高性能单组分水性环氧树脂涂料的研制

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近年来,水性环氧树脂涂料以其无毒、无味、不燃、无溶剂排放、施工简便等优点而成为环氧树脂涂料可持续发展的重要方向,其中单组分环氧涂料由于具有操作工艺简化、易于实施、环境污染小、不浪费原料和储存期长等优点而特别引人关注。本文针对目前国内市场上仅有双组分水性环氧树脂涂料产品而单组分水性环氧涂料基本依赖进口这一现状,通过合成反应性乳化剂和与环氧树脂具有较好相容性的潜伏性固化剂,最终成功开发出综合性能优异的单组分水性环氧树脂涂料。本文的主要研究内容及研究结论如下:  1、反应性乳化剂的合成及其乳化性能研究。本文通过在低分子量环氧树脂E-51中引入具有表面活性的聚醚多元醇分子链段,合成了反应性乳化剂,并通过相反转法配制了水性环氧树脂乳液,对乳液稳定性进行了系统研究。研究表明,采用三氟化硼-胺络合物为催化剂、聚醚多元醇相对分子量在3000~6000、环氧基与羟基的摩尔比为2:1时、反应温度为120℃时合成的乳化剂具有较好的乳化效果。当乳化剂的用量为20%时,在60℃下通过相反转法配制的乳液,其乳液粒径约为0.38μm,在3000 r/min离心30min不分层。  2、利用甲醛和单环氧化合物对双氰胺进行改性,合成了单组分水性环氧树脂固化剂。研究确定了最佳反应条件,对产物进行了红外光谱表征和固化性能研究,配制了水性单组分环氧涂料,研究了涂层的基本性能。结果表明:甲醛与双氰胺物质的量比为1:1时,在80℃下反应1.5小时后,加入相同摩尔数的单环氧化合物合成得到的固化剂,其与环氧树脂组成物固化温度在92℃~138℃之间。与环氧树脂所配制的单组分水性环氧树脂涂料乳液粒径约为0.36μm,在3000 r/min离心30min不分层,涂料的储存期为4个月。该水性涂料漆膜的附着力、冲击强度、铅笔硬度、柔韧性、耐热性等性能优良,但耐水性能较差。  3、利用双酚A酚醛树脂和双氰胺反应,制备了另一类水性环氧树脂潜伏性固化剂。研究表明用该潜伏性固化剂固化环氧树脂E-51时最佳用量为40%,固化温度在95℃~150℃之间;固化动力学研究表明,该固化反应的表观活化能△Ea为54.36KJ/mol,反应级数为0.876。该固化剂与环氧树脂相容性好,加入稀释剂后配制的水性环氧涂料稳定性好,乳液粒径仅为0.38μm,涂料室温储存期超过6个月;该水性涂料漆膜性能良好,涂料耐水性得到显著提高。
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