摘 要 : 概述了國內外水性環氧涂料的研究進展 , 介紹了水性環氧防腐涂料的制備方法 , 討論了環氧樹脂與固化劑的物質的量之比、顏填料及助劑的選擇對性能的影響 , 研究了涂料的應用性能實驗。
關鍵詞 : 水性環氧樹脂 ; 水性環氧固化劑 ; 防腐涂料 ; 應用性能
0 引 言
20 世紀 70 年代起國外開始研發水性環氧涂料 [ 1 ] 。國內一些科研機構和大專院校從 20 世紀 90 年代起開始了這方面的開發與研制 , 并陸續進行商品化生產 , 其性能已可達到與溶劑型環氧涂料相當的水平。水性環氧涂料除了具有溶劑型環氧涂料的諸多優點 , 如對各類底材具有極高的附著力、涂膜耐腐蝕性和耐化學藥品性能優異、收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能佳等 , 且揮發性有機化合物含量較低 , 不會造成空氣污染 , 能滿足環境保護的要求。同時其以水作為分散介質 , 價格低廉、無氣味、不燃 , 貯存、運輸和使用過程中的安全性大大提高 , 而且水性環氧涂料的應用性能好 , 施工工具可用水直接清洗。目前水性環氧涂料主要應用在以下領域 : ①混凝土、水泥地面封閉底漆。水性環氧涂料施工于混凝土表面 , 對混凝土表面有良好的附著力 , 并可防止泛堿 , 同時水性環氧涂膜具有透氣性 , 且具有透水特性 , 可克服混凝土、水泥地面返潮的問題 , 適合作為混凝土、水泥地面的封閉底漆 ; ②工業地坪涂料。水性環氧涂料氣味小 , 涂層表面易于清洗 , 特別適用于醫院、食品廠、超市、乳品廠和化妝品廠等需要保持高度清潔的場所。如需二次裝修 , 不影響重涂性 , 新老涂層仍保持良好的粘附性 ; ③防腐領域。現已商品化的有水性環氧鐵紅防銹漆、水性環氧磷酸鋅防銹漆、水性環氧富鋅底漆和水性環氧云母防銹漆。水性環氧涂料在國外發展較快 , 其性能較市場上常見的苯丙、乙丙水乳型防腐涂料和水性環氧酯防腐涂料性能有很大提高。經過較長時間的發展 , 水性環氧防腐涂料已經應用到溶劑型環氧防腐涂料所涉及的領域 , 國外甚至已將水性環氧防腐涂料列入重防腐涂料的范疇 ; ④木器領域。采用的水性環氧涂料為雙組分體系 , 涂膜固化后具有較高的硬度和良好的耐刮傷性 , 配成清漆可用于木質地板 , 替代目前市場上廣泛使用的溶劑型聚氨酯水晶地板漆和聚酯家具漆 ; 配成色漆可替代溶劑型環氧樹脂和聚氨酯磁漆 , 用于家具、機械設備等。
1 實驗部分
1. 1 原 料
水性環氧樹脂 : 3520 - WY - 55 ( 55%) , 銳意卓越產品公司 ; 水性環氧固化劑 : HTW - 208 (60%) , 蘇州圣杰特種樹脂公司 ; 消泡劑、分散劑 : 迪高公司 ; 磷酸鋅防銹顏料 : 凱佰公司 ; 氧化鐵紅 : 工業品 , 國產 ; 金紅石型二氧化鈦 : 工業品 , 國產 ; 炭黑 (pH 6 ～ 8) : 工業品 , 國產 ; 填料 : 工業品 , 國產 ; 二丙酮醇 : 工業品 ; 去離子水 : 工業品。
1. 2 基料選擇
作為雙組分涂料 , 顏填料可以加在環氧組分內 , 也可以加在固化劑內 , 可根據兩個組分的當量考慮 , 除使加入顏、填料后的兩個組分的質量比較接近外 , 還要考慮其制漆工藝性 , 即比較顏、填料在哪個組分里分散、研磨更容易些。
由于環氧固化劑 HTW - 208 呈樹脂狀 , 它是水稀釋性胺加成物 , 對顏料、填料有潤濕性 , 且在研磨過程中不受溫度的影響 , 也不受研磨道數的限制 , 易于研磨。而水性環氧樹脂 3520 - WY - 55 的樹脂類型為固體樹脂分散液 , 呈乳液狀 , 研磨道數不得超過 2 道 , 否則會破乳 , 使研磨的細度不易達到指標要求。所以選擇環氧固化劑 HTW - 208 為 A 組分中的基料 , 選擇水性環氧樹脂 3520 - WY - 55 作為 B 組分的基料。顏、填料加在固化劑組分內。
1. 3 涂料的制備
