水性環氧樹脂體系已經成為樹脂行業研究的重點,作為水性環氧樹脂體系的必要組分——水性環氧固化劑的研究開發也日趨重要。環氧涂料性能優良,在防腐、工業地坪、建筑等領域得到了廣泛的應用;但目前使用的環氧涂料主要為溶劑型涂料,近年來隨著人們環保意識的不斷提高,許多國家相繼頒布了限制揮發性有機溶劑(VOC)的環保法規,涂料的水性化、無溶劑化和高固體分化已成為涂料發展的必然趨勢。水性環氧樹脂體系終于浮出水面。普通的水性環氧樹脂涂料的涂膜的硬度較高,但柔韌性和抗沖擊性均較差,該研究采用在固化劑中引入聚醚鏈段的方法改進了這些缺點。用多乙烯多胺、液體環氧樹脂和CYD-128改性聚醚進行反應,合成ABA型端氨基環氧-胺加成物。然后通過環氧-胺加成,單環氧封端,酸化成鹽的工藝,合成聚醚型水性固化劑。其主要原料包括——聚醚:分析純;CYD-128:工業級;甲苯:分析純;多乙烯多胺:工業級;單環氧化合物:工業級;冰醋酸:分析純。反應機理/設計原理則是:引入柔性鏈共聚單元,調節剛性鏈的柔韌性。
首先合成CYD-128改性聚醚,采用多乙烯多胺與低分子質量環氧樹脂反應,并在其中引入聚醚和環氧樹脂CYD-128,用合成的CYD-128改性聚醚鏈段合成聚醚型水性固化劑。然后步驟就是固化劑合成。測試方法包括——胺值測量:采用ASTM D 2074-1966標準;凝膠色譜:GPC-8025/801柱,流動相為四氫呋喃,流量1mL/s,濃度0.1mg/mL;紅外光譜:傅里葉紅外光譜分析儀;漆膜性能測試:硬度,按GB/T 1730-1993用QHQ-A型漆膜劃痕硬度儀測定;光澤度,按原GB/T 1743-1979(1989)用GZ-Ⅱ型光電光澤計測定;附著力,按GB/T 1720-1997用QFZ-Ⅱ附著力實驗儀測定;厚度,按GB/T 13452.2-1992用磁性厚度測試儀測定。接下來又是CYD-128改性聚醚的制備:將聚醚與CYD-128按一定比例加人燒瓶中,通氮氣,微加熱,攪拌使之混合均勻。將催化劑溶于甲苯,置于恒壓滴液漏斗中。緩慢滴加催化劑溶液,維持一段時間,然后減壓蒸餾脫溶劑,出料即為聚醚合成物待用。最后是聚醚固化劑的合成,取CYD一128改性聚醚,CYD-128,多乙烯多胺按一定比例混合,置于四口燒瓶中,加熱升至一定溫度保溫一定時間,制得胺封端的環氧樹脂一胺加成物。
再用減壓蒸餾,除去多余的多乙烯多胺,降溫后加入單環氧化合物,維持溫度一定時間。最后再加入醋酸溶液,保溫一定時間,得聚醚型水性固化劑。研究人員分析了聚醚合成物合成因素影響,包括催化劑種類對合成反應的影響、聚醚分子質量對合成反應的影響、反應溫度對合成反應的影響、反應原料配比的影響、聚醚型水性固化劑的紅外光譜分析;又進行了聚醚固化劑性能測試。其中主要考慮了催化劑種類、原料比例、聚醚分子質量,及反應溫度對合成反應的影響。試驗中催化劑都是通過緩慢滴加的方式加入,中途隔一段時間取樣測量反應物的水溶性,以反應物溶于水為反應終點,來確定停止加入催化劑的時間。
最后的結論有3個方面:一是在水性環氧固化劑的合成中增加聚醚鏈段的工藝可行;二是實驗室生產聚醚合成物的最佳工藝為:選擇分子質量為1500的聚醚,環氧樹脂與聚醚物質的量比為2:1,催化劑選用BF3,60℃時加入;三是在水性固化劑結構中增加聚醚鏈段后,水性固化劑的柔韌性和附著力有大幅提高,硬度、光澤度的性能改變不大。聚醚型固化劑固化后性能明顯優于現有文獻中報道的固化物性能。