环氧乳胶涂料适用期的确定

1、环氧乳胶涂料适用期的确定郭清泉1, 傅维勤1, 陈焕钦2(1. 广东工业大学轻工化工学院, 广州510006; 2. 华南理工大学化工与能源学院, 广州510640摘 要:环氧乳胶涂料是一种环保型涂料, 但在施工过程中, 反应性能与溶剂型环氧涂料相比存在较大差距。通过对双组分环氧乳胶涂料和溶剂型涂料混合过程中体系黏度、制备漆膜层的硬度和光泽变化进行研究, 认为因固化机理不同导致其适用期不同, 建议环氧乳胶涂料不采用体系黏度而通过漆膜光泽变化指标来反映适用期。关键词:环氧乳胶涂料; 适用期; 黏度; 光泽; 硬度中图分类号:TQ 630 7 文献标识码:B 文章编号:0253-4312(2008

2、 08-0045-03D eter m i nation of Pot L ife of Epoxy Em ulsi on Coati ngsGuo Q ingquan 1, Fu W eiqin 1, Chen huanq i n2(1. Facult y of Che m ical Eng ineering and Ligh t Industry, G uangdong Universit y of T ec hno logy,Guangzhou 510006, Chi na ; 2. School of Che m ical and E nergy Eng i neering ,Sout

3、 h Ch i na Universit y of T echno logy, Guangzhou 510640, ChinaAbstract :Envir onm enta l friend l y coati n g s are the deve l o pm ent trend i n coati n g industry . Epoxy e m ulsi o n coatings , as one of envir on m enta l friendly coatings are beco m i n g m ore and m ore i m po rtance and gro w

4、 t hqu ickly . But t h e perfor m ance of epoxy e m u lsion coati n gs are still l o w er than solvent-based products . This paper studies the changes of v iscosity , fil m hardness and gloss during the m i x ing process of t w o co m ponent epoxy e mu lsi o n coati n gs and so lven t coati n gs . T

5、he po tlife o f these t w o k i n ds of coatings are different because of t h e different curi n g m echanis m. It is suggested that the po tlife of epoxy e m ulsi o n coatings would be deter m i n ed by t h e change o f fil m g l o ss not by the v i s cosity .K ey W ords :epoxy e m ulsion coati n g

6、s ; potlife ; gloss ; hardness ; v iscosity作者简介:张清泉(1975 , 男, 副教授, 博士, 从事功能涂料开发。0 引 言在发达国家, 环氧乳胶涂料是发展比较成熟的一类水性涂料, 而国内由于技术水平和生活水平的限制, 这几年才得到重视, 显示出快速发展势头1-2。但是因为对双组分水性乳胶涂料固化过程中发生的变化研究很不透彻, 施工时大多依靠溶剂型环氧涂料适用期的经验, 导致目前市面上应用的环氧乳胶涂层大多性能不佳3。适用期也称为活化寿命, 是双组分或多组分涂料所特有的。其具体含义是指涂料的多个组分混合以后到不能使用之前的这一段时间4。双组分环氧乳

7、胶涂料同样也存在一个适用期, 但是与溶剂型环氧涂料的判断标准完全不同。本研究通过双组分环氧乳胶涂料和双组分溶剂型环氧涂料固化过程中外在体系黏度、固化不同阶段制备所得漆膜的硬度、光泽的对比分析, 确定环氧乳胶涂料适用期的表征方法。1 原料与方法1. 1 原料与仪器液体环氧树脂(EP I KOTE TM R esi n828:环氧当量185190, 双酚A 双缩水甘油醚结构, 美国R pp 公司; 固化剂(EN -105:活性胺氢当量100110, 美国Rpp 公司; 环氧乳液 (3560-W -50:采用EP I KOTE T M R esi n828液态环氧树脂制造, 环氧当量185190(固

