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水性环氧丙烯酸乳液的性能及合成技术?#27835;?/td>
资讯内容 发布人bljzadmin

慧聪涂料原料网讯:水性环氧树脂体系能够有效的降低挥发性有机物的使用,符合环保要求,因此在工业生产和生活中得到了广泛的应用。密切常用的环氧树脂涂料大部分是溶剂型的,其中的挥发物则含有易?#23478;?#29190;的有毒物质,在挥发的过程中直接排放到大自然中,在阳光的作用下会形成烟雾或者酸雨,对环境产生了比较大的破坏作用。水性涂料以?#26696;?#22266;体份涂?#31995;?#29615;保型的涂料日益得到了人们的重视,因此得到了比较快的发展,而且水性涂料在使用的过程中还具有节省资源、有机物排放量比?#31995;?#30340;优点。

    1·环氧树脂的性能简介

    环氧树脂是常用的热固性树脂,在热固性树脂中的用量比较大,而且应用比较广泛。在环氧树脂中含有独特的环氧基、羟基以及醚键等活性基团,所以能够表现出优异的性能。环氧树脂具有许多种类,而且性能各异,还具有非常多的改性剂、促进剂、添加剂等,可以组成多种组合,从而得到性能不同的环氧固化体系,能够满足各?#20013;?#33021;和工艺的要求[1]。

    环氧树脂具有良好的力学性能,其分子结构紧密,具有非常强的内聚力,其力学性能比不饱和的聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂优良的多。而?#19968;?#20855;有黏结强度高,粘?#26377;?#33021;优异等优点,其中含有的羟基、环氧基、醚键?#26579;?#26377;比较大的活性,决定了其良好的黏接强度,可以用来作为结构胶。对于大部分金属和?#22681;?#23646;材料都具有良好的粘?#26377;裕?#20363;如木材、玻璃、陶瓷等。但是大部分环氧树脂都不能溶于水,对环境有比较大的危害,给其施工、运输以及存储等都带来了不便,因此用水来作为溶剂的水性环氧树脂受到了人们的重视[2]。水性环氧树脂不但对环境比较友好,而且可以在潮湿的界面上施工,而且使用简单,对于施工环境的要求不高,便于清洗、存储等优点,因此成为了环氧树脂发展的主要方向。

    环氧树脂的分子结构中含有羟基、环氧基以及醚键等基团,从而表现出了一系列优异的物理性能,例如具有良好的绝缘性能和机械性能以及耐化学性能等,在复合材料基体、胶粘剂、涂?#31995;?#26041;面得到了广泛的应用。为了进一步的提高其使用性能,降低环氧树脂材料对于环境的危害,加强其水溶性研究非常重要。环氧树脂的水性改善是在环氧树脂的大分子上加入强的亲水基团,然后使其具有自乳化和水溶性的功能,常见的水性改性剂有羟基、?#34987;Ⅳ然?#31561;化合反应[3]。对环氧树脂水性化的重要方法是成盐的方法,在其分子的骨架上引入极性基团,然后使其亲水因子在水中分散。具体的操作中可以先把环氧树脂变成含有碱基团的树脂,然后利用碱或者酸来中和成为盐来水性化的方法。其中利用碱中和的方法应用的比较多,如:利用不包含的脂肪酸、丙烯酸类单体和聚合物等化合物,其次还可以利用二元酸和环氧树脂?#31995;?#21452;键进行加成反应,最后用碱来中和成为?#21361;?#26368;终得到水性环氧树脂乳液。

    2·水性环氧丙烯酸乳液的合成和应用性能?#27835;?

