环保型无溶剂环氧涂料耐候性的探索研究

   日期:2021-11-12     浏览:222    
核心提示:0 引 言环氧树脂类涂料具有附着力强、硬度高、耐磨、耐盐雾、耐酸碱、光泽高、固含量高、丰满度高等优点。因此, 广泛用作工业重
0 引 言
环氧树脂类涂料具有附着力强、硬度高、耐磨、耐盐雾、耐酸碱、光泽高、固含量高、丰满度高等优点。因此, 广泛用作工业重防腐漆、防锈底漆、地坪漆、油罐漆、饮用水箱漆等。随着环保法规在我国逐步健全, 溶剂型环氧涂料逐步受到限制, 水性化和无溶剂化环氧涂料是今后发展的方向 。然而水性环氧涂料必须加入乳化剂,乳化剂残留于漆膜中对耐水性、耐盐雾性、耐酸碱性有一定的影响, 而且一次成膜厚度较低。无溶剂环氧涂料采用低相对分子质量环氧树脂、活性稀释剂等为主料, 使用时与固化剂混配, 在室温或烘烤下即可固化成膜, 它不仅具有溶剂型环氧涂料的优异性能, 而且一次成膜厚度可达100 um 以上。为了扩大无溶剂环氧涂料的应用范围, 本文对提高无溶剂环氧涂料耐候性进行了探索研究。
 
1 实验部分
1. 1 原材料
环氧树脂E 51, 工业品, 江苏三木集团; 活性稀释剂660A, 工业品, 江苏三木集团; 活性稀释剂H-11, 工业品, 德国汉高; 固化剂C- 31, 德国汉高; 固化剂NX- 2007, 美国卡德莱; 固化剂T- 31; 光稳定剂T inuvin 123, 汽巴公司; 紫外光吸收剂Tinuvin 1130,汽巴公司; 纳米SiO2; 消泡剂BYK - A 530; 流平剂BYK- 361; 分散剂BYK- 108; 金红石型钛白粉。
1. 2 涂料的配制
将环氧树脂、活性稀释剂、颜填料、助剂按配方量混合, 在高速分散机中分散1 h, 然后在三辊机中研磨至细度合格, 过滤, 装罐。使用时与固化剂混合, 以喷涂、刷涂等方法制板。
1. 3 性能测试
厚度: 用德国EPK 公司的磁力式Mikrotest 6G测定;
黏度: 按GB/ T 1723 -93 测定;
硬度: 按GB/ T 1730 -93 测定;
耐冲击性: 按GB/ T 1732 -93 测定;
附着力: 按GB/ T 1720 -79 测定;
柔韧性: 按GB/ T 1731 -93 测定;
耐水性: 按GB/ T 1733 -93 测定;
耐盐水性: 按GB/ T 1763 -79 测定;
耐酸碱性: 按GB/ T 1763 -79 测定;
耐溶剂性: 按GB/ T 9274- 88 测定;
人工加速老化实验: 按GB/ T 1865 -1997 测定,
人工加速老化机: 镝灯, 功率315 kW, 其特征是具有连续光谱, 既有紫外波段又有可见光部分, 模拟性和加速性并重。
 