8、体计 , 黏度(涂-4#杯, 25! 1530s , 固含量在50%, 广东力宝时公司; 水性环氧固化剂 (EP I-CURE TM 8537-WY -60:水稀释性胺加成物类, 固含量为60%, 其余是2-丙氧基乙醇、醋酸和水, 活性胺氢当量为174(固体计, 黏度约6000mP a s(25! , 美国R pp 公司; 乙二醇单甲醚:上海永生试剂厂。高速分散搅拌机570型:广东茂兴机械设备厂; K u-1型黏度计:Brook fie l d 产; 阻尼摆杆式硬度仪:天津材料试验仪器厂; 光泽计:泉州科仕林光学仪器研究所。45第38卷第8期涂料工业V o. l 38 N o . 82008年

9、8月PA I NT &COAT I NGS I NDU STRY Aug . 20081. 2 试验方法1. 2. 1 性能测定方法黏度:按照G B /T9269 1988测定; 硬度:按照GB /T 1730 1993测定, 采用K 摆, 测定摆杆从63#所用的时间; 光泽:采用GB /T9754 1988, 按照60#光泽测定。1. 2. 2 溶剂型环氧涂料黏度和光泽变化将溶剂型环氧树脂EP IKOT E TM R esi n828及其配套固化剂EN -105相混合, 保证环氧当量/活性胺氢物质的量的比为11, 充分混合, 加适量稀释剂乙二醇单甲醚稀释, 从开始混合起每0 5h 测

10、定体系的黏度, 分别取样, 制膜, 待48h 漆膜彻底固化干燥后, 测定涂层光泽。1. 2. 3 环氧乳胶涂料黏度变化将环氧乳液3560-W -50和水性环氧固化剂EP I-C U RE TM8537-W Y -60按比例混合, 保证环氧当量活性胺氢物质的量的比为11, 加水稀释, 从开始混合起每0 5h 测定体系的黏度。1. 2. 4 环氧乳胶涂层硬度和光泽变化将环氧乳液3560-W -50和水性环氧固化剂EP I-C U RE TM8537-W Y -60按比例混合, 保证环氧活性胺氢物质的量的比为11, 加入适量水调节黏度, 从开始混合起每0 5h 取样, 涂膜, 待7天漆膜彻底固化干燥

11、后, 测定漆膜硬度和光泽。2 结果与讨论2. 1 溶剂型环氧体系的适用期双组分反应性涂料都有一个适用期。对溶剂型环氧树脂体系而言, 其适用期通常由黏度随时间的变化来决定。图1为溶剂型环氧体系黏 度随时间变化。图1 溶剂型环氧体系黏度随时间变化Fig . 1 C hanges of viscos it y of sol vent-t ype epoxy coati ngs w it h ti m e如图1所示, 溶剂型环氧树脂体系待双组分混合以后, 体系黏度增加很小, 到混合后第5h 的时候, 体系黏度为1000mPa s , 属于可施工范围内5, 但是在5h 以后, 体系黏度急剧增大, 第6h

12、 达到20000mPa s , 黏度过大已经无法施工。根据适用期的定义, 此溶剂型环氧体系的适用期为5h 左右。2. 2 环氧乳胶涂料黏度随时间变化环氧乳胶涂料黏度随时间的变化如图2 。图2 环氧乳胶涂料黏度随时间的变化F i g . 2 Changes of v i scosity of epoxy lat ex coati ngs w it h ti m e将环氧乳液3560-W -50和水性环氧固化剂EP I -CU RE T M 8537-WY -60混合后, 体系的黏度由最初的120mP a s 一直增加到第4 5h 的约1100m Pa s , 然后到第5h 时, 体系黏度又略有下

13、降。在体系整个黏度变化范围内, 都处于可以施工的状态。所以单从体系黏度的变化来看, 并不能确定环氧乳胶体系的适用期长短。但是取混合在第5h 的试样进行涂膜测试, 发现成膜性能已经变差, 漆膜的状态不良。说明在混合后5h , 已经过了此环氧乳胶体系的适用期。这时随着固化反应的进行, 分散相环氧树脂相对分子质量的逐渐提高, 其玻璃化温度也逐渐提高, 甚至开始凝胶化, 已经不能很好成膜, 但是从黏度指标上看, 并没有反映出来。所以要寻找其他容易观察和测定的指标来反映环氧乳胶体系的适用期。本试验研究的结果与同济大学顾国芳, 等的研究结果相左, 顾国芳, 等采用C i ba Spec i a lit y

