比较了水性环氧树脂涂料与溶剂型环氧树脂涂料、单组分乳胶涂料的成膜过程，探讨了双组分水性环氧树脂涂料的成膜机理，分析了影响水性环氧树脂涂料成膜的因素。环氧树脂乳胶粒的尺寸是影响水性环氧涂料成膜的最重要因素，乳胶粒的界面黏度，环氧树脂的玻璃化温度，固化剂与环氧树脂的相容性以及涂装施工的环境温度、湿度等都会影响水性环氧树脂涂料的成膜过程，进而影响涂膜的物理化学性能。
关键词：水性环氧树脂涂料；固化；成膜机理；乳胶粒径
中图分类号：TQ630.7文献标志码：A
文章编号：1004–227X(2009)02–0043–03
1.前言
环氧树脂涂料附着力高、防腐蚀性能优良，是目前应用数量最多、应用范围最广的重防腐涂料之一。世界每年大约40%以上的环氧树脂用于制造涂料，其中大部分用于金属的防腐蚀领域。环氧树脂优异的性能不仅在溶剂型防腐涂料中得到了充分体现，而且国外水性环氧防腐涂料也成为了发展最快的水性防腐涂料品种[1]。
涂料的固化成膜是指涂覆到基材表面的涂料由液态(或粉末态)转化成无定型固态薄膜的过程，这一过程也称为涂料的固化或涂料的干燥。涂料的固化成膜是一个复杂的物理或物理化学过程，按成膜机理不同，可分为溶剂挥发成膜、热熔融冷却成膜、化学成膜、乳胶凝聚成膜等多种方式。对于不同的涂料体系，其成膜方式可能是单一的，也可能是上述几种甚至全部成膜机理的综合体现。环氧树脂在固化成膜过程中，通过固化交联反应，中小分子的环氧树脂由可溶、可熔的线形或支链分子转变成最终的不溶、不熔的体型结构，稳定、细腻的环氧树脂水基乳液是形成高性能水性环氧树脂涂膜的基础。但由于水性环氧树脂乳液属于多相体系，且干燥过程伴随着固化交联反应，其成膜过程与均相体系的溶剂型环氧树脂涂料以及高聚物乳胶涂料相比具有不同的特点，水性环氧涂料的固化成膜直接影响涂膜的性能，如硬度、光泽、防锈性能、耐化学品性等。研究和掌握水性环氧树脂涂料的固化成膜过程与特点，对于指导水性环氧树脂涂料的实际应用具有重要意义。
2.水性环氧树脂涂料的固化成膜过程
2.1溶剂型环氧涂料及单组分聚合物乳胶涂料的成膜过程
溶剂型环氧树脂涂料的固化成膜包含溶剂挥发成膜与化学成膜两种成膜机理。环氧树脂与固化剂均以分子形式均匀地分散在溶剂相中，反应体系为均相体系，环氧树脂分子与固化剂分子可以自由充分接触。随着溶剂的挥发，环氧树脂与固化剂反应，若固化反应完全，则能够形成结构致密、均一的涂膜。单组分聚合物乳胶涂料的成膜是典型的高分子扩散过程，理论上这一过程可细分为3个阶段：水分挥发、乳胶粒子变形和粒子合并[2-5]。乳胶涂料在涂覆以后，乳胶粒子仍能以布朗运动的形式自由运动。随着水分挥发，它们的运动逐渐受到限制，最终乳胶粒子相互靠近，变成紧密堆积，如图1所示。粒子之间形成很小的空隙并被水所充满，产生巨大的毛细管压力，随着水分的继续挥发，毛细管压力越来越大，最终克服粒子间界面膜存在的电位阻或机械位阻作用。在巨大的毛细管压力作用下，乳胶粒内的聚合物分子透过界面膜在粒子间相互扩散、融合，乳胶粒子发生自黏合作用，形成均匀的涂膜。因此，单组分聚合物乳胶涂料的成膜过程是一个纯粹的物理过程。
2.2水性环氧涂料的成膜及其与乳胶涂料、溶剂型环氧涂料成膜过程的比较
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2表示[6]。
水性环氧涂料涂覆后，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，形成紧密堆积，残存少量的水填充在乳胶微粒的缝隙间，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。与单组分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。与单组分乳胶涂料不同的是，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相粒子内部进行的固化反应较其表面的少，内部交联密度也较低。同时，随着固化反应的进行，环氧树脂分散相粒子逐渐变硬，粒子之间相互凝结成膜的难度加大。A.Wegmann[6]认为，水性环氧树脂涂料同溶剂型环氧树脂涂料相比，很难形成均相、完全固化的涂膜，并认为这是影响水性环氧树脂涂膜性能的首要原因。笔者的研究表明，应用合适的工艺得到细腻稳定的环氧树脂乳液体系，并选择合适的固化剂，在适宜的固化条件下仍然能够得到防腐性能、物理机械性能等综合性能优良的水性环氧树脂涂膜，但与溶剂型环氧树脂涂膜相比，仍然存在一定的差距[7-8]。
