二聚酸改性环氧高固含量涂料的研制及性能研究

二聚酸改性环氧高固含量涂料的研制及性能研究摘要:分析了二聚酸改性环氧树脂与传统E-44环氧树脂在物理性能、与固化剂的混容性以及固化漆膜玻璃化温度方面的差异;同时，用二聚酸改性环氧树脂研制高固含量涂料，并与传统的高固含量环氧涂料进行性能对比。结果表明:用二聚酸改性环氧树脂研制的高固含量环氧涂料具有较低的黏度，固化得到的漆膜具有良好的物理机械性能。通过对防腐性能、耐化学品性、耐溶剂性能、与车间底漆的兼容性的测试发现，该高固含量环氧涂料综合性能优异，能够满足重防腐领域的防腐性能要求。

环氧涂料以其优异的附着力、防腐性能、耐水性和耐化学品性而广泛应用于重防腐的各个领域。传统的环氧涂料以环氧当量为500左右的固体环氧树脂与黏度在4×105mPa〃s左右的聚酰胺固化剂研制而成。但是，该体系中必须含有足够的溶剂来满足最终施工所需的黏度要求。然而，随着人类对环境保护的要求越来越高，对溶剂型涂料来说，控制涂料中溶剂的含量就变得非常重要[1]。高固含量环氧涂料虽然含有一定量的溶剂，但是其溶剂的含量明显低于传统的环氧重防腐涂料;同时与传统的重防腐涂料相比，该类涂料同样具有优异的防腐性能，而且其施工工艺与传统的重防腐涂料一致，可广泛应用于重防腐的各个领域[2]。高固含量环氧涂料一般以环氧当量大约为190～250的液体环氧树脂来代替传统的固体环氧树脂，其与传统的

环氧涂料相比最大的缺陷就是物理机械性能较差，特别是柔韧性和耐冲击性能[3]。

目前主要的解决方案是:(1)采用液体环氧树脂与固体环氧树脂混合使用，降低体系的交联密度，但是这样体系中溶剂的含量也会相应地有所增加;(2)添加各种活性稀释剂和非活性稀释剂，降低体系的黏度[4-5]。但是，活性稀释剂或非活性稀释剂最终会影响固化漆膜的耐化学品性;同时非活性稀释剂会向漆膜表面发生迁移，最终影响漆膜的防腐性能。本研究以二聚酸改性的环氧树脂为涂料基料研制高固含量环氧涂料，该树脂为自制的二聚酸改性环氧树脂，其具有较低的黏度和环氧值，以该树脂研制的涂料中不用添加任何的活性或非活性稀释剂，最终固化的漆膜具有优异的物理机械性能、防腐性能和耐化学品性，并可用于压载舱涂层体系中，与车间底漆具有良好的兼容性，满足压载舱最新标准规定的性能要求。1〃实验部分1.1 原料二聚酸改性环氧树脂:自制;E-44、901环氧树脂:南亚(昆山)环氧树脂有限公司;聚酰胺V-125:国产;酚醛胺固化剂:卡德莱化工有限公司;液体石油树脂:吕特格有限公司;二甲苯、丁醇:工业级;车间底漆:自制。

1.2 样板制备涂料采用空气喷涂法进行喷涂，喷涂前所有的配方均用二甲苯/丁醇混合溶剂(其中二甲苯/丁醇质量比为4∶1)稀释到适合喷涂的黏度。物理性能测试:采用马口铁板作为基材，马口铁板喷涂前用400目砂子打磨，然后用溶剂擦拭干净。防腐性能和耐化学品性能测试:采用3mm钢板，先除油后喷砂处理，喷涂2道，每道

间隔1d。用于物理性能测试的样板在(23±2)℃、(50±5)%湿度的条件下放置48h，用于防腐性能和耐化学品性的样板测试前在20℃、(50±5)%湿度的恒温室中养护10d，然后进行封边处理即可。用于玻璃化温度和耐溶剂性能测试的漆膜的制备方法为:采用辊涂法在聚四氟乙烯塑料板上进行辊涂，辊涂完毕后在20℃、(50±5)%湿度的恒温室放置10d后从聚四氟乙烯板上剥离得到的漆膜。

1.3 测试方法

本研究的测试方法如表1所示。

表1 环氧高固含量涂料及涂膜性能测试方法

2〃结果与讨论

2.1 二聚酸改性环氧树脂与传统环氧树脂的性能对比

2.1.1 二聚酸改性环氧树脂与E-44环氧树脂的物理性能分析(表2)

表2 二聚酸改性环氧树脂与E - 44 环氧树脂的物理性能分析从表2可以看出，二聚酸改性环氧树脂与传统的E-44环氧树脂的黏度非常接近，但是环氧值比传统的E-44树脂的要小一些，因此采用二聚酸改性环氧树脂固化的漆膜的交联密度比E-44环氧树脂偏低，这一特点更有利于研制高固含量且物理机械性能优异的环氧涂料。由于采用二聚酸改性，因此相比于传统的环氧树脂，其颜色偏黄，色泽更深。

2.1.2 红外表征

图1为普通E-44环氧树脂与二聚酸改性环氧树脂的红外光谱的对比图。

图1 普通E - 44 环氧树脂与二聚酸改性环氧树脂的红外光谱的对比图

从图1可以看出，E-44环氧树脂的红外谱图为典型的环氧树脂的红外图，而二聚酸改性环氧树脂的红外光谱图与E-44环氧树脂的谱图基本吻合，其最大的差异在于在1736.1cm-1处出现了明显的酯键吸收峰，这也证实了自制的二聚酸改性环氧树脂的结构特征。

2.1.3 树脂与固化剂的相容性

树脂与固化剂的相容性对整个漆膜的性能有很大的影响，相容性差会导致漆膜表面发黏发雾，进而影响涂料的层间附着力和防腐性能，这种情况在低温潮湿条件下会更严重。传统E-44环氧树脂以及二聚酸改性环氧树脂与聚酰胺、酚醛胺固化剂的相容性如表3所示。

表3 树脂与固化剂的混容性

从表3可以清楚地看出，传统的E-44环氧树脂与聚酰胺固化剂由于结构差异比较大而导致相容性差，树脂与固化剂初始混合后为乳白色的非透明混合物。但是当放置一段时间后，由于聚酰胺与E-44有一定程度的交联反应，因而体系变得均一透明。针对相容性差这一问题，一般都是通过采用环氧树脂对聚酰胺加成改性或者是增加熟化时间来解决的。但是，对聚酰胺进行加成改性会增加固化剂的黏度，不利于研制高固含量环氧涂料，同时加成改性也会使生产工艺复杂化。增加熟化时间在施工现场不易控制，有可能导致涂料提前凝胶而无法施工涂装。而从表3可以看出，二聚酸改性环氧树脂与聚酰胺具有良好的相容性。这主要是由于二聚酸改性环氧树脂的分子结构中引入了二聚酸结构，与聚酰胺固化剂中的二聚酸结构非常类似，因此其与聚酰胺固化剂的相容性得到解决。同时，由于二聚酸改性环氧树脂保留

了传统环氧树脂的苯环结构，因此，无论是二聚酸改性环氧树脂还是E-44环氧树脂与酚醛胺固化剂都具有良好的相容性[6]。

2.1.4 涂膜的玻璃化温度

为了对比分析二聚酸改性环氧树脂与E-44环氧树脂的性能差异，本研究分别采用V-125聚酰胺和酚醛胺为固化剂，固化二聚酸改性环氧树脂以及E-44环氧树脂，并对固化漆膜进行DSC测试，图2和图3为漆膜在常温条件下固化10d后的DSC图。