3·结果与讨论
3.1对乳化剂乳化性能的影响因素环氧树脂乳液的制备和其稳定性,乳化剂起关键作用。乳化剂必须包含亲水和亲油两大部分,从结构相似原理来考虑,选择环氧树脂链段作为乳化剂亲油部分,亲水部分可以是羟基、羧基、酯基、胺基等亲水基团或含这类基团的链段。亲水脂肪胺类化合物是环氧树脂常用的性能好的固化剂,把它接枝在环氧树脂主链上合成改性环氧树脂作为环氧树脂乳化剂,此种乳化剂亲油端与本体环氧树脂相容性更好,有利于环氧树脂乳液稳定性。亲水部分就是环氧树脂固化剂的部分,参与最终固化反应,可以稳定存在于固化物本体中,固化物中不存在游离小分子,固化物性能不至于降低。环氧树脂水乳液的稳定性与乳化剂的HLB值直接相关,只有乳化剂的HLB值处在一个相当窄的范围内才能得到稳定性较好的水乳体系,环氧树脂仅接枝胺类化合物,是难作乳化剂的,它同环氧树脂共存乳液极不稳定,采用环氧树脂-脂肪胺-正丁基缩水甘油醚-聚乙二醇二缩水甘油醚体系,适合的配方和制作工艺,可制得HLB值适宜的乳化剂,即体系各组分比例,加料程序和反应工艺条件是对乳化剂亲水/亲油平衡的综合调节手段。体系中聚乙二醇二缩水甘油醚相对量增多,亲水性提高,环氧树脂相对量增多,亲油性提高,反之,亦然。正丁基缩水甘油醚用来中和伯胺上的氢,控制乳化剂交联密度,避免反应过程中凝胶。
3.2对水溶性固化剂性能影响因素
对低相对分子质量的液体环氧树脂,可以采用固化剂乳化法,即I型水性环氧树脂,水性固化剂同时也起乳化剂的作用。乳化型固化剂一般是低相对分子质量环氧树脂-多元胺加成物,由胺基封端,真空蒸馏除去游离多余的胺化合物,接着再加入单环氧基化合物,将伯胺基上的氢反应掉,然后加乙酸中和成盐,得到具有乳化性能的固化剂。此种方法的弊病:①真空蒸馏除游离胺化合物,工艺操作复杂;②低分子环氧树脂未扩链,造成涂膜表干时间很长;③将固化剂、环氧树脂和水混合后,要高速充分搅拌均匀,此步操作在施工现场常打折扣,趋于相分离,影响涂膜性能。
本文制备的固化剂可较好溶解或易于分散在水中,能同环氧树脂乳液组成稳定均匀体系,混合体系流变性能、凝胶时间、施工期限、涂膜干燥时间等均适宜。
采用固体环氧树脂乳液,与之匹配的固化剂合成:多元胺与环氧树脂的加成物同聚乙二醇二缩水甘油醚反应,接枝上聚醚链段,此种固化剂水溶性好,易于同乳化环氧树脂液形成均相体系,涂膜附着力强,柔韧性好,抗冲击性好。固化剂合成时,胺化合物过量,加成物中存在较多伯胺基团,如伯胺基团过多,则水性环氧涂料体系凝胶时间短,施工使用期短,因此用单环化合物如正丁基缩水甘油醚消耗部分伯胺氢。如果单环化合物加入过量,则涂膜交联密度过低,硬度小,干燥时间长。单环化合物相对含量是调节涂料硬度和体系凝胶时间的重要参数。
3.3相反转乳化工艺
环氧树脂E-20的乳化,本文采用的是相反转乳化技术,环氧树脂同较大量乳化剂在80℃以上混合均匀,为油包水(W/O)体系,然后在60~65℃温度范围和一定搅拌速度下向体系中滴加去离子水,在初始阶段,水以细小水滴分散在本体系中,此时仍为W/O状态,当滴加水达到一定量时,体系的黏度发生突变,黏度变小,此点即相反转点,此时连续相由环氧树脂相变成水相。继续滴加水,控制环氧树脂乳液固体含量为(50±2)%。
3.4环氧乳液与固化剂配比对涂料性能影响
按等当量进行配漆,本文采取:m(清漆)∶m(固化剂)=6∶(1.0~1.1),m(磁漆)∶m(固化剂)=100∶(12~13),如环氧基稍过量,涂膜耐水、耐化学性稍有提高,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、硬干时间稍缩短,附着力稍提高,但耐盐水性、耐酸性稍降。环境温度大于25℃,固化剂宜少加点,反之,亦然。当环境低于10℃,固化速度大大降低,可加0.6%~1.0%的固化促进剂DMP-30。
3.5助溶剂影响
试验表明环氧树脂乳液含2.5%~3.0%复合助剂(自制)可使最低成膜温度有所降低,同时也起到调节体系黏度,改善涂料流平性和涂膜外观(更光滑、光泽更高)的作用。适量助溶剂可使凝胶时间增长,表干稍缩短、机械性能有所提高。
3.6助剂
水的表面张力大,水性环氧对底材润湿差,要添加润湿剂。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。碱性水性涂料易产生泡沫,消泡剂不可缺少。
3.7颜填料
可采用普通颜填料。乳液和固化剂均呈碱性,故避免选用不耐碱的颜填料,如氧化锌、三聚磷酸铝等。
4·结语
水性环氧涂料在力学性能、耐化学品性、硬度、耐腐蚀性等方面达到或接近溶剂型环氧涂料;水代替有机溶剂,节省能源,利于环保。潮湿底材、气体不易流通的环境,更宜采用水性环氧涂料。在混凝土封闭涂料、工业地坪涂料、工业防腐涂料等领域都具有广泛的应用前景。深入研发水性环氧在更宽领域中应用,一定会取得更多更大的经济、社会效益。