2 无溶剂环氧清漆的配方研究
2. 1 环氧树脂的选择
环氧树脂种类繁多, 性能各异。常用作配制涂料的环氧树脂有E - 51、E - 44、E- 42、E- 20、E - 12等, 在常温下除E- 51 为液态外, 其余均为固态。本文选用低相对分子质量、低粘度的液态E - 51 环氧树脂配制无溶剂涂料 。
2. 2 活性稀释剂的选择
测定环氧树脂E- 51 与不同活性稀释剂( 660A、H- 11) 在不同质量配比下的黏度( 25 ℃ ) , 结果见图1。由图1 可见,H- 11 与E- 51 混合后黏度范围在100~ 120 s, 黏度过大, 不利于涂料的喷涂、刷涂。660A 与E- 51 混合后黏度范围在18~ 39 s, 并且其质量比为mE- 51/ m660A= 75/ 25 时, 整个树脂体系黏度( 25 ℃ ) 为22 s, 较适宜涂装, 故选择660A 作为环氧体系的活性稀释剂, 同时确定mE- 51/ m660A= 75/25。
1 ) E- 51 与活性稀释剂660A 混配;
2 ) E- 51 与活性稀释剂H - 11 混配。
图1 含活性稀释剂的环氧树脂的黏度
2. 3 固化剂的选择
将E- 51 与660A 按75B25( 质量比) 混配制得组分A, A 组分与固化剂的质量比按表1 配方, 制得代号为甲、乙、丙的涂膜, 并对比涂膜的机械性能, 见表2。

由表2 可见, 以C- 31 和NX- 2007 为固化剂的涂膜的各项机械性能均满足标准要求。从涂膜外观来看, 以T - 31 为固化剂的涂膜, 表面泛黄, 有针孔;以NX- 2007 为固化剂的涂膜, 表面有油污; 以C -31 为固化剂的涂膜色泽丰满。故选择C- 31 为环氧体系的固化剂。

2.4 固化剂佳用量的确定
改变固化剂B 组分( C- 31) 与A 组分的质量比,测定涂膜的双摆杆硬度与耐冲击性, 结果分别见图2、3。

由图2 可见, 当mB组分/ mA组分≥0.45 时, 涂膜硬度达到0.77, 且变化不大。由图3 可见, 当mB组分/mA组分在0.5~ 0.6 时, 漆膜的耐冲击性达到50 cm。
当mB组分/ mA组分> 0.6 时, 漆膜的耐冲击性下降。兼顾涂膜的机械性能与成本, 确定mB组分/ mA组分= 0.5。
2. 5 通过正交实验确定耐候性佳配方
对大多数涂料来说, 添加光稳定剂提高稳定性是实现涂料稳定化简单易行的方法。根据光化学反应原理, 材料发生化学反应之前首先必须吸收光, 即构成聚合物的分子或基团吸收光能, 使分子或基团处于高能状态( 激发态) 。但是, 材料吸收光能之后并不一定发生光化学反应, 因为所吸收的光能可发生下列几种转化: ( 1) 转变为热能消散; ( 2) 转变为荧光或磷光发射;(3) 将能量转移到别的分子; ( 4) 引起光化学反应。由此可见, 如果材料吸光之后能有效地以上述( 1) ~ ( 3) 3种光物理过程消耗或转移掉大部分能量, 则可防止或大大减弱光化学反应。光稳定剂能够优先而且高效地使处于激发态的能量以光物理过程的形式消耗掉, 从而使高分子材料具有优异的光稳定效果 。本文选用汽巴公司的新型受阻胺光稳定剂Tinuvin123 和紫外光吸收剂Tinuvin 1130( 羟基苯基苯并三唑化合物) , 以及纳米SiO2 作为光稳定剂。根据各种助剂的推荐用量, 确定了该正交试验的因素和水平表及方案, 见表3、4, 其中树脂质量为100 g。用315 kW的镝灯照射20 min, 变色ΔE 测试结果见表5。



