水性环氧粘合剂已证明其能力取代，在某些情况下，甚至超过传统的溶剂型粘合剂在许多涂料应用。高性能水性环氧树脂系统满足全球严格的监管要求。这些水性环氧树脂系统被配制成涂料，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，以及混凝土和砖石基材的保护涂料。
用于液体、环境固化环氧树脂配方的所有环氧树脂类型(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，全球液态涂料的水性环氧树脂市场预计为30- 40kt。据估计，受WB工业涂料在中国市场的显著增长推动，2018年水性环氧树脂市场至少翻了一番。
低成本、低挥发性有机化合物(VOCs)和高性能是推动新型环氧树脂和固化剂发展的三个主要因素(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变为性能更高的新型水性环氧涂料。
水性富锌环氧底漆具有更高的性能
溶剂型环氧聚酰胺涂料具有悠久的历史，在各种保护涂料中具有优良的耐腐蚀性能，包括有机富锌底漆。2然而，一个重要的问题是，当涂料配方中锌尘的含量达到80%时，稀释到应用粘度后，产生的VOC含量超过450 g/L。
在过去的几年里，中国在整个行业都有一个倡议，将海运集装箱涂料市场从溶剂性(SB)涂料转向水性(WB)涂料，以显著减少溶剂排放。如图2所示，车间底漆采用环氧富锌涂料;集装箱内外的富锌底漆层。集装箱的外面有一层环氧中间层和一层丙烯面漆。在容器内部，有典型的FDA(食品级)环氧表层。3.
一种新型的无水胺被称为EPIKURE™固化剂8538-Y-68，已被开发用于配制水性富锌环氧底漆。该固化剂中的“y型溶剂”为丙二醇单甲基醚。这种独特的固化剂封装和保护金属锌颗粒的水。当与EPI-REZ™树脂6520-WH-53一起使用时，可以在不产生显著氢气(发泡)的情况下实现超过4小时的罐寿命。粘结剂系统的典型性能见表1。
建议的起点公式4使用过量的环氧树脂等价物，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°C下保存一个月，或在23°C下保存三个月时，在至少四个小时的工作罐寿命内，其抗盐雾性能保持不变(图3)。进一步的工作证实了长达六个月的稳定性。
选择合适的醇类或乙二醇醚类共溶剂可以减少WB富锌配方的干燥时间。当使用足够的气流加速水蒸发时，几分钟(5-6分钟)的重测时间已在商业试验中得到验证。如图4所示，涂有水性环氧富锌底漆的喷砂钢板(SA- 2.5½)的性能优于溶剂型富锌底漆，该底漆在同样的应用领域有商业销售。WB环氧底漆优越的柔韧性如图5所示。
为了显著降低有机富锌环氧底漆的VOC含量，我们开发了一种新的WB环氧粘结剂体系和起始配方，具有卓越的性能、优异的配方稳定性、长工作寿命和快速重涂时间。基于此固化剂的锌膏在储存期间不出气，并提供了优越的储存稳定性(最少6个月)。
高性价比的水性环氧粘合剂系统，提高了性能
根据客户意见的讨论，我们发现一些终端客户希望使用水性环氧涂料，但与溶剂型替代品相比，价格差是一个太高的障碍。为了解决这一需求，我们开发了一种性价比更高的水性粘合剂系统，称为NextGen环氧树脂™水性系统。这种新型粘结剂系统具有传统环氧粘结剂系统的性能，但应用成本较低。表2总结了一种新型水性胺固化剂和性价比高的环氧树脂分散剂的典型性能。
高性价比的混凝土水性涂料
这种具有成本效益的粘合剂系统在混凝土上的高光泽，白色搪瓷的性能5如表3所示。水性配方VOC含量低于100 g/L。光泽度和相应的混合粘度在锅的寿命如图6所示。
高性价比的水性金属涂层
该粘结剂体系可在低于100克/升VOC的情况下配制，为金属基材提供卓越的保护。白色水性环氧底漆6在1000小时的盐雾暴露后获得了卓越的耐腐蚀性能(ASTM B-117)。在3-4密耳DFT的冷轧钢板上，暴露的钢板有0-2毫米的划线蠕变，没有现场水泡。湿粘附力和干粘附力的评估产生了5A评级(无粘附力损失)。研究人员对性价比高的环氧分散剂(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)的热箱中经过了一个月的时间，并经过了3次以上的冻融循环(冷冻至-5°C和温至23°C = 1次循环)。
NextGen环氧树脂水性体系在防腐白色金属底漆中使用时，具有优异的耐腐蚀性能，干燥时间更快，附着力更好。这种粘合剂提供了更长的罐寿命，更高的光泽和优良的附着力在白色搪瓷配方的混凝土保护。这种水性粘合剂系统在较低的VOC水平(<100 g/L VOC)下提供传统环氧树脂性能，同时还能降低应用成本。
全球推动降低VOC限值
在美国，加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的含量限制在每升50到350克之间。72018年6月，美国环保局将全国51个地区指定为非达标区。这些地区未来可能会采用更低的VOC限值。8
