王子华1，2，王池嘉3，唐 骥1，2，莱 曼1，2，王瑞涛*1，2，汪怀远*1，2，丁艳梅4

（1.天津大学化工学院，天津300350；2.天津大学浙江研究院，浙江宁波315202；3.东北石油大学，黑龙江大庆163318；4.中国涂料工业协会，北京100101）

【目的/意义】海洋工程装备腐蚀防护对海洋强国战略至关重要，在“双碳”与VOC减排背景下，水性环氧涂料是海洋重防腐绿色替代重要方向，但其高湿固化难、长效防腐不足制约工程应用。【分析/评论/进展】综述了海洋防腐水性环氧涂料固化与防腐两大机制，总结了树脂与固化剂改性、体系催化、功能填料增强等技术进展，梳理了物理屏蔽、离子钝化、智能缓蚀及多机制协同防腐研究现状。【结论/展望】指出高湿成膜受限、涂层致密性差、长效防护不稳等瓶颈，展望高湿条件下固化、多重协同防腐、界面结构优化、工程化应用与智能多功能涂层等发展方向，为高端海洋防腐水性环氧涂料研发提供参考。

水性环氧涂料；海洋防腐；固化机制；防腐机制；高湿固化

10.12020/j.issn.0253-4312.2026-094

国家自然科学基金面上项目（No. 22378309）；宁波市甬江人才工程创新个人项目（2024A-411-G）

E-mail：wruitao@126.com；huaiyuanwang@tju.edu.cn

环氧涂料一般为双组分，其中一个组分的主要成分为环氧树脂，另外一个组分主要由胺类固化剂组成。水性环氧涂料为非均相体系，主剂与固化剂混合后，环氧树脂以乳胶粒形式分散在水中形成“水包油（O/W）”乳液，胺类固化剂溶解在水中形成水溶液，其固化过程分为3‍个阶段：一是水分挥发，湿膜中的自由水逐渐蒸发，乳胶粒相互靠近；二是相转变，当水分挥发至临界值时，环氧树脂从“水包油”转变为“油包水（W/O）”，随后乳胶粒融合凝聚形成连续相；三是化学交联，环氧基团与胺基发生开环聚合反应，形成三维网状高分子涂层。

水分挥发是传统水性环氧涂料固化的前提，其速率直接决定相转变与化学交联的进程，而环境湿度是影响水分挥发的重要因素。当沿海环境相对湿度≥85%时，水分挥发受阻，乳胶粒无法及时融合凝聚，相转变与化学交联进程延迟，甚至出现涂层结露、泛白、成膜不致密等问题，导致涂层力学性能与防腐性能大幅下降。此外，传统水性环氧涂料的固化速率还受树脂与固化剂反应活性影响，常规胺类固化剂与环氧基团的反应速率较慢，进一步加剧了高湿环境下的固化难度。

为提升水性环氧涂料的固化速率，改善高湿环境下的成膜性与早期耐水性，科研工作者围绕树脂改性、固化剂改性、体系优化与催化助剂、功能填料等几大方向开展研究，通过提高反应基团活性、优化分子结构、匹配反应动力学、强化交联密度、构建导水通道与水化协同固化体系，弥补高湿环境下水分挥发缓慢的缺陷，同时提升涂层早期力学性能与防腐性能。

环氧树脂的相对分子质量、分子结构、分散状态与粒径控制直接影响乳胶粒融合、相转变速率与交联密度，是调控固化性能的重要方面。

BASF公司通过在环氧树脂分子链上接枝羟基丙烯酸酯引入羟基，采用异氰酸酯作为固化剂，利用异氰酸酯与羟基的高反应活性，大幅提高固化反应速率，改善了涂层的干燥性能；Ai等通过自制特种乳化剂对不同相对分子质量的双酚A环氧树脂和酚醛环氧树脂进行乳化，制备了高分散性水性环氧分散体，配合高反应活性的改性胺固化剂，加速了乳胶粒的融合与化学交联，结果表明采用中等相对分子质量环氧树脂EP20制备的水性环氧涂料在标准条件下的表干用时最短（30 min），相对于小分子环氧树脂EP51缩短了50%。

