_型水性环氧树脂固化剂及其涂料性能

文章编号:1007-9629(2000)04-0349-06

Ⅰ型水性环氧树脂固化剂及其涂料性能

陶永忠,　陈　铤,　顾国芳＊

(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)

摘要:采用低相对分子质量液体环氧树脂与非离子表面活性剂(BM J )反应合成BM J -环

氧加成物,将表面活性链段引入到环氧树脂分子链中,然后经封端和成盐得到Ⅰ型水性环

氧固化剂.研究了影响Ⅰ型水性环氧固化剂及其所配乳液涂料性能的因素,并对乳液的稳

定性、固化速率和涂膜硬度等性能进行了评价.

关键词:水性涂料;Ⅰ型水性环氧固化剂;表面活性剂

中图分类号:O 633.13 文献标识码:A

收稿日期:2000-07-17;修订日期:2000-09-18

作者简介:陶永忠(1975-),男,湖北人,同济大学博士生.

＊通信联系人.

1　环氧树脂涂料的发展概况

环氧树脂具有优异的性能,如附着力高,耐化学性、耐溶剂性优异,硬度高,耐磨性好等,已在工业上获得广泛的应用.用环氧树脂配制的涂料属高性能涂料,可用于机械设备、厨具、家具、工业地坪等.传统的环氧树脂涂料通常为溶剂系统或无溶剂系统.由于对环境保护的要求日益迫切和严格,不含有机溶剂(VOC -free )或低VOC 、或不含HAP (有害空气污染物,hazardous air pollutants )的系统成为新的方向.国外从20世纪70年代起开始开发水性环氧系统[1]

,然后陆续进行商品生产.例如Shell 公司的EPI -REZ 3522WY55和Henkel 公司的Waterpox y140等.国内尚无此类商品的生产.作为涂料使用,水性环氧树脂不造成空气污染、气味低、不燃和施工工具易于清洗,具有很大的社会效益和经济效益.2　水性环氧系统的分类

水性环氧系统一般分为两类[2]:

(1)Ⅰ型水性环氧系统.Ⅰ型水性环氧系统由低相对分子质量(文中相对分子质量均简称为分子量)液体环氧树脂(环氧当量190左右)和水性环氧固化剂组成.低分子环氧,通常为双酚A 型液体树脂,如国产的环氧E -51(环氧618),Shell 公司的EPON 828等.树脂作为双组分的一个组分一般不乳化,而由固化剂在使用前混合乳化,当然也有预先用表面活性剂乳化的.对前一种情况,Ⅰ型水性环氧固化剂必须既是交联剂又是乳化剂,这类固化剂以多胺为基础,在其分子中引入具有表面活性的链段,使它成为两亲性的分子,从而具有很强的乳化作用.由于采用液态的树脂,Ⅰ型水性环氧系统中不必加入溶剂,该体系的VOC 可为零.

(2)Ⅱ型水性环氧系统.Ⅱ型水性环氧系统由高分子量固体环氧树脂(环氧当量500左右),如国产的环氧E -21,及水性环氧固化剂组成.高分子量环氧树脂在室温下为固体,软化点为60～80°C .因此一般由生产厂预先配制成乳液.

3　Ⅰ型水性环氧固化剂

Ⅰ型水性环氧固化剂是多乙烯多胺的改性产物.它合成的技术路线:采用低分子量液态环氧树第3卷第4期

2000年12月建　筑　材　料　学　报JO URN AL O F BUI LDI NG M A T ERIA LS Vol .3,No .4

Dec .,2000

350 建　筑　材　料　学　报第3卷　

脂与非离子表面活性剂(以BMJ表示)反应生成端基为环氧基的BMJ加成物,然后再与多乙烯多胺加成,形成既含有表面活性作用的链段又且端基为—NH2的加成物.为了提高它与环氧树脂的相容性、降低伯胺氢的含量,以延长水性环氧体系的适用期,再用单环氧化合物(脂肪族及芳香族)与伯胺氢反应,封闭部分伯胺氢.与单环氧化合物加成后,环氧体系亲水性有所下降,因此还必须考虑亲水亲油平衡,使它仍具有良好的水可分散性.采用的办法是加入醋酸使之成盐,这一方面可进一步封闭部分伯胺氢,另一方面又能适当提高亲水性,使改性后的固化剂有良好的亲水亲油平衡.

4　实验部分

4.1　主要原料

环氧树脂618(E-51):环氧值0.51,上海树脂厂;BM J:化学纯,上海化学试剂公司;三乙烯四胺(TETA):化学纯,上海染化十四厂;丁基环氧丙基醚(BGE):化学纯,上海化学试剂公司;冰乙酸(HAc):分析纯,上海化学试剂公司.

4.2　测试方法

4.2.1　乳液的离心稳定性

将一定量的乳液装入80-2B型台式离心机配套试管并进行离心试验,控制一定的转速,观察乳液是否出现分层、破乳现象,并记录相应的时间.

4.2.2　环氧值及乳液粘度的测定

环氧值的测定采用盐酸丙酮法[3];乳液的粘度采用NDJ-79型旋转式粘度计测定.

4.2.3　涂膜硬度

参照GB1730—79,用QTX-Ⅰ型涂膜弹性测定器,即摆杆式硬度计测定涂膜硬度.按GB1727—79《涂膜一般制备法》进行底板处理和涂膜制备,连续测定7d,观察涂膜硬度变化,并求得涂膜的硬度X:X=t/t0,式中:t为摆杆在涂膜上从6°—3°的平均摆动时间;t0为摆杆在标准玻璃板上从6°—3°的平均摆动时间.

4.3　Ⅰ型水性环氧固化剂的合成

BMJ与环氧树脂反应:将环氧618和BM J(当量比2∶1)在催化剂存在下于90～110°C反应,每隔1h测定一次环氧当量.环氧当量达到理论值时即停止反应.在整个反应过程中,既要控制好温度,又要控制好搅拌速度.尤其在反应初期会由于放出大量热量而使温度显著升高,应设法进行冷却,避免发生凝胶.

环氧-多胺加成物的合成:取上述产物,将之与2当量环氧618及一定当量的三乙烯四胺在60～80°C下反应3～5h,反应结束后加水稀释到固含量(质量分数,下同)为80%,并继续搅拌0.5h.

封端:控制反应温度为60°C,用滴液漏斗滴加一定当量的丁基环氧丙基醚(BGE),约0.5h滴完,然后在60°C下继续反应1h.

成盐:室温下缓慢加入醋酸,成盐率为20%.由于反应放热,温度会上升,然后逐步降低.等温度降至50°C时再进行加热,控制反应温度在60°C,保持反应1h.然后在60°C下加水稀释到固含量为50.0%左右,继续搅拌0.5h后停止加热和搅拌.

4.4　Ⅰ型水性环氧可固化乳液涂料的配制

将Ⅰ型水性环氧固化剂倒入烧杯,在高速搅拌下缓慢加入环氧618,加完后再继续搅拌5min,即配成Ⅰ型水性环氧可固化乳液涂料.胺氢与环氧基的当量比为1∶1.

5　结果与讨论

5.1　乳液稳定性

5.1.1　固化剂中BM J分子量对乳液离心稳定性的影响

将Ⅰ型水性环氧固化剂与环氧树脂配制成乳液并进行离心稳定性测试,转速为1000r/min.