水性环氧胶粘剂在许多涂料应用中已经证明了其取代传统溶剂型环氧胶粘剂的能力，在某些情况下甚至优于传统的溶剂型环氧胶粘剂。高性能水性环氧树脂系统满足严格的法规要求，在全球范围内都有。这些水性环氧体系被配制成用于集装箱、铁路、卡车和公共汽车、农业和建筑设备、工业饰面、汽车零部件和配件、工业维护的涂料，以及混凝土和砌体基质的保护性涂料。

用于液体、环境固化环氧配方的所有环氧类型(水性、溶剂型和无溶剂型)的全球市场估计为941 KT;价值23.6亿美元。12015年，全球用于液体涂料的水性环氧树脂市场预计为30- 40kt。2018年，受WB工业涂料在中国的显著增长推动，水性环氧树脂市场估计至少增长了一倍。

开发新型环氧树脂和固化剂的三个主要驱动力是低成本、低挥发性有机化合物(VOCs)和更高的性能(图1)。本文探讨了一些最新的产品创新，以帮助行业从传统的溶剂型环氧涂料转向新的高性能水性环氧涂料。

水性环氧涂料的发展趋势
图1”水性环氧涂料的发展趋势。

水性富锌环氧底漆性能更高

溶剂基环氧聚酰胺涂料在包括有机富锌底漆在内的广泛防护涂料中具有优良的耐腐蚀性能。2然而，一个重要的问题是，当涂料配方中锌粉的重量高达80%时，稀释到应用粘度后，产生的VOC含量超过450克/升。

在过去的几年里，中国有一个全行业的倡议，将集装箱涂料市场从溶剂型(SB)涂料转变为水性(WB)涂料，以显著减少溶剂排放。如图2所示，车间底漆层采用环氧富锌涂料;以及，用于集装箱内外区域的富锌底漆层。在集装箱的外面，有一个环氧中间层和丙烯酸面漆。在容器的内部，通常有一个FDA(食品级)环氧面漆层。3.

集装箱涂料层示意图(OEM施工)。
图2”集装箱涂料层示意图(OEM施工)。

一种新的无水胺类化合物EPIKURE™固化剂8538-Y-68被开发用于配制水性富锌环氧底漆。该固化剂中的“y -溶剂”是丙二醇单甲基醚。这种独特的固化剂封装和保护金属锌颗粒免受水。当与EPI-REZ™树脂6520-WH-53一起使用时，无需产生明显的氢气(发泡)，锅寿命可达到4小时以上。该粘合剂体系的典型性能见表1。

WB富锌底漆推荐粘结体系的典型性能
表1”WB富锌底漆推荐粘结体系的典型性能。

建议的起点公式4使用过量的环氧树脂等效物，以最大限度地提高耐腐蚀性能。当着色固化剂组分(A部分)在50℃下保存1个月，或在23℃下保存3个月时，在至少4小时的工作槽寿命中，抗盐雾性没有变化(图3)。进一步的研究证实其稳定性可达6个月。

盐雾性能对罐寿命和A部分储存稳定性的影响
图3»盐雾性能对罐寿命和A部分储存稳定性的影响。

选择适当的醇或乙二醇醚共溶剂可缩短WB富锌配方的干燥时间。在商业试验中，当使用足够的气流加速水分蒸发时，重新加热时间仅为几分钟(5-6分钟)。如图4所示，涂有水性环氧富锌底漆的喷砂钢板(SA- 2.5½)的性能优于用于相同应用的商业化销售的溶剂型富锌底漆。WB环氧底漆优越的柔韧性如图5所示。

1000小时盐雾结果。SB富锌底漆(左)vs WB富锌底漆(右)。
图4»1000小时盐雾结果。SB富锌底漆(左)vs WB富锌底漆(右)。
WB富锌底漆的芯棒弯曲(1/4英寸)和180°弯曲(30天固化)无故障。
图5»WB富锌底漆的芯棒弯曲(1/4英寸)和180°弯曲(30天固化)无故障。

为了显著降低有机富锌环氧底漆的VOC水平，开发了一种新的WB环氧粘合剂体系和起始配方，该体系具有优异的性能、良好的配方稳定性、长工作罐寿命和快速重涂时间。基于这种固化剂的锌膏在储存过程中不释放气体，并提供优越的储存稳定性(至少6个月)。

