型水性环氧树脂涂料特性研究研究了型水性环氧的流变学特性下恭僖禧

Ⅱ型水性环氧树脂涂料特性研究，研究了Ⅱ型水性环氧的流变学特性（下）

由图1 和图2 可见,水性环氧体系呈现与溶剂型环氧截然不同的流变性能。溶剂型环氧在两个组分混合后粘度随时间上升,大约在4. 5 小时粘度急剧上升。最后达到无法施工的粘度,即其适用期约为4 小时水性环氧体系在混合前粘度较高(HZ340 稀释后的乙组分的粘度为2000 mPa. s 左右,甲组分PZ 3961 的粘度为600 mPa. s 左右) ,而混合后体系的粘度下降到550 mPa. s ,随后随时间继续下降,然后基本保持不变。

这与文献报道是一致的[3 ] 。这种现象在设计水性环氧涂料配方时应加以考虑,即混合前两个组分的粘度要高一些,否则会产生流挂的问题。水性环氧体系混合后粘度下降的原因还不太清楚。一种解释是粘度较高的固化剂从水相向环氧分散相内扩散,而环氧分散相的粘度升高对体系的粘度影响不大。

3. 2 　胺氢/ 环氧基当量比对水性环氧性能的影响

(1) 表干时间　图3 为当量比不同时水性环氧体系的表干时间,图中还包括溶剂型环氧及丙烯酸乳液的表干时间以作比较。由图可见,胺氢当量比提高表干时间较短。而水性环氧的表干时间比溶剂型环氧短,因为水比溶剂型环氧中所用的溶剂更易挥发。丙烯酸乳液的干燥只涉及物理过程,当水分蒸发后聚合物颗粒成紧密堆积,然后在毛细管压力作用下相互扩散成膜。水性环氧在水分蒸发后需经固化反应才达到表干状态。因此丙烯酸乳液的表干时间最短。

(2) 硬度　图4 为水性环氧体系的硬度。环氧基与胺氢的当量比对体系硬度的影响不大,但环氧基过量时硬度稍高一些。水性环氧体系第一天的硬度高于溶剂型环氧,说明水对环氧基与胺氢的反应有一定催化作用[4 ] ,如下所示:

由图4 可见水性环氧体系的硬度在7 天后基本趋于平衡,大大高于丙烯酸乳液体系,甚至略高于溶剂型环氧体系。

图3 　环氧基/ 胺氢当量比对表干时间的影响

图4 　环氧基/ 胺氢当量比对体系硬度的影响

3. 3 　适用期

双组分反应性涂料都有一个适用期。对溶剂型环氧体系其适用期通常用粘度随时间的变化来决定,即从两个组分混合至体系的粘度增大到无法施工的时间,如图1 所示约为4 小时。但对水性环氧体系,用粘度变化来决定适用期是不可靠的。前面我们已讨论过Ⅱ型水性环氧体系的流变学性状(图2) 。Ⅱ型水性环氧的两个组分混合后的粘度在混合后呈下降趋势,随后在相当长的一段时间内基本保持不变。由于环氧树脂是分散相,虽然随固化反应的进行环氧的分子量提高,体系的粘度不一定增大。然而这时分散相环氧树脂的分子量逐渐提高,其玻璃化温度也随之逐渐提高,甚至开始凝胶化,体系的成膜性能可能已经变差,形成的膜的性能变差,甚至难以成膜。我们在混合后立即制作试样,同时再分别搁置1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 小时,分别制作试样,测定8 天后各试样的硬度和光泽度。结果如图5 和图6 所示。

图5 　硬度随搁置时间的变化

图6 　光泽度随搁置时间的变化

由图可见,水性环氧体系的硬度随搁置时间降低的幅度很小,而光泽度则随搁置时间很快下降,同时目测发现涂膜的透明性也很快下降。溶剂型环氧体系的光泽度则在其适用期内基本保持不变。这种区别可通过成膜机理的讨论来加以解释。

水性环氧涂料是一种乳液涂料,其成膜机理与一般聚合物乳液涂料的成膜有很大的区别,同时与溶剂型的环氧体系的成膜也有很大的区别。聚合物乳液涂料的成膜为一物理或物理化学过程,聚合物乳液中的聚合物颗粒具有较低的玻璃化温度,在水蒸发后形成紧密堆积结构,在毛细管压力作用下聚集而成膜。

环氧树脂涂料为反应型的双组分涂料,其成膜过程既有物理过程又有化学过程。在溶剂型环氧体系中,环氧树脂与固化剂都以分子形式处于溶液中,体系是均相的。固化反应在分子之间进行,因而固化反应进行得十分完全,所形成的膜是均相的。在适用期内环氧树脂的分子量不断提高,造成体系的粘度很快增大。但只要还未达到凝胶点,体系仍然是均相的,因此所成的膜的光泽度随搁置时间基本不变。实际上通过用溶剂稀释可延长其适用期。

