改性环氧树脂水性金属防腐涂料的研究
作者 : 未知

  摘要:通过相转换法和自乳化法,用丙烯酸和磷酸及酯类单体对环氧树脂进行改性,得到一种水性环氧树脂金属防腐乳液,选择合适的助剂、填料等配制成一种附着力高,耐腐蚀性能优良的水性金属防腐涂料,用于金属表面的防护。
  关键词:水性防腐 环氧磷酸酯 接枝改性 涂料
  0 引言
  近年来,随着人们环保意识的日益增强及国家对环境保护的重视,水性涂料成为涂料发展的重要方向和研究热点。环氧树脂涂料因具有耐化学药品性优异、附着力强等特点,而广泛应用于工业防腐领域。
  目前,我国工业防腐涂料主要采用溶剂型环氧防腐涂料[1]。传统的溶剂型环氧防腐涂料性能虽然优良,但是VOC含量高,污染环境,严重影响人类健康。而水性环氧防腐涂料[2]把水作为分散介质,最终的产品无气味、不易燃、价格低廉,在使用、运输和贮存过程中的安全性大大提高,与溶剂型环氧防腐涂料相比水性金属防腐涂料是今后发展的最终归宿和必然趋势。
  1 实验部分
  1.1 实验原料与仪器
  1.1.1 实验原料
  双酚A型环氧树脂E-20,消泡剂,成膜剂,分散剂,流平剂,填料,稳定剂;正丁醇,磷酸,乙二醇丁醚,过氧化苯甲酰,甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸丁酯,苯乙烯;氨水,氢氧化钠。
  1.1.2 实验所用仪器
  铅笔硬度仪,涂4#杯,分散机,划格法附着力测试仪,刮板细度仪等。
  1.2 乳液制备
  取一定量的正丁醇、乙二醇丁醚、环氧树脂加入到四口烧瓶中,并在一定温度范围内使环氧树脂完全溶解。然后开始滴加磷酸,并冷凝回流。反应一段时间后,加入适量的丙烯酸酯类单体和引发剂的混合物,在相同的时间间隔内补加适量的引发剂,并在出现白色乳状液后缓慢滴加适量水。接着降温并加中和剂,最后冷却到室温出料。
  1.3 涂料的制备
  向改性的乳液中加入填料、助剂、去离子水,然后进行研磨和搅拌,得到水性金属防腐涂料。
  2 产品性能检测
  ①固含量测定(参照国标GB/T1725-79):乳液固含量称取3g乳液样品置于蒸发皿上,放入干燥箱中,在真空度为80Pa温度为105℃下烘干至恒重。然后准确称量干燥物重m0。则固含量(%)计算公式为:
  固含量(%)=×■100% (1)
  ②硬度的测试:用铅笔硬度仪对硬度进行测试。
  ③涂膜的耐水性测试:参照国标将干燥好的涂膜样板面积的2/3放入温度为25℃的蒸馏水中,待达到规定时间后取出,目测评定是否有起泡、失光、变色现象。
  ④耐酸碱性测试:将涂布有涂膜的样板分别泡碱液酸液中约48h,观察涂膜是否有发白,起泡,脱落等现象。
  3 结果与讨论
  3.1 产品性能检测
  参照GB 1727-92漆膜制备方法,对涂料检测得到其性能如表1所示。
  表1改性环氧树脂涂料性能检测结果
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  3.2 影响因素分析
  3.2.1 引发剂对乳液稳定性的影响
  以环氧树脂作为母体,先使环氧树脂分子中的-CH2-或-CH-成为活性中心,与丙烯酸及其酯类等单体发生接枝反应[4]。
  丙烯酸及其酯类等单体的接枝率决定改性树脂的水溶性,而接枝率又受引发剂用量的影响,如图1所示,随着引发剂浓度的升高,接枝转化率先升高后降低。环氧值同样也受到了引发剂用量的影响。综合考虑两个方面的因素引发剂用量为1.2g时,乳液性能最佳。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  图1引发剂对乳液性能影响
  3.2.2 温度对乳液的影响
  在丙烯酸酯类单体与环氧树脂的接枝反应中,存在着多种类型的竞争反应:环氧树脂与含羧基单体的接枝共聚反应、丙烯酸酯类单体间的加聚反应及羧基单体与环氧基的开环酯化反应,其中温度决定反应的类型。温度较低时酯类单体发生自聚和相互聚合反应,随着温度的升高接枝率升高(如图2),但温度过高时会加速羧基单体与环氧基的开环酯化反应。当温度为120℃,最适合丙烯酸酯类单体与环氧树脂的接枝反应。
  图2温度对接枝率及环氧值的影响
  3.2.3 水对乳液黏度的影响
  相反转[5]是一个复杂的物理过程,它是指在外加乳化剂的情况下,用物理乳化的方法通过滴加水使聚合物从油包水的状态转变成水包油的状态,从而制得水性环氧乳液。丙烯酸-环氧磷酸酯混合体系的分子之间存在很大的分子内聚力和范德华力,所以体系有很大的黏度。随着去离子水的逐滴加入,体系的黏度会缓慢下降。当体系中的去离子水达到某一程度时,体系就形成油包水状态。水足够多时,并且体系有外界高速剪切力的作用,迫使亲油基在聚集,此时体系黏度又增大。但随着水的增多体系逐渐由油包水变成水包油,微粒间的作用力减小,黏度从而变小。
  3.3 结论
  采用磷酸和丙烯酸酯类单体对环氧树脂改性,探讨不同引发剂用量、不同水的用量、不同温度控制、不同反应时间以及不同加水时机的控制对水性环氧磷酸酯金属防腐涂料乳液性能的影响。确定了影响反应的最佳工艺条件:引发剂的用量为1.2g、加水量为180g、接枝反应的温度为120℃、反应时间为7.5h时制得改性环氧树脂水性金属防腐涂料性能稳定、耐水好。
  参考文献:
  [1]杜建伟,范云鹏.浅谈液态环保型环氧防腐蚀涂料[J].现代涂料与涂装,2011,14(9):11-15.
  [2]刘丽湘,温晓萌,蔡永源.水性环氧树脂涂料改性研究进展[J].热固性树脂,2009,24(9):55-58.
  [3]邓爱民,党婧,穆锐.丙烯酸接枝改性环氧树脂的研究[J].化学与粘合,2013,35(1),22-24.
  [4]徐佳,蓝仁华.环氧磷酸酯防腐涂料乳液的合成研究[J].广东化工, 2007,34(1):9-12.
  [5]胡群义,瞿林川.水性环氧防腐涂料的研究进展[J].浙江化工,2010,39(5):8-14.
  (大学生创业创新项目,项目编号:201311802091)
  作者简介:
  高春波,女,哈尔滨工业大学理学硕士,黑龙江工程学院,材料与化学工程学院副教授,研究方向:复合材料。

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