2·水性内舱环保涂料应用的若干问题探讨
2.1 水对涂料性质的影响
水性涂料以水为溶剂,其性质与有机溶剂相比具有很大的区别,表2列出了水与有机溶剂(二甲苯)的基本性能比较。
目前已经完全工业化并成熟应用的为第1类、第2类和第5类水性环氧涂料。
第1类水性环氧涂料体系中,采用低分子标准型或改性液体环氧,环氧当量为175~240,使用环氧活性稀释剂来改善黏度和交联密度。所用胺类固化剂可以起到乳化剂和交联剂的作用,有酰胺类、聚酰胺类和胺加成物类3种。这类水性环氧涂料硬度佳,成膜性能好,但是干性慢,使用期短。
第2类水性环氧涂料体系中,由环氧当量为450~650的固态高分子质量的环氧树脂和亲水亲油的水溶性多元胺加成物固化剂制得。这类涂料为了使胺固化剂稳定,常加入乙酸,在干燥性能和适用期方面都比第1类涂料有所改进。
第5类水性环氧涂料中,采用双酚A环氧树脂和具有一定憎水性的环氧-胺加成物固化剂,两者溶解度参数接近,相容性好。环氧树脂中引入亲水基团,如与亲水的聚乙二醇或非离子表面活性剂进行改性反应,使其具有自乳化性能。因为环氧涂料树脂和固化剂都是分散体,两组分混合后,干燥成膜时发生反乳化过程,二者分散相的黏度比较低,匹配性又比较好,会发生湍流状态的均匀混合,得到很均匀的涂膜。另一个改进是将亲水性的非离子表面活性剂连到树脂和固化剂的分子中,这样就降低了表面活性剂的用量,即在体系中不存在游离的表面活性剂,从而降低了涂料对醇醚类有机溶剂的敏感性。
水性环氧涂料采用的颜填料为低吸油吸水性品种,常用的有磷酸锌防锈颜料、滑石粉、云母粉等。水性环氧底漆中要加入防闪锈的抑制剂。水性环氧可用水稀释,低味、不燃。由于本身含有水分,可与潮湿底材表面的水分共同成为水性环氧涂料的组成部分,但是水分过高或表面渗水时不适宜。水性环氧涂料对大多数基材表面的附着力非常好,适用于钢材、混凝土和铝材等基底表面。
从表2可见,水作为分散介质的优点有:水无毒无味,完全满足环境保护要求;水不爆炸,不燃烧,安全无害;相对于溶剂来说,淡水便宜易得。但以水为分散介质确实存在不利因素。
1)水与有机溶剂相比,沸点低、凝固点高,两者温差范围较窄,因此,使得水性涂料的贮存稳定性、施工环境的温度调节都比溶剂型涂料困难。水的比热容和蒸发潜热都大,干燥成膜时需要热量高,影响漆膜的干燥性能。
2)水具有与有机溶剂完全不同的溶解度参数。它与有机溶剂相比,具有明显的极性,形成很强的氢键。在水性涂料中,水不是溶剂,只是分散介质而已。而在溶剂型涂料中,溶剂是要溶解成膜物的。
3)水的表面张力高达0.0728N·m-1,是一般有机溶剂如二甲苯的两倍多,高表面张力不利于水性涂料对基材的润湿能力、渗透能力和在基材表面的铺展能力,导致水性涂料施工性能不良,漆膜容易产生弊病。另外,水的表面张力大,气泡不易消失,使涂膜流平性能较差,为克服这些弊病,需要使用大量助剂,从而影响了涂膜的光泽、耐水性等。
4)水的挥发速率与环境的相对湿度(RH)和温度以及基层的温度关系很大。25℃,RH=0~5%时,水在滤纸上的相对蒸发速率是0.31,当RH=100%,水的相对蒸发速率成为0。温度越高,水的挥发速率愈快。
2.2 水性涂料干燥问题
水性涂料的干燥及其影响因素已经进行了很多研究,对水性涂料的干燥条件参数的定量研究表明,干燥温度和相对湿度的影响最大,而空气的流动速度和水与溶剂比例的变化影响较小,这些条件在一个限定的范围内变化对干燥的影响如表3所示。
水与其溶剂的浓度比例在干燥过程中应该是不变的,在干燥过程中,由于相对湿度的高低不同这一比例会发生变化,我们把变化为零时的相对湿度称为临界相对湿度,用CRH表示。如果空气干燥一些,也就是相对湿度低于CRH,水挥发的比例比较大,溶剂在漆膜中的比例就会越来越大;如果空气湿润一些,也就是相对湿度高于CRH,溶剂挥发的比例比较大,漆膜中水的相对含量就会增加。
水性涂料成膜有两个条件,一是水分的挥发,二是施工时的环境温度和基层温度。图1是漆膜表干时间与温度、相对湿度的关系图,从图1中可看出温度越低,相对湿度越大,漆膜干燥越慢
水性涂料施工温度在10~35℃之间为宜。温度太低,环氧树脂与固化剂交联反应速度变慢,成膜性能不佳;温度太高,表皮干燥太快,内部水分挥发后形成空鼓,强度也下降。相对湿度不能超过85%,过高的相对湿度会延缓水的挥发。在水的蒸发过程中,环氧树脂和固化剂进行交联反应,水的蒸发速度快于固化速度时,漆膜中不含水分;如果蒸发速度小于固化速度时,漆膜中就会含有水分而影响漆膜性能。