固化剂的反应活性、分子结构与胺氢分布，决定了环氧基团开环速率与交联网络均匀性，是提升固化效率的关键。

Zhou等通过封端、改性和原位接枝工艺，制备了含氧化石墨烯的高反应活性水性环氧固化剂，氧化石墨烯的片层结构不仅提高了固化剂的反应活性，还增强了涂层的屏蔽性能，所制备的涂层在标准条件下不仅固化迅速，还具有优异的防腐性能。赵莲英等基于迈克尔加成反应，以马来酸酐和4，4'-二氨基二环己基甲烷为原料合成了含3‍个端胺基的高支化聚酰胺中间体，进一步制备出聚酰胺水性环氧固化剂MK-165，该固化剂具有低黏度、高胺值特点，显著提升反应活性与交联密度，采用其配制的水性环氧涂料常温实干仅4 h且可低温固化。

通过选择环氧树脂-固化剂类型与添加高效催化助剂，可匹配固化反应动力学、提升交联速率与固化程度，进而改善涂层综合性能。张鹏飞通过研究常用的3种水性环氧树脂体系和3种胺体系的组合，分析10种类型的水性环氧涂料体系的干燥性能与特点，为配方设计工程师提供参考（表1）。姚煌等针对大型制冷压缩机组设备涂装膜厚高、烘烤温度低、生产节奏快的难题，开发了水性环氧双组分低温快干防腐涂料，通过添加0.3%的叔胺类催化剂DMP-30，显著提升了水性环氧涂料的固化交联程度，实现在45 ℃干燥30 min条件下，150 μm干膜厚度的涂层下线1 h耐水性48 h。

在不改变传统固化机理的前提下，引入功能纳米填料与纤维素类材料可构建高效物理导水通道，显著加快涂膜内部水分挥发速率，实现涂料快速表干并满足“湿碰湿”高效涂装需求。黄一伦等将纳米纤维素（NFC）引入水性环氧底漆体系，利用纳米纤维素的三维网状结构在湿膜内部形成连续毛细管通道，大幅强化水分扩散与挥发效率，当固含量5.7%的NFC添加量为0.5%时，涂层表干速率提升幅度最高可达26%，同时可改善涂层界面状态，避免面漆与底漆发生副反应，显著提升复合涂层外观与施工效率（图1）。

此外，无机硅酸盐水泥作为改性填料同样可实现固化效率提升，张松林等以硅酸盐水泥为第三组分对水性环氧涂料进行复合改性，当水泥掺量为40%时，环氧树脂聚集包裹在由石英砂、水泥及其水化产物组成的骨架周围，而未水化的水泥会进一步消耗乳液内部的水分，且水性环氧树脂与固化剂反应后呈碱性，促进了对Ca2+的配位作用，这些都有助于形成紧密的有机-无机互穿网络结构，黏结强度达6.14 MPa。

上述研究从树脂结构、固化剂活性、体系类型及助剂、功能填料等多方面提升了水性环氧涂料的固化速率与早期性能，为海洋高湿工况提供了可行路径。

物理屏蔽是环氧涂料最基本的防腐机理，依靠致密的高分子涂层阻止水、氧、Cl-等腐蚀介质向钢铁基材渗透，切断电化学腐蚀的通路。溶剂型环氧涂料的树脂为疏水型，形成的涂层致密性高，水、氧透过率低，屏蔽性能优异，可实现15 a以上的长效防护。而水性环氧涂料需对树脂进行亲水改性（引入羟基、聚醚等亲水基团）或添加乳化剂，同时为改善颜填料的分散性，还需加入分散润湿剂等表面活性剂。这些亲水物质会在涂层中形成亲水通道，导致涂层的水、氧透过率大幅提高，屏蔽性能显著下降，因此传统水性环氧涂料的防腐性能较弱，难以满足海洋工程装备的长效防护需求。

当前研究主要围绕成膜物质改性、屏蔽填料强化、钝化功能构建、复合功能协同等方向，通过优化分子结构、提升交联密度、构筑迷宫阻隔、引入主动钝化与智能响应机制，提升涂层在海洋高盐、高湿、强腐蚀环境下的综合防腐性能。

成膜物质是涂层防腐的基体核心，环氧树脂类型、固化剂结构及二者配伍体系直接决定交联网络致密性、界面附着力与介质阻隔能力。

水性环氧树脂主要分为E20型固体环氧树脂、E51型液体环氧树脂及其他改性体系，防腐特性差异显著。祝宝英等在E20水性环氧树脂中引入较大相对分子质量的E12环氧树脂，制备了双组分水性环氧涂料，可以明显提高耐水性和耐中性盐雾性。