性价比高的水性环氧粘合剂体系

根据客户之声的讨论，我们发现一些最终用途客户希望使用水性环氧涂料，但与溶剂型替代品相比，价格差距太大。为了满足这一需求，我们开发了一种更经济实惠的水性粘合剂系统，称为NextGen环氧树脂™水性粘合剂系统。这种新型粘结体系具有传统环氧粘结体系的性能，但应用成本更低。一种新型水性胺固化剂和性价比高的环氧树脂分散体的典型性能如表2所示。

NextGen环氧水性体系的典型性能
表2”NextGen环氧水性体系的典型性能。

高性价比的混凝土水性涂料

这种高性价比的粘合剂系统在混凝土上具有高光泽的白色搪瓷5表3所示。本水性配方VOC含量低于100克/升。光泽度和相应的混合粘度随锅寿命的变化如图6所示。

高光白搪瓷(ER7520/EK8530)混凝土典型性能
表3”高光白搪瓷(ER7520/EK8530)混凝土典型性能。
光泽度和粘度锅寿命的高光泽白搪瓷
图6»光泽度和粘度锅寿命的高光泽白搪瓷。

具有成本效益的水性金属涂层

同样的粘合剂体系可以在低于100g /L VOC的情况下配制，为金属基材提供优越的保护。白色水性环氧底漆6在盐雾暴露1000小时后达到优异的耐蚀性(ASTM B-117)。暴露的面板有0- 2mm的螺旋蠕变，冷轧钢板在3-4 mils DFT下没有现场起泡。湿粘连和干粘连评价为5A级(无粘连损失)。对性价比高的环氧分散体(ER7520)和新型固化剂(EK8530)的热箱稳定性和冻融稳定性进行了评估(图7)。两种产品都在125°F(52°C)的热箱中通过了一个月，并通过了3个+冻融循环(冷冻到-5°C和温暖到23°C = 1个循环)。

在喷丸钢(3-4 mils DFT)上经过1000小时盐雾固化14天，在75°F, 50% rh
图7»在喷丸钢(3-4 mils DFT)上经过1000小时盐雾固化14天，在75°F, 50% rh

NextGen环氧水性系统在用于防腐白色金属底漆时，具有优异的耐腐蚀性、更快的干燥时间和优异的附着力。同样的粘合剂提供了更长的锅寿命，更高的光泽和优越的附着力在白色搪瓷配方的混凝土保护。这种水性粘合剂体系在VOC水平较低(<100 g/L VOC)的情况下提供了传统环氧树脂的性能，同时还降低了应用成本。

全球推动降低VOC限值

在美国，加利福尼亚州的南海岸空气质量管理区(South Coast Air Quality Management District)有严格的规定，VOC的上限为每升50至350克。72018年6月，美国环保局将该国51个地区指定为不达标区。这些地区未来可能会采用较低的VOC限值。8

加拿大针对AIM的国家法规9涵盖53种涂料类型，VOC限值为100至800克/升。加拿大环境部正在考虑采用更低的VOC限值，以与加州的VOC法规保持一致。在欧洲，主要法规是适用于环氧地坪系统的工业排放指令2010/75/EU和装饰涂料指令2004/42/EC。近年来，在实施低VOC监管限制方面，中国已成为一个主要参与者。

这不是如果的问题，而是何时更严格的VOC法规会影响你和你的客户。如果涂料制造商等到监管机构或自己的客户强迫他们提供更环保、挥发性有机化合物更低的涂料，就会面临被市场领先者甩在后面的风险，或者会错过几乎没有提前通知的新商业机会。

为了避免这一风险，一些配方商正在采用“跳跃式”战略，开发超低VOC配方。使用这种策略，配方商可以在一个步骤中以尽可能低的溶剂含量开发新产品。这消除了时间、技术资源和金钱的花费，以减少溶剂水平，逐步增加。

超低voc配方的水性系统

为了满足50 g/L或更低的VOC水平，在2018年4月的美国涂料展上推出了一种名为EPI-REZ树脂7720-W-50的新型环氧分散体。10典型属性如表4所示。