1. 3. 1 配方
在水性環氧防腐涂料中 , 根據用途和性能要求的不同 , 分別制備底漆和面漆。底漆的顏色主要是鐵紅色 , 面漆的顏色可制備各色 , 現以灰色為例。底漆和面漆皆由 A 、 B 兩個組分組成。涂料基礎配方見表 1 。
1. 3. 2 制備方法
(1) 底漆
A 組分 : 按配方量將 HTW - 208 樹脂、鐵紅、磷酸鋅、填料、助劑和去離子水混合 , 分散均勻 , 研磨合格后 , 過濾 , 包裝即為 A 組分。
B 組分 : 按配方量將 3520 - WY - 55 樹脂、去離子水混合分散均勻 , 過濾 , 包裝即為 B 組分。
(2) 面漆
A 組分 : 按照配方量將 HTW - 208 樹脂、二氧化鈦、炭黑、填料、助劑和去離子水混合 , 分散均勻 , 研磨合格后 , 過濾 , 包裝即為 A 組分。
B 組分 : 按照配方量將 3520 - WY - 55 樹脂、去離子水混合分散均勻 , 過濾 , 包裝即為 B 組分。以上的配方設計中 , B 組分的制備是將 3520 -WY - 55 樹脂用去離子水稀釋分散均勻而得。這樣能使 A 、 B 兩個組分在使用時容易混合更均勻 , 而且該 B 組分貯存穩定性良好 , 常溫下存放 1 年不分層、不破乳。
1. 3. 3 配漆比例
由于水性環氧體系的組成和成膜機理的特殊性 , 環氧與胺氫的物質的量之比對涂膜的性能有很大的影響。在配制環氧涂料時通常采用環氧與胺氫為等物質的量之比 , 但如果在一定范圍內改變物質的量之比 , 可改善涂膜的某些性能。通過綜合考慮 , 研究中使環氧樹脂過量 10%, 欲提高涂膜的耐鹽霧性。以上底漆和面漆的配漆比例均為 : n (A) ∶ n (B) =1 ∶ 1 . 1 。
2 結果與討論
2. 1 性能測試
水性環氧防腐涂料的物理性能測試結果見表 2, 防腐蝕性能測試結果見表 3 。
表 2 水性環氧防腐涂料的物理性能
由表 2 、表 3 可見 , 水性環氧防腐涂料的各項性能指標已有了很大提高。這是因為在水性環氧防腐涂料領域 , 水性環氧樹脂的不斷發展 [ 2 ] , 水性環氧固化劑也是隨著水性環氧樹脂的不斷發展而同步發展的 [ 3 ] , 使得水性環氧防腐涂料性能不斷提高。同時隨著改性防銹顏料 ( 改性磷酸鋅、硼酸鋅等 ) 的不斷出現 , 使水性環氧防腐涂料更加環保化 , 性能更加優異。
2. 2 優化環氧與固化劑的配比對水性環氧防腐涂料性能的作用
環氧過量或固化劑過量對水性環氧防腐涂料性能的影響如表 4 所示。
表 4 環氧過量或固化劑過量對水性環氧防腐涂料性能的影響
由表 4 可見 , 環氧與固化劑在一定范圍內改變物質的量之比 , 可改善涂膜的某些性能。如環氧稍過量 , 有利于提高耐水、耐酸堿性、耐鹽霧性等 , 這是因為環氧是親油的 , 而胺固化劑是親水的 , 因此 , 減少胺固化劑的用量就提高了整個體系的親油性。在某些應用領域則可以使胺固化劑稍過量 , 胺固化劑過量有助于提高固化速度和交聯密度 , 從而有利于提高涂膜的耐溶劑性和耐污染性 , 附著力、耐磨性和干燥速度也有所提高。
2. 3 顏填料和助劑的選擇
水性環氧防腐涂料性能也依賴于對顏料、填料、添加劑、助溶劑等的適當選擇。顏料要選擇吸油和吸水性低 , pH 值在水溶性可接受的范圍內的 , 如炭黑使用的是中性規格 pH = 6 ～ 8 。選擇助劑 ( 如消泡劑、分散劑 ) 時要考慮它們與水性環氧的相容性。有的水性環氧固化劑是陽離子叔胺鹽 , 應選擇非離子型助劑 , 避免使用陰離子型產品 , 否則會形成凝膠。涂料與金屬表面間的濕附著力對防腐起著重要作用 , 可根據需要在涂料制備時選用適量的底材潤濕劑、顏料潤濕劑、附著力促進劑等。
3 結 語
通過對水性環氧樹脂、水性環氧固化劑以及助劑等各組分的合理選擇 , 可以制備出性能各異的水性環氧涂料。水性環氧涂料的諸多性能優勢決定了其與溶劑型或無溶劑型環氧樹脂涂料相比具有更為廣泛的應用前景。
