2K水性环氧体系中非离子自乳化型固化剂的研究

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近几年随着世界经济和科学技术的发展,涂料工业正向低Volatile Organic Compounds(VOC)、高效、节能、生态环保等方向发展,因此研究和开发环保型高性能涂料是目前涂料行业的重点和热点研究内容。水性环氧涂料是以性能优异的环氧树脂和固化剂作为成膜物质,具有气味小、低或零VOC、不燃、设备易清洗和透气性好等特点,广泛应用于工业地坪、集装箱、钢结构和桥梁管道等领域中,是目前最具发展前景的涂料品种之一。尽管水性环氧涂料具有诸多优点,但其在研究开发中也仍然存在许多困难,如:(1)外加表面活性剂实现环氧树脂和固化剂在水中分散的同时降低了漆膜性能;(2)相匹配环氧树脂和固化剂的使用。目前,欧美等发达国家水性涂料使用率已高达80%以上,但在我国仍是传统溶剂型涂料占主要份额,工业涂料中水性涂料的使用率不足5%,且其中大部分都还依赖于国外进口。因此,自主研发出性能优异的水性环氧涂料对我国涂料行业的发展以及提高社会经济效益具有十分重要的意义。  本研究为制备综合性能优异的水性环氧涂料,合成了一系列非离子自乳化型水性环氧固化剂来实现对环氧树脂的匹配。本研究中的固化剂与液体环氧树脂或环氧树脂乳液均能形成均一的涂膜,其具体研究内容和结果分为如下五个部分:  (1)曼尼希胺与端环氧基聚醚加成制备非离子自乳化水性环氧固化剂。研究结果表明:固化剂合成的最佳实验条件是以对十二烷基苯酚(LP)为酚类,二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)为胺类,XY205和XY215为端环氧基聚醚;固化剂与环氧乳液RSW-4364、AEH-20和AR555进行使用时,与AR555搭配得到的综合性能最为优异;固化剂中大量的—OH结构使涂膜容易发生闪蚀。  (2)乙烯胺与双酚A缩水甘油醚加成制备非离子自乳化水性环氧固化剂防止涂膜发生闪蚀。研究结果表明:合成固化剂的最佳实验条件是乙醇胺(EA)和十二胺(LA)为一元胺,三乙烯四胺(TETA)和四乙烯五胺(TEPA)为胺类,苯基缩水甘油醚(PGE)和苄基缩水甘油醚(BGE)为单环氧化合物;固化剂在水中具有优异的分散性,且在固化剂中引入硅烷偶联剂(GPTMS)能有效提高涂膜的耐磨性,但涂膜的耐酸性有待于提高。  (3)乙烯胺与聚醚胺混合胺制备非离子自乳化水性环氧固化剂改善涂膜耐酸性等问题。研究结果表明:采用混合胺为原材料能有效改善漆膜的耐酸性等;固化剂合成的最佳实验条件是四乙烯五胺(TEPA)为胺类,XY669为端环氧基聚醚,苯基缩水甘油醚(BGE)为单环氧化合物,环氧混合物XY205与E-44的摩尔比为8∶2;环氧混合物的使用能提高涂膜的铅笔硬度和力学性能等,但固化剂的分散性不佳。  (4)乙烯胺与曼尼希胺混合胺制备非离子自乳化水性环氧固化剂以获得综合性能优异的涂膜。研究结果表明:合成固化剂的最佳实验条件是四乙烯五胺(TEPA)为胺类,E-44为环氧树脂,对十二烷基苯酚(DP)为酚类,D-230为聚醚胺;固化剂在60%固含量时,粘度为7000左右;固化剂具有优异的分散性,平均粒径为130.5nm;固化剂与液体环氧树脂固化成膜具有优异的综合性能。  (5)三元混合胺制备非离子自乳化水性环氧固化剂。研究结果表明:在固化剂分子结构中引入硅烷偶联剂(GPTMS)能有效提高涂膜的热稳定性和附着力;GPTMS用量为体系的5wt.%时,固化剂的性能最佳;固化剂与环氧树脂所形成的涂膜具有优异的综合性能,如:2~3H的铅笔硬度、1mm的柔韧性、抗冲击性>50KG·cm、附着力≤1以及优异的耐水和耐化学性能等。
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