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水性環氧地坪漆固化劑類型與研究進展

编辑:必威官网betway必威体育|时间:2020-09-02|浏览:152

因此固化劑對于環氧樹脂的固化和應用起到了很大的作用。可用于水性環氧樹脂的種類有很多,主要分為未改性的脂肪端氨基聚酰胺、脂肪端氨基聚酰胺的酸鹽、脂肪端氨基聚酰胺一環氧加成物、改性的脂肪端氨基聚酰胺化合物、脂肪胺和脂肪胺的環氧加成物以及氨基丙烯酸等幾大類。

按環氧樹脂的物理狀態分:可分為乳液型環氧樹脂地坪漆和水溶性環氧樹脂地坪漆。乳液型環氧樹脂地坪漆主要由乳化劑乳化的環氧樹脂或自乳化的環氧樹脂和水溶性或水乳性的固化劑組成;而水溶性環氧樹脂地坪漆的環氧樹脂和固化劑組份均是水溶性的。

按其相對分子質量的大小分為Ι型和II型[2]。Ι型水性環氧體系由低相對分子質量(文中相對分子質量均簡稱為分子量)液體環氧樹脂(環氧當量190左右)和水性環氧固化劑組成低分子環氧,通常為雙酚A型液體樹脂,必威官网betway必威体育如國產的環氧E-51環氧618),Shell公司的EPON828等樹脂作為雙組分的一個組分一般不乳化,必威官网betway必威体育而由固化劑在使用前混合乳化,必威官网betway必威体育當然也有預先用表面活性劑乳化的對前一種情況,Ι型水性環氧固化劑必須既是交聯劑又是乳化劑,這類固化劑以多胺為基礎,在其分子中引入具有表面活性的鏈段,使它成為兩親性的分子,從而具有很強的乳化作用由于采用液態的樹脂,Ι型水性環氧體系中不必加入溶劑,必威官网betway必威体育該體系的VOC可為零。II型水性環氧體系由高分子量固體環氧樹脂(環氧當量500左右、如國產的環氧E-21,及水性環氧固化劑組成高分子量環氧樹脂在室溫下為固體,軟化點為60-80℃因此一般由生產廠預先配制成乳液

早期酰胺化多胺用作I型水性環氧體系的固化劑,它雖然是液體環氧乳化。但固化后的性能不佳,耐水性、耐化學性差,必威官网betway必威体育需對其加以改性才能保證固化后的性能接近溶劑型環氧樹脂地坪漆。具體方法是:第一,提高它與環氧樹脂的相容性,這有益于分散后環氧乳液的穩定性,并避免固化后由于固化劑析出而造成表面缺點。提高相容性的路子是與芳香族單環氧化合物或多環氧化合物反應。第二,如作為Ⅰ型環氧體系的固化劑,多胺改性后必須有表面活性劑的作用。其路子是在分子中引入有表面活性劑的分子鏈段,文獻中報道的大多為非離子型的表面活性劑。第三,延長水性環氧的適用期。多胺固化劑中包括伯胺氫和仲胺氫,要延長適用期,通常有必要降低固化劑的活性,而伯胺氫的活性比仲胺氫高得多。通過封端劑將伯胺氫反應掉是降低多胺固化劑活性的有用路子。封端劑為單環氧化合物,如丁基縮水甘油醚、芳基(如苯基、甲苯基)環氧丙基醚。從相容性考慮,采用脂基與芳基環氧化合物配合使用更合適。第四,保持良好的水可分散性。多胺是水溶的,與環氧化合物加成后親水性下降,因此合成時必須考慮其親水親油平衡,使它仍具有良好的水可分散性。

科斯萊等人成功地研制成了II型水性環氧體系的固化劑。首先在多胺過量的情況下與雙酚A環氧加成,然后以脂肪族單環氧化合物和芳香族單環氧化合物封閉伯胺氫。合成后以水或水溶性有機溶劑稀釋,所得的加成物為澄清溶液。最后加成物用醋酸部分中和,該固化劑可用于水性環氧乳液。除雙酚A環氧用于制備環氧一胺加成物外,還可采用酚醛環氧。工型水性環氧為液體環氧,它通過水性環氧固化劑分散成可固化環氧體系。II型水性環氧體系為環氧樹脂乳液(或分散體)。早期的水性環氧地坪漆用外加乳化劑的方法制備乳液,但它們穩定性差,成膜后耐水性、耐溶劑性較溶劑型環氧地坪漆差很多。

目前,市場上廣泛應用雙組分常溫固化水性環氧地坪漆體系,主要由兩部分組成:一組分是疏水性的環氧樹脂,以分散相情勢存在;另一組分是親水性的胺類固化劑,以連續相情勢存在。在地坪漆的成膜過程中觸及到疏水性的樹脂粒子的擴散、聚結,以及親水性的胺類固化劑進入到樹脂相的過程。盡管有很多身分,如體系的粘度、溶劑的性子等影響這個過程,但樹脂與固化劑之間能達到的混合程度,即二者溶解度參數的匹配性,是最重要的影響身分,如溶解度參數匹配得好,有益于地坪漆的成膜,也有益于涂膜各項性能的提高。

