择云母和滑石粉类的填料。当然，考虑到水性环氧固化剂呈弱碱性，应避免采用酸性的颜填料，避免两组分混合后出现破乳和分层情况。
水性环氧树脂涂料是双组分涂料，颜填料既可加到环氧树脂乳液组分中，也可以加在水性环氧固化剂组分中，但为了使用方便，应使加入颜填料后的两个组分的当量比较为接近[25]。
颜基比是指：在色漆中颜料与基料的体积(或质量)之比值。观察其对光泽度的、耐
当量比 （固化剂/环氧
树脂） 厚度
光泽度
硬度
抗冲击性/(Kg.cm) 附着力
柔韧性/㎜ 耐盐水性
0.6:1 25 80 H 40 1级 1 发白，划格处起泡 0.8:1 27 94 2H 40 1级 1 轻微发白，附着力部分丧失
0.9：1 26 85 2H 50 1级 1 附着力部分丧失
1:1 32 100 2H 50 1级 1 正常 1.1:1 33 103 3H 50 1级 1 附着力部分丧失 1.2:1 33 103 3H 50 1级 1 轻微发白，附着力部分丧失 1.3:1 28 92 4H 50 1级 1 发白，附着力部分丧失 1.4:1 35 109 4H 50 1级 1 发白，附着力部分丧失 1.5:1 24 77 5H 50 1级 1 发白，划格处起泡 2:1
55
141
6H
50
2级
1
发白，划格处起泡