14、 Chem. L t d 公司制造的环氧乳液PZ3961和水性环氧固化剂H Z340进行配漆试验, 得到双组分混合以后体系的黏度是下降的, 然后基本保持不变6。本人分析这是因为所使用的体系不同的缘故。顾国芳, 等研究中水性环氧清漆体系含有水分较多, 体系黏度本来就较低, 环氧树脂本身处于被体系连续相包裹的分散相中, 可能导致双组分混合后黏度增加不是很明显, 或者因为有水的稀释导致体系黏度的上升而观测不出来, 相反却有黏度下降的现象。2. 3 环氧乳胶涂料漆膜硬度随时间变化图3中纵坐标指示的是在某时刻的涂层硬度与初始涂层 硬度的比值。图3 环氧乳胶涂层硬度随放置时间变化Fi g . 3 C ha

15、nges of BarH ardn ess of epoxy latex fil m w i th resi den ce ti m e由图3可以看出, 环氧乳胶涂层硬度随放置时间的延长,46郭清泉, 等:环氧乳胶涂料适用期的确定呈不断下降的趋势, 下降的幅度比较均匀, 而且较小, 没有性质突变点, 所以采用涂层硬度的指标同样不能表征环氧乳胶涂层的适用期。2. 4 乳液型和溶剂型环氧涂层光泽随时间变化乳液型和溶剂型环氧涂层光泽随时间的变化见图4 。图4 溶剂型和乳液型环氧体系漆膜光泽随放置时间变化F i g . 4 Changes of gl oss of solven t-t ype and

16、 w aterborne epoxy fil mw it h res i dence ti m e从图4可以看出, 溶剂型环氧体系的漆膜光泽在整个放置时间范围内几乎没有变化, 直到超过适用期(5h 。而乳液型环氧涂层的光泽在整个放置时间范围内却有很大的不同, 随放置时间的延长, 涂层光泽呈下降的趋势, 并且在第4h 左右, 光泽下降的速度更快, 同时目测发现涂膜的透明性也变得很差。溶剂型和乳液型环氧体系漆膜光泽随放置时间变化的不同现象, 是因为不同的固化机理造成的。与溶剂型环氧体系相比, 乳液型环氧体系的固化是由扩散过程控制, 是一个复杂的固化时间长且较不完全和彻底的过程7。3 结 语从以上分

17、析可知, 乳液型环氧树脂体系的适用期不能用黏度的变化来判定, 而应用某个重要性能的变化来判定, 如光泽。如按光泽下降至75%作为适用期的终点, 则被测乳液型环氧树脂体系的适用期约为4h 左右。超过适用期后, 环氧乳胶涂层性能已经不能真实反映环氧乳胶涂料应有的性质, 所以在涂层制备中, 环氧乳胶涂层都在其适用期范围内制备, 一般取双组分原料混合后放置0 5h 进行制样。参考文献1 JI M D EL M ORE, S K I NCAID DEREK , C KOMAR PRATAP , et a. lW aterborne epoxy protecti ve coati ngs form eta

18、lJ .Journ al of Coat i ngs Technology , 2002, 74(931:63-72.2 郭清泉, 陈焕钦. 水性环氧色漆的配制C .第2届国际防腐蚀涂料技术与发展研讨会论文集, 扬州:全国涂料工业信息中心, 2003. 25-30.3 范亚平, 任天斌, 顾国芳, 等. 水性环氧色漆的制备及性能研究J.建筑材料学报, 2007, 10(3:16-19.4 王大全. 精细化工辞典M.北京:化学工业出版社, 1998:649. 5 洪啸吟, 冯汉保. 涂料化学M,北京:化学工业出版社, 2001:8-9.6 顾国芳, 陈铤, 王大武, 等. %型水性环氧树脂涂料特性研究J.化学建材, 2001(3:16-20.7 G I LLHA M J K, W I SANRAKK I T G J . Th e gl ass tran sition te m perat u re(T g as an index of che m i cal conversion for a h i gh -T g a m i ne/epoxy s yste m:che m ical and diffus