环保节能型水性环氧树脂性能改良的研究
作者 :  蒋国强

     1、引言   环氧树脂涂料具有优良的综合性能,其品种多样。一般溶剂型涂料的污染问题一直受到社会高度重视,以环保型产品代替传统产品是环氧树脂行业发展的必然趋势,研发水性环氧涂料替代溶剂型环氧涂料是近年来的研发方向。水性环氧涂料具备不燃、无毒、无味、无溶剂排放等独到优势,属环保型产品;用水代替二甲苯-正丁醇溶剂,可节能1800~2700kcal/t,属节能型产品。目前环氧水性化技术研究的重点和热点是自乳化法,即利用环氧树脂上的活性反应基团,把其它亲水基团或链段引入到环氧树脂结构中,使环氧树脂具有亲油亲水双亲性,从而实现环氧树脂水性化。把环氧树脂改性为可乳化本体环氧树脂的乳化剂,此种环氧树脂水性方法,乳胶颗粒小,乳液稳定性较高。自乳化环氧树脂领域中,较简便的乳化方式与体系即所谓I型水性环氧树脂体系,由低分子的液体环氧树脂、水和水性固化剂组成,环氧树脂同多胺加成物既作固化剂又作乳化剂,使用时将低相对分子质量的液体环氧树脂、固化剂和水加在一起,经高速充分搅拌混合均匀后,便可使用。此种方法的缺点是制作固化剂时要真空脱出反应体系中过剩的游离多元胺,工艺复杂;体系黏度增加快,凝胶时间短(2~4h),施工期短,且易出现相分离;固化物柔韧性和耐冲击性较差;适用期范围内体系流变性不稳定。
  2、水性环氧涂料的配方改良设计
  通过对环氧树脂、水性环氧固化剂、颜填料以及各种助剂的选择,可制备性能不同的水性环氧树脂涂料。因而在性能改良方面水性环氧树脂需考虑以下因素:
  2.1 固化剂
  水性树脂一般具有较低的分子量和较高的亲水性,但在成膜以后不应再有水溶性,可通过化学反应使大部分亲水基团和固化剂上的反应基团交联后,增加分子量降低亲水性。最常用的固化剂为水性的甲醚化三聚氰胺甲醛树脂,也就是通常说的氨基树脂。甲醚化氨基树脂分为A部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂,活性较高,烘烤温度一般在120℃以上,另外它在成膜过程中有自交联反应,得到的漆膜较硬;B完全(高度)甲醚化三聚氰胺甲醛树脂,需要的烘烤温度较高,一般140℃以上,几乎没有自交联,漆膜柔韧性稍好。
  2.2 催干剂
  水性自干醇酸和环氧酯所用的水性干料目前较少,只有少数的生产商生产,价格很高。所以目前大多应用溶剂型的干料以乙醇或丁醇稀释后使用,也能达到较好的效果。
  2.3 影响乳化剂和固化剂性能的主要因素
  乳化剂和固化剂是决定水性体系施工性能和最终涂膜性能的关键部分。对合成乳化剂的基本要求为:乳化性能良好,乳化剂同环氧树脂相容性好,在水性介质中,体系分散均匀,分散粒子尽可能小些。
  固化剂性能与施工性能密切关连,过量多元胺与双酚A环氧树脂加成之后,加成物中存在较多伯胺基团,伯胺基团过多,则水性环氧涂料体系凝胶时间短,施工使用周期短,因此用单环化合物如丁基缩水甘油醚消耗部分的伯胺氢。单环化合物在体系中的相对含量是调节涂料涂膜硬度和体系凝胶时间的重要参数,也是免去真空脱除过量多元胺工艺步骤的途径。
  2.4 助溶剂
  根据试验环氧树脂乳液中含2.5%~2.8%复合助溶剂,不但可使最低成膜温度降低,也起到调节体系黏度、改善涂料的流平性和涂膜外观的作用。应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用,有针对性地选用各种助剂。水性环氧树脂涂料应选用的助剂有成膜助剂、消泡剂、分散剂、流变调节剂等,具体选择时应考虑与水性环氧树脂体系的相容性,避免出现凝胶和涂膜浮油等缺陷。
  2.5 颜填料
  水性环氧树脂一般所用树脂是碱中和体系,呈弱碱性,所以所用颜料和溶剂型漆有所不同,要有所选择。碱性很强的颜料,例如红丹,氧化锌等大量加入水性醇酸树脂时,容易使树脂皂化;水溶性大的颜料如锌铬黄等大量加入水性漆中,会造成漆液不稳定。当然这类颜料在配方中可以少量使用。另外象铝粉这类颜料在水中发生反应,必须用经过表面处理的专用于水性漆的水性铝银浆。还有铁蓝在碱性的水性漆中不稳定,容易使颜色变化。这些问题都是在作水性漆时要考虑的。
  2.6 水量的确定
  水作为唯一的稀释剂,用于调节整个体系的粘度,一般来说水份占总比例的25-45%为佳。水的表面张力大,水性环氧涂料对底材润湿性差。酞菁系列颜料、炭黑和某些有机无机颜填料亲水性差,所以要添加润湿分散剂。碱性水性涂料尤易产生泡沫,消泡剂不可缺少。添加少量成膜助剂(醇酯-12),有利于改善涂膜外观。某些情况下通过添加增稠剂来调节涂料黏度。
  2.7 环氧乳液与水性固化剂配比对涂料性能影响
  一般按等当量进行配比,本涂料配比值(质量比)可在4.9~5.1范围变化,环氧基稍过量,涂膜耐水性、耐化学品性稍有提高,但固化速度降低,涂膜表干、硬干时间增长;固化剂稍过量,表干、硬干时间稍有缩短,附着力稍有提高,但耐酸碱性稍差。环境温度高,固化剂宜少加点。
  2.8 颜料积浓度(PVC)的确定颜料体积浓度不仅影响涂膜的光泽,还影响着涂膜的机械性能、千燥时间和耐蚀性能等
  水性环氧树脂涂料的PVC一般为25-45%之间当增加时,其涂膜和普通乳胶漆及溶剂型涂料一样,光泽度将会下降。
  3、结语
  本水性环氧涂料涂膜性能接近溶剂型环氧涂料。在潮湿底材及气体不易流通的环境下更宜采用水性环氧涂料。改良后的环氧树脂涂膜干燥速度、耐有机溶剂、耐化学品、耐水性等方面同溶剂型涂料相比性能均有提高。
  参考文献
  [1]赵志军,刘俊龙,王瑶.水性环氧树脂的研究进展[J].化学工程师,2007(3):43—46.
  [2]施雪珍,陈铤,顾国芳.水性环氧树脂乳液的研制[J].功能高分子学报,2002(09):307—310.

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