水性环氧固化剂的分子结构是调控防腐性能的关键，常规亲水固化剂易导致涂层耐水性、耐盐雾性不足。杨紫蓉等[17]采用双马来酰亚胺（BMI）对三乙烯四胺（TETA）进行刚性改性，在分子中引入芳环与氮杂环结构，制得双马来酰亚胺改性水性环氧固化剂[式（1）]。显著提高交联网络致密度、热稳定性与疏水性，使涂层耐沸水煮时长由2 h 提升至56 h，耐中性盐雾由300 h延长至500 h，同时硬度、耐冲击性与附着力同步改善，为海洋高湿热环境固化剂设计提供了新思路。

屏蔽填料可在涂层内构筑层状堆叠与迷宫结构，延长腐蚀介质渗透路径，提升物理阻隔能力，是提升防腐性能最直接有效的手段。

二维片状填料具有突出的屏蔽效果。干思杰等研究证实，在环氧涂料中单独添加云母氧化铁或石墨烯，均可有效降低涂层的吸水率，提升屏蔽性能，其中云母氧化铁的效果更优；但二者采用常规工艺复配时，反倒会增加涂层吸水率，降低屏蔽性能，二维填料共用需要更深入地研究其“叠加效应”，在制备和改性方法方面进行创新。Lin等以聚多巴胺修饰α-磷酸锆为基底，原位生长MnO2纳米片并负载L-胱氨酸，制得ZPML二维复合填料。该填料借助α-磷酸锆片层构筑迷宫阻隔结构，有效延长腐蚀介质扩散路径；改性后界面相容性提升，涂层致密无缺陷，低频阻抗模值提升2‍个数量级，长效屏蔽防腐性能突出。

钝化填料通过离子交换、络合成膜与阴极缓蚀作用，在钢铁基材表面形成致密钝化膜，实现主动防腐，弥补单纯屏蔽体系的不足。

张涛等对比多种环境友好型防锈颜料表明，磷酸锌、改性三聚磷酸铝与钙离子交换型颜料三元复配，产生了协同增效作用，使耐盐雾性大幅提升，在40~50 μm低膜厚条件下耐中性盐雾可达792 h；钙离子交换型颜料通过Ca2+与腐蚀离子交换，在金属界面形成硅酸钙复合钝化膜，抑泡与阻扩散效果显著优于单一磷酸盐体系。

新型智能钝化纳米容器可实现精准响应缓蚀。Xu等设计铈-多酚-胺（Ce-TA-PEI）超分子自组装纳米容器，铈离子负载量高达20.3%，可响应腐蚀局部酸性环境快速释放Ce3+，在缺陷处生成氢氧化铈钝化膜，同时多酚与胺基增强涂层界面结合，在3.5%NaCl 溶液中浸泡60 d，低频阻抗模值仍保持1.21×109 Ω·cm2。Li等制备GO-CeMOF-P/M多功能纳米复合材料，以Ce基金属有机框架负载缓蚀剂，兼具pH响应释放、自报警与主动修复功能，模拟海洋环境浸泡80 d后低频阻抗模值达1.2×1010 Ω·cm2，防护性能提升显著。

复合功能填料整合屏蔽、钝化、超疏水、自修复等多重机制，构建一体化协同防腐体系，成为高端海洋防腐涂料的重要发展方向。

超疏水与自修复协同提升长效防护。刘雷等采用苯胺三聚体修饰纳米SiO2（SAT-SiO2），纳米SiO2构建物理屏障，苯胺三聚体改善分散性并提升涂层疏水性，当在水性环氧涂料中添加量为0.5%时，涂层水接触角提升至101.2°，腐蚀电流密度降至2.29×10-9 A/cm²，防腐效率达99.6%，同时附着力、硬度与耐冲击性同步优化。杨海涛等以双酚A型环氧树脂为主体，搭配氟化固化剂，复配氟化碳纳米管与疏水纳米二氧化硅制备了光热响应自修复超疏水环氧涂层，依靠微/纳多级粗糙结构与低表面能组分实现优异超疏水性，涂层水接触角约164°，滚动角<10°，并可通过光热驱动氟链向表面聚集实现自修复，可大幅降低海水介质在涂层表面的附着，并具有长期疏水性。