    在环氧树脂的水性改性中对于环氧基的处理比较灵活,在固化反应中除了环氧基和固化剂发生交联之后,还可以依靠引进的?#28982;?#32671;基等官能团和固化剂发生交联固化。在环氧树脂的水性化方法中,有多?#22336;?#27861;可以选择,例如可以引入不饱和的脂肪酸和环氧树脂酯化反应来生成环氧酯,环氧树脂还可以和干性油脂酸酯化而得到环氧酯底漆。环氧丙烯酸酯型是其中应用最为广泛的方法,可以利用丙烯酸类的单体或者聚合物和环氧树脂发生接枝共聚,生成具有酸性基团的环氧丙烯酸树脂,然后用碱中和[4]。环氧树脂和异氰酸酯预聚物反应之后可以得到含有?#34987;Ⅳ然?#32671;基的环氧异氰酸酯树脂。

    在合成环氧丙烯酸乳液的过程中,单体的选择十分重要,可以选择不同的单体组合来满足漆膜特性的要求。在合成水性环氧丙烯酸乳液之前,首先应当合成水性环氧丙烯酸树脂。其原材料主要有工业级的丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基乙?#21450;貳?#19969;醇、乙二醇醚类溶剂、环氧树脂、过氧化苯甲酰[5]。在安装有温度计、回流冷凝器以及搅拌器的?#30446;?#28903;瓶中加入环氧树脂和丁醇等,加热到110℃,均匀搅拌的状态下加入有过氧化苯甲酰的混合单体,加入完成之后,保温至转化率大于98%。然后加入乙二醇醚类溶剂、二甲基乙?#21450;罰?#27492;时环氧丙烯酸树脂的pH值达到7~7.5,然后用水稀释达到其固含量的50%±2%,然后得?#38477;?#40644;色透明粘稠状的水性环氧丙烯酸树脂。水性环氧丙烯酸?#31185;?#30340;配料如下表所示:

    制作工艺,将水性环氧丙烯酸树脂、专用稀?#22270;痢?#20998;散剂投放?#38477;?#28422;?#23383;校?#25605;拌均?#32676;?#21152;入颜填料,分散均匀之后用砂磨机?#24515;ィ?#20854;细度达到≤30μm,然后再加入水性环氧丙烯酸树脂、水性?#34987;?#26641;脂、稀?#22270;?#25605;拌均匀之后,过滤?#21561;?#21040;成品。在合成环氧丙烯酸树脂的过程中,其关键是单体的选择,可以选择不同的单体组合来满足涂料漆膜的使用要求。共聚物的玻璃化温度对于合成成功与否具有密切的关系,在共聚物转化的过程中,其许多物理性能都发生?#21496;緦业?#21464;化。可以根据推算出的共聚物的玻璃化温度?#21561;?#25972;环氧树脂的硬度,并且加入?#28982;?#21644;羟基使其达到水溶性和交联官能团[6]。在合成水溶性树脂的方法中,可以用有机胺中和环氧丙烯酸树脂?#31995;聶然?#20351;其表现出水溶性。有机胺具有一定的挥发性,在涂料加工的过程中释放出醇基,它能够和涂料中的?#34987;?#26641;脂发生反应,从而形成具有良好性能的交联涂膜。胺的选择不同,对于涂?#31995;?#24615;能、粘度、涂膜固化以及贮存时的稳定性等都具有重要的影响。二甲基乙?#21450;?#29992;量比较少,在使用之后涂膜的表面不容易形成缺陷,所以可以选择二甲基乙?#21450;防?#20316;为中和剂来提高环氧丙烯酸树脂的水溶性,?#25346;?#35843;节涂?#31995;?#31896;?#32676;?#28034;膜的流平性。可以通过加入少量的醇和醇醚类亲水性助溶剂的方法,在本方法中选择使用丁醇、乙二醇醚类溶剂来作为助溶剂。助溶剂和水按照一定的比例混合使用,得到的涂料在施工的过程中粘?#32676;鮮省?#22266;体分高,而且涂膜的外观和流平性比较好。由于乙二醇醚类溶剂对人体的健康具有危害性,在实际生产中可以用丙二醇醚类溶剂来替代。环氧丙烯酸树脂和水性?#34987;?#26641;脂能够交联成膜,最终成为不溶不熔的涂膜,?#34987;?#26641;脂的用量对涂膜的物理性能如硬度、?#32479;?#20987;性附着力?#26579;?#26377;重要的影响。水性涂料用水来作为溶剂,而且大部分树脂都表现出弱碱性,水性涂料在颜?#31995;?#20351;用上和传统的溶剂型涂?#31995;?#20351;用存在比较大的不同。对于水性涂料?#27492;擔?#20854;颜料要满足在水中不发胀、耐高温以及遇水不返粗,其酸碱度接近?#34892;?#31561;。如果pH太高,容?#33258;?#25104;树脂皂化;如果pH值太低,容易导致树脂分层。

