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固化劑對水性聚氨酯分散體的作用的應(yīng)用
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的金屬附著力和耐腐蝕性能，是目前防銹涂料中使用最為廣泛的樹脂[1-2]。但是，溶劑型環(huán)氧涂料因含有大量的有機溶劑而給生態(tài)環(huán)境帶來危害，減少或消除有機溶劑的涂料技術(shù)不斷涌現(xiàn)，水性涂料是最有希望的技術(shù)之一[3]。20世紀60年代，水性環(huán)氧涂料已在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。水性環(huán)氧涂料具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐化學(xué)品性，機械性能和附著力優(yōu)，較低的VOC含量[1]，氣味小，可減少燃燒危險，施工工具可用水清洗等優(yōu)點[4]，所以人們開始考慮將水性環(huán)氧涂料用于金屬防銹領(lǐng)域。初步應(yīng)用研究表明，水性環(huán)氧防銹涂料盡管與溶劑型環(huán)氧防銹涂料相比還有差距，但除在水下或特別苛刻的腐蝕環(huán)境外，凡溶劑型環(huán)氧防腐涂料所用之處，水性環(huán)氧防銹涂料亦能勝任。水性環(huán)氧樹脂防銹涂料的研究著重在兩方面[5]：一方面在于樹脂和固化劑的水性化研究，另一方面在于防銹顏料的改進[6-8]。常用的環(huán)氧-多胺加成物類陽離子水性環(huán)氧固化劑因使用揮發(fā)性有機酸成鹽而給涂膜性能及環(huán)境保護帶來不利的影響[9-12]。
先用NPER-032對TETA擴鏈，合成TETA-NPER-032加成物;然后用EPON828對TETA-NPER-032加成物擴鏈，合成TETA-NPER-032-EPON828加成物[12];最后，減壓蒸餾去除溶劑，加水稀釋到固含量為50%~55%，得到非離子型自乳化水性環(huán)氧固化劑。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用新型的環(huán)保納米復(fù)合鐵鈦防銹顏料，制備得到環(huán)保高效的雙組分水性環(huán)氧防銹涂料。
傅立葉紅外光譜儀，Perkin-ElmerSpectrum-2000，KBr壓片;Brookfield黏度測定儀，BrookfieldEngineeringLabsInc.，USA;納米粒度分析儀，ZetasizerNanoS粒度分析儀，英國Malvern公司。
干燥時間按GB1728—79(1989)《漆膜膩子膜干燥時間測定法》進行測試，其中表干按乙法，實干按甲法;耐沖擊性按GB1732—1993《漆膜耐沖擊測定法》進行測試;柔韌性按GB1731—1993《漆膜柔韌性測定法》進行測試;附著力按GB/T1720—88《漆膜附著力測定法》進行測試;耐鹽水性為放入3%NaCl溶液中一定時間后觀察其表面狀況。
2 由圖3可見，所得的乳液粒徑細小，均在1μm以下，表明其具有良好的乳化中低分子質(zhì)量液體環(huán)氧樹脂的功能，這與合成的非離子型水性環(huán)氧固化劑具有獨特的分子結(jié)構(gòu)分不開：含有與被乳化的液體環(huán)氧樹脂極相似的疏水鏈段，同時含有柔性高分子聚醚親水鏈段及多胺親水鏈段[14-15]。
環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧固化劑的室溫固化是通過環(huán)氧基團與胺活潑氫的反應(yīng)來實現(xiàn)的。環(huán)氧樹脂EPON828的環(huán)氧當量平均值為190g/mol，即每190g環(huán)氧樹脂EPON828中含有1mol的環(huán)氧基團。自制非離子型水性環(huán)氧固化劑的活潑氫當量平均值為220。理論上環(huán)氧基團與胺活潑氫反應(yīng)的質(zhì)量比應(yīng)為190∶220，這種情況下環(huán)氧基團與胺活潑氫當量比是1∶1。實驗證明，選擇不同的環(huán)氧/胺氫當量比對涂膜的性能影響較大。實驗選擇以氧化鐵紅、磷酸鋅和三聚磷酸鋁為復(fù)合防銹顏料，滑石粉為填料，在涂料的顏料體積濃度(PVC)為30%，不添加活性稀釋劑的相同條件情況下，考察了環(huán)氧/胺氫當量比分別為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2時的涂膜性能，結(jié)果見表3。
從表3可以看出，不同的環(huán)氧/胺氫當量比對涂膜的干燥時間、機械強度、耐腐蝕性能影響較大。當環(huán)氧/胺氫當量比≤0.9時，涂膜的干燥時間、機械性能均很優(yōu)秀，但耐鹽水性很差，不能起到防腐的效果。這是因為環(huán)氧過少，過量的水性胺固化劑游離在涂膜中，既造成膜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不嚴密，又容易增大氧氣、水分的滲透率，造成涂膜耐腐蝕性能急劇下降。胺氫過量、水性固化劑乳化融合環(huán)氧樹脂更為容易，交聯(lián)速度加快，縮短了干燥時間。當環(huán)氧/胺氫當量比≥1.2時，固化速度慢、殘余水性胺固化劑少，甚至無殘余，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度大，抗?jié)B透性能好，耐腐蝕性能好，但機械強度下降。選擇當量比為1.0、1.1時，涂膜的干燥時間、機械性能、耐鹽水等綜合性能較好。但環(huán)氧/胺氫當量比為1.0時，涂膜耐鹽水性能比當量比為1.1時要差很多。因此，選擇環(huán)氧/胺氫當量比為1.1較合適。
顏填料在涂料中起著色、防銹、遮蓋等作用，防銹顏料的主要功能是防止金屬腐蝕，提高涂膜對金屬表面的保護作用，可分為2類：物理性防銹和化學(xué)性防銹。研究表明，單一的物理顏料或單一的化學(xué)顏料都不能起到良好的防腐蝕作用，只有配套使用才能起到良好的防腐蝕作用。本文選用的復(fù)合鐵鈦防銹顏料是以聚磷酸鈦(鐵)為載體[4]，復(fù)合一定量的超(微)細粉體制成。它的主要成分是幾種形態(tài)不同的磷酸鹽(不含鋁、鋅)，在除掉其中的有害物質(zhì)后(同時進行必要的預(yù)處理)使其成為一種不含水的聚磷酸復(fù)鹽，它本身具有一定的防銹能力(耐鹽水3~4d)。然后，復(fù)合引入幾種納米粉體材料，使其防銹能力得到大幅提高。它的防銹原理：一是化學(xué)防銹，磷酸根與鋼構(gòu)件表面的鐵原子發(fā)生反應(yīng)生成不溶的磷酸鐵絡(luò)鹽[16]，這層絡(luò)鹽牢固地附著在鋼件表面，從而保護鋼鐵;二是納米材料引入后在成膜時形成超常的致密漆膜，有效地阻隔水分子、氯離子、氧氣等對鋼鐵表面的侵蝕，它可以同時起到惰性顏料和鈍化顏料的作用，而傳統(tǒng)的環(huán)保防銹顏料如三聚磷酸鋁、磷酸鋅等均為單一的鈍化性化學(xué)顏料，必須有一定量的惰性顏料如氧化鐵紅配套使用，才能起到較好的防銹效果。圖4為3種防銹顏料在不同PVC時的耐鹽水性對比。
