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室温固化水性环氧涂料进展

   全文摘自:中国环氧树脂网   

   随着涂料科学和技术的发展以及人们新的理念和法规意识,对环保提出了愈来愈高的要求。涂料向高固体分和水性涂料方向发展已成为涂料界的共识。其中,水性环氧涂料特别是室温固化的水性环氧涂料是取得的重要成果之一,其性能已可达到与溶剂型环氧涂料相匹配的水平。
    众所周知,与溶剂型涂料相比,水性环氧涂料具有诸多优点,如低的V优含量、较小的气昧、使用安全、可用水清洗等。尽管水性涂料的原料价格较高,但在工业和商业上仍有很大的吸引力,正在被不断地推广。水性双组分环氧涂料在市场上已有许多应用,如高性能的建筑涂料、设备底漆、工业厂房地板漆、运输工具底漆、汽车维修底漆以及工业维修面漆等。因此,室温固化的水性环氧涂料将有很大的发展前景,国外已研究?#28034;?#21457;了很多新的品种。
1水性环氧涂料的类型
    市场上广泛使用的水性环氧涂料主要是由两组分组成:一组分是疏水性的环氧树脂;另一组分是亲水性的胶类固化剂。基于二个组分的物理形态,E C.Gaigoci等人将水性环氧涂料分为以下五种类型,表1所?#23613;?br> 表1  室温固化的水性环氧涂料的类型
类型 环氧树脂 固化剂
1 液体或液体乳液 水可溶性胶
2 固体分散体 水可溶性?#27721;?#31459;基或胶基官能团的丙烯酸
3 液体或固体乳液分散体
4 液体或液体乳液 胺分散体
5 固体分散体 胺分散体
    表中所有这些水性环氧树脂涂料体系,有一个共同的特点:环氧树脂是疏水性的,以分散体的形式存在(乳液也可以认为是一种分散体)。第1类和第2类是目前已商品化的,仔细分析可见,树脂是液体或固体的环氧,是疏水性的,而固化剂是水可溶的胶类化合物,是亲水性的。这样,树脂与固化剂之间在亲水性与疏水性方面存在很大差别,这将导致在溶度参数上的不相匹配,从而对涂料的成膜性产生不利的影响。因为涂料在成膜过程中,涉及到疏水性的树脂粒子的扩散、聚结以及亲水性的胶固化剂进入到树脂相的过程。尽管有很多因素会影响到这个过程,如体系的粘?#21462;?#28342;剂的性质,但树脂与固化剂之间能达到的混合程度,即二者的溶度参数的匹配性,是最重要的影响因素。如果溶度参数匹配的好,有利于涂料的成膜,也有利于漆膜各项性能的提高。
    第3类是用胶中和的水?#19978;?#37322;的丙烯酸分散体为固化剂,与环氧乳液搭配,俗称环氧丙烯酸涂料。这类涂料同样在树脂与固化剂之间的亲水性上存在不相匹配的问题。第4和第5类是考虑了上述原因后在九十年代末期发展起来的新的室温固化水性环氧涂料。
    2新一类室温固化水性环氧涂料
    为了提高环氧树脂与固化剂之间的相容性,使其与溶度参数相匹配,从而提高室温固化环氧涂料的性能,美国Shell化学公司开发了一?#20013;?#39062;的室温固化环氧涂料,即表1中的第5类产品。这类环氧涂料所用的树脂有二种:一种是常用的双酚A环氧树脂;另一种是中等分子量多官能团的环氧树脂。但环氧树脂都需亲水基团改性,如与亲水的聚乙二醇、醇隧化合物或非离子表面活性剂进行改性反应,在环氧树脂分子中引人亲水基团,使其具有自乳化性能。固化剂是比较保密的,是一种双盼A与胶的加成物,同样经过?#20204;?#27700;基团改性,而体系中不存在游离的非离子表面活性剂,是一种水性分散体或水包泊的乳液。把树脂和固化剂设计成分散体的形式,主要是合成一种有一定疏水性(即亲油性)的,并能与树脂有很好相容性的固化剂。树脂与固化剂的溶度参数相接近,改变了过去胶类固化剂是水可溶性的状态,提高了与树脂的匹配,而环氧树脂则提高其亲水性,可自乳化,这就是第5类环氧涂料的特点。
    这一类涂料的固化成膜过程与过去的环氧涂料(如第1或第2类)不同。第1或第2类环氧涂料使用的是水溶性固化剂,两组分混合后固化时,固化剂从水相扩散进入树脂粒子,因此,树脂粒子表面的固化剂浓度比较高,使表面容易固化而变得比较硬。树脂粒子表面硬壳的形成,会阻止树脂粒子的聚结成膜,最终使漆膜中的树脂和固化剂分布不均匀,从而影响到漆膜的性能。
    第5类的环氧涂料树脂和固化剂都是分散体,两组分混合后是相互分离的,?#22791;?#29157;成膜时,可认为发生反乳化过程(de-emulsification),这过程发生得很快,二者分散相的粘度比?#31995;?匹配性又比较好,会发生端流状态的均匀混合,得到很均匀的漆膜。用原子力显微镜(AFM)技术扫描漆膜表面所得到的结果表明,漆膜的均匀性有了很大的提高。
    新一类环氧涂料的固化剂是水分散体,可用水来降低体系的蒙古度,而不会发生相分离,不用加人其他有机试剂。而第2类涂料,在稀释时,为使胶固化剂稳定,常须加入乙酸。而且,一般来说,固化剂在水中的溶解度愈大,得到的漆膜耐水性愈差,可见,第5类涂料的树脂和固化剂都是具有一定的疏水性,所以在耐水性方面得到了很大的政进。
    新颖环氧涂料的另一个改进是将亲水性的非离表面活性剂连结到树脂和固化剂的分子中。这一新技术降?#22303;?#34920;面活性剂的用量,也就是说在体系中不存在游离的表面活性剂,从而降?#22303;?#28034;料对水性有机溶剂的敏感性。下面列举固化剂与树脂不同配?#20154;?#24471;面漆的实验结果,并与第2类环氧涂料的结果比较,干燥温度为(25±1)℃,相对湿度为(50±5)%.    

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