超低voc WB环氧胶粘剂体系的典型性能
表4»超低voc WB环氧胶粘剂体系的典型性能。

在VOC低于50 g/L的白色底漆中，11与商业溶剂型环氧涂料(200g /L VOC)相比，这种水性体系具有更好的耐腐蚀性。表5总结了性能结果，盐雾暴露面板如图8所示。

盐雾腐蚀板(ER 7720W50/EK 6870W53)的比较。
表5»盐雾腐蚀板(ER 7720W50/EK 6870W53)的比较。
盐雾腐蚀板(ER 7720W50/EK 6870W53)的比较
图8»盐雾腐蚀板(ER 7720W50/EK 6870W53)的比较

对于混凝土或砌体的保护，新的环氧分散体(ER 7720W50)与EK 6870W53结合，形成高光泽的搪瓷12还有半光泽的白色面漆。13当与EK 8530W75一起使用时，是一种高光泽的透明搪瓷14可配方VOC低于50 g/L。与液体环氧树脂乳液相比，ER 7720W50涂料会干得更快，因为固体环氧树脂漆干得更快(表6)。

在混凝土上使用ER 7720-W-50的水性环氧配方(VOC <50 g/L)
表6»在混凝土上使用ER 7720-W-50的水性环氧配方(VOC <50 g/L)

结论

在全球范围内，采用较低VOC法规的情况继续有增无减;在整个涂料市场掀起了一股“绿色浪潮”。新型水性环氧树脂和胺类固化剂提供了传统环氧树脂的性能，同时满足了市场对更高性能、更低成本和更低溶剂含量的需求。

为了获得更高的性能，基于EK 8538-Y-68的水性富锌底漆提供了优越的存储稳定性，优异的耐腐蚀性和改进的灵活性。为了降低整体应用成本，一种新型水性固化剂(EK 8530-W-75)和一种低成本的环氧分散剂(ER 7520-W-50)对混凝土或金属提供优越的保护，配方VOC水平低于每升100克。

由于VOC限值将继续下降，涂料配方商应考虑采用“跳跃式”策略，开发超低VOC配方。超低VOC环氧树脂分散体系(ER 7720-W-50)使配方剂能够开发出高性能的环氧底漆、中间层和透明涂料，VOC低于50 g/L。随着水性系统在全球范围内不断取代溶剂型环氧/聚酰胺涂料，利用更好的性能、更低的成本和更低的VOC是非常重要的。

参考文献

基于外部市场分析报告的2015年估计。

起点配方1021“SB环氧富锌底漆，使用Hexion公司的EPON™树脂1001-CX-75和EPIKURE™固化剂311 - x -70”。

3 Steinecker集装箱手册，“典型钢制干货集装箱- 20'x8'x8 ' 6 '带侧门的集装箱技术规范”，第5.2节，第14-15页。

WB富锌环氧底漆的起始配方可根据Hexion授权代表的要求提供。

配方1791“水性光泽白色搪瓷，基于EPI-REZ树脂7520-WD-52/EPIKURE固化剂8530-W-75”，来自Hexion公司。

6起始点配方1790”水性白色底漆基于EPI-REZ树脂7520-WD-52/EPIKURE™固化剂8530-W-75”，来自Hexion公司。

7 https://www.arb.ca.gov/coatings/arch/rules/VOClimits.pdf“加州建筑涂料规则摘要”2016年12月13日修订。

8 https://www.paint.org/colorado-aim/“科罗拉多州制定建筑和工业维护(AIM)和消费品规则”，2018年7月17日。

9 http://laws-lois.justice.gc.ca/eng/regulations/SOR-2009-264/page-5.html#h-16“建筑涂料挥发性有机化合物(VOC)浓度限制条例(SOR/2009-264)”。

2018年4月9日ACS 2018的新闻稿，“Hexion介绍其EPI-REZ水性环氧树脂家族的最新成员”http://investors.hexion.com/static-files/b2532853-18ca-4a10-bdb0-2751c6dc8d36。

11起始点配方#1793“水性白色防腐底漆(< 50克/升VOC)，使用Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂6870-W-53”。

12起始配方#1794”水性高光泽白色珐珐漆(< 50克/升VOC)使用Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂6870-W-53”。

13起始配方#1795”水性半光白色面漆(< 50克/升VOC)，使用Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50 / EPIKURE固化剂6870-W-53”。

14起始配方#1796”水性透明涂层(< 50 g/L VOC)使用Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂8530-WH-75”。