加拿大国家对AIM的规定9涵盖53种涂料，VOC限值为100至800克/升。加拿大环境部正考虑采用较低的VOC限值，以符合加州对VOC的规定。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，中国在执行降低VOC监管上限方面发挥了重要作用。
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。涂料制造商如果等到监管机构或自己的客户要求他们提供更环保、VOCs更低的涂料时，他们就有可能被市场领导者抛在后面，或者错过很少或根本没有提前通知的新商业机会。
为了避免这种风险，一些配方商正在采用“蛙跳”策略，开发超低VOC配方。使用这种策略，配方商开发新产品在一个步骤中尽可能低的溶剂含量。这消除了时间，技术资源和金钱花费，以更小的，逐步增加减少溶剂水平。
超低voc配方水性系统
为了满足50 g/L或更低的VOC水平，2018年4月的美国涂料展上推出了一种名为EPI-REZ Resin 7720-W-50的新型环氧树脂分散体。10典型属性如表4所示。
在低于50 g/L VOC的白色底漆中，11与商业溶剂性环氧涂料(200g /L VOC)相比，该水性体系具有优越的耐腐蚀性。表5总结了性能结果，盐雾暴露面板如图8所示。
对于混凝土或砖石的保护，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可在低于50 g/L VOC的情况下配制。与液态环氧树脂乳液相比，ER 7720W50涂料由于固体环氧树脂的漆干性，干燥速度更快(表6)。
结论
在全球范围内，低VOC法规的采用有增无减;在涂料市场掀起一股“绿色浪潮”。新型水性环氧树脂和胺类固化剂在提供传统环氧树脂性能的同时，满足了市场对高性能、低成本和低溶剂含量的需求。
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卓越的存储稳定性，卓越的耐腐蚀性能和改善的灵活性。为了降低整体应用成本，一种新型水性固化剂(EK 8530-W-75)和具有成本效益的环氧分散剂(ER 7520-W-50)对混凝土或金属提供卓越的保护，其配方VOC水平低于每升100克。
由于VOC限值将继续下降，涂料配方师应考虑采用“蛙跳”策略来开发超低VOC配方。超低VOC环氧树脂分散体(ER 7720-W-50)使配方人员能够开发出VOC低于50 g/L的高性能环氧底漆、中涂层和透明涂料。随着水性体系在全球范围内不断取代溶剂型环氧/聚酰胺涂料，更好的性能、更低的成本和更低的VOC的关键驱动因素变得非常重要。
参考文献
1根据外部市场分析报告估算2015年。
2起点配方1021“SB环氧富锌底漆，使用EPON™树脂1001-CX-75和EPIKURE™固化剂315 - x -70”，来自Hexion公司。
施泰因克集装箱处理公司，《典型钢干货物集装箱- 20'x8'x8 ' 6 "带侧门类型技术规范》，第5.2节涂料，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。
5起点配方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。
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)和消费产品规则”，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)浓度限值规定(SOR/2009-264)》。
10 ER7720 ACS 2018发布于2018年4月9日，“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“水性白色防腐蚀底漆(< 50g /L VOC)，使用EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂6870-W-53”，来自Hexion公司。
12开始配方#1794“水性高光泽白色搪瓷(< 50g /L VOC)，使用来自Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂6870-W-53”。
13开始配方#1795“水性半光泽白色表层涂料(< 50g /L VOC)，使用来自Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50 / EPIKURE固化剂6870-W-53”。
14开始配方#1796“水性透明涂层(< 50g /L VOC)，使用来自Hexion公司的EPI-REZ树脂7720-W-50/EPIKURE固化剂8530-WH-75”。