室溫固化水性環氧地坪漆體系一般采用多乙烯多胺類固化劑(如二乙烯三胺、三乙烯四胺、間苯二胺等),但為了改善環氧樹脂與固化劑的相容性,通常采用其改性產物,包括酰胺化的多胺、聚酰胺和環氧一多胺加成物。這些固化劑都是將多元胺固化劑進行擴鏈、接枝、成鹽,在分子中引入非極性基團,從而改善它們與環氧樹脂的相容性,使其既是交聯劑又具有乳化劑的功能。目前使用較多的改性多胺固化劑是環氧一多胺加成物,環氧改性多胺固化劑常用的制備方法一般分為以下兩種:第一種方法,采用多乙烯多胺(二乙烯三胺、三乙烯四胺、間苯二胺等)與單環氧或多環氧化合物加成,將約60%的伯胺氫封閉,然后用雙酚A環氧與之加成,達到適當的親水親油平衡值,再與甲醛反應進一步將伯胺氫輕甲基化。以此固化劑固化的環氧地坪漆體系具有較好的光澤、硬度和耐化學品性。第二種方法,在多胺過量的情況下與雙酚A環氧加成,然后以脂肪族單環氧或芳香族單環氧化合物封閉伯胺氫,合成后以水或水溶性有機溶劑稀釋_所得的加成物為澄清溶滴_最后加成物用醋酸中和部分的伯胺氫。

雙組份水性環氧樹脂地坪漆請求在室溫下固化。多乙烯多胺及其加成產物是常用的室溫固化用環氧樹脂固化劑,它適用于溶劑型體系而不適用于水性環氧體系,因為它不能分散在環氧樹脂乳液內形成穩定的分散體,反而造成乳液的破壞,兩相分離,涂層固化不良,甚至不能固化。

在水性環氧體系中使用的固化劑必須滿足以下幾個條件:一是與環氧樹脂乳液相容,能均勻地分散在乳液中形成均勻的可在室溫成膜固化的分散體;二是在乳液中的水分揮發后與環氧樹脂有較好的相容性,能形成均相的濕膜,從而能充分和完全地固化,得到性能優良的涂膜;三是與環氧樹脂的反應速率適中,以保證充足的適用期(2~4小時)。中國環氧樹脂行業協會專家表示,要滿足以上的請求,需對多乙烯多胺進行改性,改性工藝步驟為:

單環氧化合物可采用脂肪烴基環氧丙基醚,如丁基環氧丙基醚;芳基環氧丙基醚,如苯基環氧丙基醚,甲苯基氧丙基醚等。反應時多乙烯多胺與單環氧化合物的摩爾比為1:12~12:1,反應溫度控制在55~65℃,反應時間100~150分鐘。由于反應為放熱反應,應分批向多乙烯多胺內加入單環氧化合物,防止跑料。

(2)加成。多乙烯多胺與環氧樹脂相容性不好,通過將它與雙環氧化合物加成,在分子中引入環氧樹脂鏈段,可改善與環氧樹脂的相容性。雙環氧化合物可采用雙酚A型環氧樹脂,如E-51、E-20等。質料的配合比為封端產物與環氧化合物的摩爾比為18:12~2:21,反應溫度控制在90~100℃,時間1~2小時,反應有回流裝置。由此制得的固化劑中已不含伯胺氫,但仍有活潑氫存在,為伯胺氫,從而使它的反應活性降低,有益于延長適用期。同時由于在分子中引入了環氧樹脂鏈段,使它與環氧樹脂的相容性得到提高。為降低反應物的粘度,在加成反應體系中還可加入少量共溶劑,如前述醚類溶劑。

(3)成鹽。經封端和加成后的產品必須成鹽,提高它的親水性,才能成為水溶性的固化劑,均勻地分散在環氧樹脂乳液中。成鹽采用有機酸如醋酸,它與封端和加成后剩余的胺氫的當量比為1:35~1:45,即成鹽率為25%左右,如許能達到較好的親水親油平衡,既能分散在乳液中,又與環氧樹脂乳液中的樹脂又較好的相容性。成鹽反應在85~95℃進行50~70分鐘。成鹽反應結束后加入水,得固化劑,固含量可為30-50%,為淡黃色粘稠液體。

隨著地坪漆行業和科技的迅猛發展,人們對地坪漆的一些使用性能的請求也越來越高,更多新型地坪漆的研究與生產愈受人們的關注,而地坪漆組成中作用甚大的固化劑成分的研制必將成為一個重要的課題,具有更多優良性能的固化劑體系將成為近來一段時間內的研究方向。

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