    对于涂?#31995;?#24615;能?#27492;擔?#20854;质量的好坏和成膜的底料具有密切的关系,成膜物?#31034;?#23450;了涂层的理化性能。合成工艺对于乳液的水分散稳定性具有重要的影响,为了得到良好的实验效果,要选择使用合适的原料合成工艺,从而得到性能优异的涂膜。在合成的过程中聚合稳定对于聚合稳定性和产品的质量具有重要的影响,温度是其中关键的因素。如果反应的温度过高,就容易导致引发剂的分解速度加快。在环氧树脂和丙烯酸单体的共聚反应中,存在着?#28982;?#21333;体之间的共聚反应和?#28982;?#21333;体和环氧树脂的共聚反应。如果反应温度不同,那么反应的程度也不一样,反应程度高的,环氧树脂?#31995;聶然?#21333;体就比较多,导致其水溶性也比较好;如果其接枝?#31995;聶然?#25968;量比较少,那么环氧树脂的稳定性和水溶性也就比?#31995;汀?#24403;温度比?#31995;?#30340;时候,反应的转化?#26102;冉系停?#36825;主要是由于引发剂在达到分解温度的时候产生自由基,而自由基在反应的过程中需要一定的能量。

当温度比?#31995;?#30340;时候,外界的能量也比?#31995;停?#19981;利于接枝反应,这种情况下主要发生的是丙烯酸单体之间的共聚反应。当温度比较高的生活,引发剂的分解速度加快,反应所需要的能量也足够,最终使水洗环氧树脂乳液的稳定性降低,外观呈现出微黄色。

    环氧丙烯酸乳液的稳定性受温度的影响比较大,在低温时乳液的稳定性比较好,即便存在分层?#37096;?#20197;利用搅拌的方法快速复原。在20~60℃?#20445;?#23481;易发生分层而变质的现象,在恒温70℃的环境下其稳定性比较好,所以可以选择加入一定量的?#26412;?#21058;之后进行低温保存。水性环氧丙烯酸乳液在生产和生活中种类非常多,而且应用也非常广泛。利用水性环氧树脂配制的水性涂料具有比较独特的性能,具有良好的耐腐蚀性、装饰性和保色性等特点,在钢材和人行车道的保护等方面应用比较多。水性环氧涂料还可以用来进行新旧混凝土的粘接,提高抗化学品腐蚀和?#22815;?#26800;损伤的性能。

    3·结束语

    利用丙烯酸酯类的单体来改变环氧树脂的性质,使其表现出亲水性,能够更加满足生产和生活的需要。在合成工艺的过程中要注意控制温度、溶剂等条件,因为温?#32676;?#28342;剂的不同都会影响到水性环氧丙烯酸乳液的性质和稳定性。此外水性环氧丙烯酸由于添加的单体不同,还可以生?#21892;?#23427;结构的物质,例如苯乙烯-丙烯酸共聚乳液是专门为水性罩光清漆和印刷油墨而研制的,可以替代溶剂型油墨的水性凹版印刷油墨,因此应当进一步的加强?#36816;?#24615;环氧丙烯酸乳液的合成技术和性质的研究,提高其性能,更好的为生产和生活服务。

 
 

 
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