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室溫固化水性環(huán)氧涂料進(jìn)展
全文摘自:中國環(huán)氧樹脂網(wǎng)
隨著涂料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展以及人們新的理念和法規(guī)意識(shí),對(duì)環(huán)保提出了愈來愈高的要求。涂料向高固體分和水性涂料方向發(fā)展已成為涂料界的共識(shí)。其中,水性環(huán)氧涂料特別是室溫固化的水性環(huán)氧涂料是取得的重要成果之一,其性能已可達(dá)到與溶劑型環(huán)氧涂料相匹配的水平。
眾所周知,與溶劑型涂料相比,水性環(huán)氧涂料具有諸多優(yōu)點(diǎn),如低的V優(yōu)含量、較小的氣昧、使用安全、可用水清洗等。盡管水性涂料的原料價(jià)格較高,但在工業(yè)和商業(yè)上仍有很大的吸引力,正在被不斷地推廣。水性雙組分環(huán)氧涂料在市場上已有許多應(yīng)用,如高性能的建筑涂料、設(shè)備底漆、工業(yè)廠房地板漆、運(yùn)輸工具底漆、汽車維修底漆以及工業(yè)維修面漆等。因此,室溫固化的水性環(huán)氧涂料將有很大的發(fā)展前景,國外已研究和開發(fā)了很多新的品種。
1水性環(huán)氧涂料的類型
市場上廣泛使用的水性環(huán)氧涂料主要是由兩組分組成:一組分是疏水性的環(huán)氧樹脂;另一組分是親水性的膠類固化劑；诙䝼(gè)組分的物理形態(tài),E
C.Gaigoci等人將水性環(huán)氧涂料分為以下五種類型,表1所示。
表1 室溫固化的水性環(huán)氧涂料的類型
類型 環(huán)氧樹脂 固化劑
1 液體或液體乳液 水可溶性膠
2 固體分散體 水可溶性膠含竣基或膠基官能團(tuán)的丙烯酸
3 液體或固體乳液分散體
4 液體或液體乳液 胺分散體
5 固體分散體 胺分散體
表中所有這些水性環(huán)氧樹脂涂料體系,有一個(gè)共同的特點(diǎn):環(huán)氧樹脂是疏水性的,以分散體的形式存在(乳液也可以認(rèn)為是一種分散體)。第1類和第2類是目前已商品化的,仔細(xì)分析可見,樹脂是液體或固體的環(huán)氧,是疏水性的,而固化劑是水可溶的膠類化合物,是親水性的。這樣,樹脂與固化劑之間在親水性與疏水性方面存在很大差別,這將導(dǎo)致在溶度參數(shù)上的不相匹配,從而對(duì)涂料的成膜性產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)橥苛显诔赡み^程中,涉及到疏水性的樹脂粒子的擴(kuò)散、聚結(jié)以及親水性的膠固化劑進(jìn)入到樹脂相的過程。盡管有很多因素會(huì)影響到這個(gè)過程,如體系的粘度、溶劑的性質(zhì),但樹脂與固化劑之間能達(dá)到的混合程度,即二者的溶度參數(shù)的匹配性,是最重要的影響因素。如果溶度參數(shù)匹配的好,有利于涂料的成膜,也有利于漆膜各項(xiàng)性能的提高。
第3類是用膠中和的水可稀釋的丙烯酸分散體為固化劑,與環(huán)氧乳液搭配,俗稱環(huán)氧丙烯酸涂料。這類涂料同樣在樹脂與固化劑之間的親水性上存在不相匹配的問題。第4和第5類是考慮了上述原因后在九十年代末期發(fā)展起來的新的室溫固化水性環(huán)氧涂料。
2新一類室溫固化水性環(huán)氧涂料
為了提高環(huán)氧樹脂與固化劑之間的相容性,使其與溶度參數(shù)相匹配,從而提高室溫固化環(huán)氧涂料的性能,美國Shell化學(xué)公司開發(fā)了一種新穎的室溫固化環(huán)氧涂料,即表1中的第5類產(chǎn)品。這類環(huán)氧涂料所用的樹脂有二種:一種是常用的雙酚A環(huán)氧樹脂;另一種是中等分子量多官能團(tuán)的環(huán)氧樹脂。但環(huán)氧樹脂都需親水基團(tuán)改性,如與親水的聚乙二醇、醇隧化合物或非離子表面活性劑進(jìn)行改性反應(yīng),在環(huán)氧樹脂分子中引人親水基團(tuán),使其具有自乳化性能。固化劑是比較保密的,是一種雙盼A與膠的加成物,同樣經(jīng)過用親水基團(tuán)改性,而體系中不存在游離的非離子表面活性劑,是一種水性分散體或水包泊的乳液。把樹脂和固化劑設(shè)計(jì)成分散體的形式,主要是合成一種有一定疏水性(即親油性)的,并能與樹脂有很好相容性的固化劑。樹脂與固化劑的溶度參數(shù)相接近,改變了過去膠類固化劑是水可溶性的狀態(tài),提高了與樹脂的匹配,而環(huán)氧樹脂則提高其親水性,可自乳化,這就是第5類環(huán)氧涂料的特點(diǎn)。
這一類涂料的固化成膜過程與過去的環(huán)氧涂料(如第1或第2類)不同。第1或第2類環(huán)氧涂料使用的是水溶性固化劑,兩組分混合后固化時(shí),固化劑從水相擴(kuò)散進(jìn)入樹脂粒子,因此,樹脂粒子表面的固化劑濃度比較高,使表面容易固化而變得比較硬。樹脂粒子表面硬殼的形成,會(huì)阻止樹脂粒子的聚結(jié)成膜,最終使漆膜中的樹脂和固化劑分布不均勻,從而影響到漆膜的性能。
第5類的環(huán)氧涂料樹脂和固化劑都是分散體,兩組分混合后是相互分離的,當(dāng)干燥成膜時(shí),可認(rèn)為發(fā)生反乳化過程(de-emulsification),這過程發(fā)生得很快,二者分散相的粘度比較低,匹配性又比較好,會(huì)發(fā)生端流狀態(tài)的均勻混合,得到很均勻的漆膜。用原子力顯微鏡(AFM)技術(shù)掃描漆膜表面所得到的結(jié)果表明,漆膜的均勻性有了很大的提高。
新一類環(huán)氧涂料的固化劑是水分散體,可用水來降低體系的蒙古度,而不會(huì)發(fā)生相分離,不用加人其他有機(jī)試劑。而第2類涂料,在稀釋時(shí),為使膠固化劑穩(wěn)定,常須加入乙酸。而且,一般來說,固化劑在水中的溶解度愈大,得到的漆膜耐水性愈差,可見,第5類涂料的樹脂和固化劑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進(jìn)。
新穎環(huán)氧涂料的另一個(gè)改進(jìn)是將親水性的非離表面活性劑連結(jié)到樹脂和固化劑的分子中。這一新技術(shù)降低了表面活性劑的用量,也就是說在體系中不存在游離的表面活性劑,從而降低了涂料對(duì)水性有機(jī)溶劑的敏感性。下面列舉固化劑與樹脂不同配比所得面漆的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并與第2類環(huán)氧涂料的結(jié)果比較,干燥溫度為(25±1)℃,相對(duì)濕度為(50±5)%.
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