水性环氧涂料制备及性能

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1、水性环氧涂料制备及性能吴礼龙，古绪鹏，杨建国，乔宏斌（安徽工业大学化学与化工学院，安徽马鞍山243002）摘要：采用环氧树脂乳液和固化剂作为水性环氧涂料的成膜物质,考察环氧值与胺氢值物质的量比、涂料固含、消泡剂用量、固化时间等对涂膜性能的影响。结果表明：当环氧值与胺氢值物质的量比为1.6∶1.0，涂料固含为32.5％、消泡剂用量为0.1％、固化时间为7d时涂膜的综合性能达到最佳。关键词：水性环氧树脂；固化剂；涂膜性能1引言环氧树脂具有附着力和化学稳定性好、硬度高、耐溶剂性和耐磨性优异等特点[1]，被广泛应用于国民经济和军事

2、等领域。随着经济和科学技术的发展以及人们环保意识的增强，低VOC含量的建筑装潢涂料越来越受到消费者的青睐，水性环氧树脂涂料已成为涂料的一个重要发展方向。近年来，关于水性环氧树脂乳液及其固化剂的报道较多[2-8]，但是与溶剂型涂料相比仍存在涂膜丰满度、硬度、附着力差，适用期短，使用过程中容易起泡等缺点。本文采用水性环氧乳液及其固化剂配制水性环氧清漆，考察环氧值与胺氢值物质的量比、水性涂料固体含量、消泡剂用量、固化时间等对涂膜性能的影响。2试验部分2.1试验药品及仪器环氧树脂E-51：工业级，蓝星新材料无锡树脂厂；固化剂：工业

3、级，马鞍山采石矶涂料有限公司；环氧乳化剂：自制；去离子水；QFZ漆膜附着力试验仪：天津材料试验机厂；HH-2型数显恒温水浴锅：国华电器有限公司。2.2乳化剂的制备按照文献[9]方法，控制nTMPGE∶nPEG4000∶nE-51=1∶3∶4，在50～60℃条件下使原料溶化，搅拌均匀，滴加三氟化硼乙醚络合物，在75～85℃条件下反应3～5h，加入计量的去离子水，制得固体含量为50％的水性环氧乳化剂。2.3水性环氧乳液的制备在三口烧瓶中加入计量的环氧树脂E-51和乳化剂，在45～85℃，搅拌速率为3000r/min的条件下乳化

4、一定时间，缓慢滴加去离子水，制得水性环氧乳液。2.4水性环氧清漆的配制将环氧乳液与固化剂混合均匀，加入适量的去离子水，将混合物调至一定的固含量，即得水性环氧清漆，在室温下熟化一定时间后即可涂装。2.5水性环氧涂膜的制备按照GB1727—1992将马口铁板用180#砂纸打磨，除净锡层、铁锈或氧化皮，用无水乙醇擦拭铁片，当表面处于干燥状态时将制备的清漆均匀地涂布在铁片上，涂膜实干后根据国家标准检测其性能。2.6涂膜性能的测定按照GB/T6739—2006测定涂膜的铅笔硬度，按GB1720—1979测定涂膜的附着力。3结果与讨论

5、3.1环氧值与胺氢值物质的量比对涂膜性能的影响环氧值与胺氢值物质的量比对水性环氧清漆的性能有很大的影响。考察环氧值与胺氢值物质的量比对涂膜性能的影响，试验结果见表1。由表1可知，随着环氧值与胺氢值物质的量比的增大，涂膜的硬度和附着力都有所提高，原因可能是随着物质的量比的增大，固化成膜后分子中刚性链段的比例也增大，致使涂膜的硬度及附着力有所提高。当环氧值与胺氢值物质的量比大于1.6∶1.0时，涂膜表面出现小油坑，可能是由于乳液过剩所致。综合考虑，环氧值与胺氢值物质的量比为1.6∶1.0时涂膜的性能最佳。3.2涂料固体含量对涂

6、膜性能的影响采用环氧值与胺氢值物质的量比为1.6∶1.0配制环氧清漆，通过改变加水量配制不同固体含量的清漆并涂板，考察不同固体含量对涂膜性能的影响，结果见表2。由表2可知，随着涂料固体含量的增加涂膜的硬度呈下降趋势，对附着力影响不大，其原因可能是随着固体含量变大，涂料的黏度变大，涂膜的干燥速率及水分的蒸发速率则随黏度的变大而变小，从而影响到固化剂与环氧树脂的反应，导致涂膜实干后硬度呈下降趋势。当固体含量大于32.5%时，涂料的黏度较大，对基材的浸润度较低，涂膜出现刷痕、流平性差。而当固体含量小于32.5%时，涂料的黏度较小

7、，流动性较大，涂板时易出现流挂现象。因此，当涂料固体含量为32.5%时涂膜的综合性能最佳。3.3消泡剂用量对涂膜性能的影响由于乳液中含有一定量的乳化剂，在涂料制备过程中容易出现起泡现象，影响涂膜的质量。加入适量的消泡剂，可以消除泡沫的影响。考察消泡剂用量对涂膜性能的影响，结果见表3和图1。在50℃水浴中考察涂膜的耐水性，测试结果分为7个等级：16h之后严重起泡为1级；16h之后大面积起泡为2级；16h之后小面积起泡为3级；24h之后大面积起泡为4级；39h之后大面积起泡为5级；39h之后中面积起泡为6级；39h之后小面积起

8、泡为7级。由表3可知，随消泡剂加入量的增加，涂膜的硬度和附着力略有下降，但影响不大。由图1可知，加入适量的消泡剂涂膜的耐水性有所提高，当消泡剂加入量为0.1%时涂膜的耐水性最好。但随消泡剂加入量的增加，涂膜的耐水性逐渐变差。涂膜表观随消泡剂加入量的增加也是逐渐变差。因此，消泡剂加入量要适当，以0.1%时