水性环氧体系为多相体系,环氧树脂为分散相,胺固化剂为连续相,因此固化反应首先在界面上发生。同时固化剂逐渐扩散到环氧树脂分散相中去进一步使环氧固化[5 ] 。假定环氧乳液中分散相的粒径为500nm ,又设它的密度为1. 16g/ mL ,环氧的分子量为1000 ,不考虑在水中的溶胀,则可计算出每个环氧颗粒中含有约4. 6 ×107 个分子。

所以水性环氧体系的固化系由扩散过程控制的,与溶剂型环氧体系相比其固化是一个复杂的过程,固化时间长而且较不完全和不彻底。随着固化反应的进行,环氧颗粒表面层的粘度不断上升,甚至成为固体,其玻璃化温度也逐渐上升,使固化剂的扩散越来越困难。Ⅱ型水性环氧中,环氧颗粒为含溶剂的高粘度溶液,随着固化反应的进行会形成扩散的壁垒。

在成膜过程中,随着水分的挥发,环氧颗粒与胺固化剂形成紧密堆积。如果这时环氧颗粒仍是液态或其玻璃化温度仍低于室温,环氧与固化剂的相容性良好,则可形成均相透明和有光泽的膜。随着搁置时间的延长,环氧颗粒的玻璃化温度升高,就可能形成不完全均相的膜,透明性和光泽度随着降低,甚至不能成膜。另一个可能的原因是,在较长时间搁置后,连续相内的胺固化剂在水分蒸发后已不能完全向环氧分散相内扩散,它与空气中的二氧化碳反应生成无反应性的碳酸盐[6 ] ,使表面泛白:

R2NH + CO2 + H2O = R2NH2HCO3

虽然随搁置时间的延长,涂膜的成膜性能下降,形成不完全均相的膜,但分散相环氧表面仍能较好地固化,因而其硬度随搁置时间的变化较小。

从以上分析,水性环氧体系的适用期不能用粘度的变化来判定,而应用某个重要性能的变化来判定,如光泽度。如按光泽度下降25 %作为适用期的终点,则被测Ⅱ型水性环氧体系的适用期约为4 小时。

3. 4 　水性环氧色漆的颜料体积浓度( PVC) 对涂料性能的影响

按表2 的配方分别配制了不同PVC 的水性环氧和丙烯酸乳液白色涂料,测定涂料的表干时间和涂膜的光泽度,结果如图7 和图8 所示。由图可见水性环氧的表干时间随PVC 的增大而缩短,而丙烯酸乳液体系的表干时间则随PVC 的增大而延长。这也可从它们的成膜机理的不同来解释。水性环氧的干燥涉及到两个过程,即水分和溶剂的挥发及固化反应的进行,而丙烯酸乳液体系的干燥则主要决定于水分的挥发。PVC 增大时配方中以重量计的固含量是相同的,而以体积计的固含量则下降。试样制作时涂层厚度相同,即涂布的体积相同,因此随着PVC 的增大,涂层中的水分含量增大而固体减少,固体中的胶结材所占的比例也减少。水性环氧表干时间随PVC 的增大而缩短这一现象说明表干时间主要决定于固化反应的进行,在水分挥发后涂膜表面环氧胶结材占的比例减少,又被颜填料所包围,因而表干时间缩短。丙烯酸乳液体系则随着PVC 的增大涂膜中的水分含量提高,表干时间也因而延长。

图7 　PVC 对涂料表干时间的影响

图8 　PVC 对涂料光泽度的影响

水性环氧体系的光泽度均随PVC 的提高而降低。配制有颜填料的水性环氧时应注意各组分与水性环氧的相容性。由于水性环氧固化剂中大都含有阳离子胺盐,在选择分散剂、消泡剂等助剂时要避免使用阴离子型的材料,否则会产生凝胶化的现象。

4 　结论

对Ciba 公司的水性环氧体系PZ 3961 和HZ 340进行了试验,该体系属于高分子量水性环氧即Ⅱ型水性环氧。试验结果发现:

(1) Ⅱ型水性环氧的两个组分混合后粘度下降,然后基本保持不变。与溶剂型环氧体系完全不同。

(2) 环氧基与胺氢的当量比提高时体系的表干时间延长,涂膜的硬度稍有提高。

(3) 水性环氧体系的成膜机理不同于溶剂型环氧体系,其适用期不能用粘度的变化来确定,而应用其某个重要性能的变化来确定。

(4) 随PVC 的增大水性环氧体系的表干时间缩短,光泽度下降。

斜视怎么考驾照

白癜风一直不好怎么治疗

老是尿路感染怎么回事

怎么缓解蛀牙疼

肝纤维化的发病症状