受阻胺光稳定剂Tinuvin 123 具有转移大分子激发态能量的作用和猝灭单线态氧, 捕除大分子游离基等多种功能。紫外光吸收剂Tinuvin 1130 的主要作用原理是能够优先吸收对聚合物有害的紫外光, 并能将光能转变为对聚合物无害的热能消散掉。
由于纳米材料晶粒极小, 表面积极大, 因此具有大颗粒所不具备的光学性能等 诸多性能。包括涂料中加入纳米材料, 并能达到纳米级的分散时, 这时则表现为这种母体材料是透明的, 可以散射紫外光( 波长< 340 nm) , 因此纳米材料对紫外线的屏蔽以散射为主。
表5 的测试数据表明, 用315 kW 的镝灯连续照射20 min 后, 7 号配方ΔE 小为0.54, 6 号配方ΔE 大为2.31。结果证明, 在这种无溶剂环氧体系中, 添加光稳定剂、紫外光吸收剂和纳米SiO2 能提高该种涂料的耐候性。在这些助剂的不同质量比下, 涂料的耐候性呈现出有规律的变化。对该种涂料而言,受阻胺光稳定剂Tinuv in 123 是一种高效的光稳定剂, 当Tinuv in 123 添加量达大值时, 耐候性表现佳; 纳米SiO2 作为紫外光散射剂, 当其添加量达115%时, 与Tinuv in 123 具有佳的协同效应; 而随着T inuvin 1130 加入量的增加, 耐候性指标变色ΔE增大, 其原因可能是该紫外光吸收剂能与环氧基团进行部分变色反应。故佳耐候性无溶剂环氧涂料清漆的佳助剂配方为7 号。
 
3 无溶剂环氧外用色漆
在上述的7 号配方中, 加入适量的钛白粉, 在砂磨机中研磨至20 um, 刷涂或喷涂制膜。检测各项性能, 结果见表6。用315 kW 镝灯连续照射20 min, 变色ΔE 测试数据见表7。
由表6 可见, 研制的无溶剂环氧涂料的各项性能均达到或超过所要求的技术指标, 其硬度、附着力、柔韧性、光泽和耐化学品性均优于普通涂层。从表7 的耐候性指标变色ΔE 看, 研制的白色无溶剂环氧涂料明显优于白色普通环氧涂料, 并接近于丙烯酸涂料。

4 无溶剂环氧涂料环保性评估
无溶剂涂料其实质就是用活性稀释剂代替传统的挥发性有机溶剂。无溶剂涂料的环保性与两方面有关: 其一, 活性稀释剂的毒性; 其二, 涂料在固化前逸入大气中的活性稀释剂的量( 本文作者定义为散逸度) , 这与涂膜固化速度有关。本文通过改变催化剂( DMP- 30) 的用量( 25℃ ) , 研究了活性稀释剂散逸度的变化, 结果见图4。
散逸度(%) = ( m0- m24) / m0 x 100%
式中, m0-- 涂膜未固化前的质量, m24-- 涂膜固化24 h 后的质量。
由图4 可见, 在无溶剂环氧树脂涂料中, 通过改变催化剂的加入量, 能够改变涂膜的固化时间, 能够间接影响活性稀释剂的散逸度。当添加的催化剂占总涂料的质量分数为0.1% ~ 0.35% 时, 固化时间较短, 而且能有效地减少活性稀释剂的散逸度, 散逸度为8.85% ~ 10%; 当添加的催化剂占总涂料的质量分数> 0.1%时, 涂膜的固化时间变化幅度小, 活性稀释剂的散逸度变化幅度也不大。当添加的催化剂占总涂料的质量分数> 0.4% 时, 涂料失效。兼顾固化效率和活性稀释剂散逸度及成本, 推荐催化剂质量分数为0.1%~ 0.2% 。
 
5 结 语
( 1) 通过正交实验, 确定了无溶剂耐候性环氧树脂的佳清漆配方。
( 2) 按照佳清漆配方, 配制出白色无溶剂环氧树脂外用色漆, 其各项性能优良。经人工加速老化实验结果表明, 其基本上接近了丙烯酸涂料的耐候性。
( 3) 通过改变催化剂( DMP- 30) 的用量( 25℃ ) ,研究了活性稀释剂散逸度的变化。当添加的催化剂占总涂料的质量分数为0.1% ~ 0. 2% 时, 固化时间较短, 而且能有效地减少活性稀释剂的散逸度。推荐催化剂质量分数为0.1%~ 0.2% 。
 









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