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水性环氧树脂在道路建设中的应用研究

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王允

[导读] 摘要：本文综述了水性环氧树脂的分类和性能，介绍了目前国内外水性环氧树脂在道路建设领域的研究现状及应用，展望了水性环氧树脂的发展前景。

        重庆交通大学重庆 400074
        摘要：本文综述了水性环氧树脂的分类和性能，介绍了目前国内外水性环氧树脂在道路建设领域的研究现状及应用，展望了水性环氧树脂的发展前景。
        关键词：水性环氧树脂；性能；应用；道路建设；前景
        0 引言
        环氧树脂凭借其优异的附着力、良好的机械性能和显著的绝缘性与耐化学稳定性等诸多优良性质，已在涂料工业、复合材料、电子电器、黏合剂等领域广泛应用。
        然而，传统的有机溶剂型环氧涂料会给环境带来严重的污染且对人体健康产生有害影响，随着我国对环保的日益重视和民众对健康意识的提高，政府相继颁发一系列法律法规，规范促使环氧涂料向无毒、低 VOC 方向发展。而水性环氧树脂不仅拥有传统有机溶剂型环氧树脂的众多优异性能和特点，还具有较低 VOC、施工性好、成本低廉和安全性好等显著特点。环氧树脂水性化必将是市场未来的趋势，其市场前景将非常广阔，同时产生不可估量的经济效益和社会效益。
        1 优点与不足
        1.1水性环氧材料的优点
        水性环氧涂料具有快干，在20摄氏度、75%相对湿度下，一般2h就可达到表面指触干；耐腐蚀性优异；以水作为稀释剂和清洗剂，不燃、安全；配套性好，可与水性丙烯酸涂料或溶剂型涂料配套使用；溶剂挥发少，属环境友好型；最低固化温度为15摄氏度。
        环氧树脂水性化已经成为现在地面材料发展的趋势，相对于油性材料，水性材料具有以下优势：
        1、水性环氧材料的稀释剂是水，挥发后对环境没有影响。而油性材料的稀释剂通常为有机溶剂，化学反应后，对环境及人具有不利影响；
        2、水性环氧材料施工基本没有刺激性气味；油性材料由于自身的原因以及稀释剂和某些助剂的使用导致施工中有很大的气味；
        3、水性环氧材料对基层没有腐蚀；
        4、水性环氧材料对潮湿基层的容忍度高；
        5、水性环氧材料运输及储存安全，油性材料则存在风险；
        6、水性环氧材料的耐候和保色性好，油性材料抗紫外线性能差，颜色容易发生变化。
        1.2水性环氧材料的不足
        与有机溶剂相比，水的蒸发热高，这就要求有另外的手段来帮助水蒸发。在低温和高湿情况下，水蒸发更慢，延长干燥时间。
        水的表面张力较高，这对基材和颜填料的湿润造成困难，尤其是除油不干净的底材更难湿润。加入湿润剂和分散剂有助于湿润性的提高，但这种表面活性剂的加入常产生泡沫和针孔，同时也提高了VOC含量。
        颜填料在水性涂料中的分散稳定性较溶剂型涂料差，易于聚集沉淀，这给水性涂料带来缺陷；另外颜填料的水溶作用对水性涂料的稳定性会带来不良的影响。
        水的冰点比大多数有机溶剂高，因此，水性涂料的冻融稳定性较差，虽然可通过加入抗冻剂来解决，但并非对所有的水性环氧涂料都有效。
        水性涂料的配方较溶剂型涂料复杂，过多添加助剂，往往会使性能失调。
        水性环氧质脆，耐腐蚀能力弱，需改性，以获得力学性能和防腐性能。
        2 水性环氧树脂在道路建设中的应用
        沥青是道路建设养护、维修常用的材料之一，但是随着使用和时间的延长，沥青路面老化问题严重，需要进行修补。环氧树脂受热情况下稳定性好，另外，力学性能和粘接性能优异，所以环氧树脂材料被广泛地应用于道路工程中。

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伴随着水性环氧树脂技术的发展与成熟，拓宽了环氧树脂在道路建设中的应用范围。目前国内对于水性环氧树脂在道路材料中的应用研究主要集中在封层、黏层、表面处理及冷补料等方面。
        王进勇等[7]利用水性环氧树脂改性乳化沥青，对水性环氧改性乳化沥青及其混合料的路用性能进行研究，以解决冷补沥青混合料存在的初期强度较低、粘接性较差和耐久性不好等问题。研究表明，当水性环氧树脂掺量大于20%时，能显著提高乳化沥青的黏度、粘接强度、高温性能和耐久性能。水性环氧加入到乳化沥青混合料后，耐热性能和耐水性能显著提高。
        王青洲等模拟桥面铺装结构型式，制备了水性环氧树脂改性乳化沥青黏层材料试件，通过不同温度条件下的力学性能测试研究了不同环氧掺量对粘接层性能的影响。结果表明：不同水性环氧树脂掺量体系力学性能差别明显，水性环氧树脂含量越多的试件力学强度越高。水性环氧树脂比例较低，掺量体系性能对温度较敏感，当水性环氧树脂比例为20%和25%时，掺量体系的力学性能随温度变化较小；20% 水性环氧树脂和 80% 乳化沥青为桥面防水粘结层的最佳组成。
        李秀君等为了解决沥青路面养护工程中养护层层间粘接性不好的缺点，用水性环氧树脂对乳化沥青进行改性处理。数据结果显示，水性环氧树脂改性乳化沥青粘接料的最佳涂布量为0.60 kg/m2，改性乳化沥青粘接料成膜后的抗水损性能随着水性环氧树脂添加量的增加而逐步提高；当水性环氧树脂添加量达到 30% 时，抗水损性能趋于稳定，最终达到 95.3% 的沥青质量残留率。最终结果显示，水性环氧树脂可以显著增强乳化沥青的层间粘接性，沥青路面养护层耐久性可以极大地改善。
        3 结语
        水性环氧树脂乳液的制备方法众多，影响乳液和涂膜性能的因素也很复杂，环氧树脂分子量、乳液粒径、乳化剂的种类及用量、加水量、温度、化学改性化合物的种类及反应活性、固化剂的种类及与环氧树脂的相容性等，都会对乳液和涂膜的性能产生重要影响。
        目前市场上水性环氧树脂种类众多，但是存在制备方法不完善、稳定性差、容易分层、耐腐蚀性不强、硬度差、附着力不好以及与固化剂和相应的助剂相容性不好等缺点。未来按照不同应用要求改性水性环氧树脂，开发新型、稳定、多功能的水性环氧树脂体系将是主要发展趋势。
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