化学改性环氧树脂水基涂料的研究??涂膜性能

　　化学改性环氧树脂水基涂料的研究???涂膜性能张肇英黄玉惠廖兵丛广民（中国科学院广州化学研究所广州510650）定了改性产物和纯环氧树脂共混物的玻璃化转变温度，结果显示两者能够相容，并以改性产物及其与纯环氧树脂的混合物制备水基涂料，测定了涂膜的物理和化学性能。结果表明，涂膜性能优良，保持了溶剂型环氧涂料的抗冲击强度、光泽度和硬度等方面的优点，而附着力提高，同时柔韧性大为改善，涂膜耐水性和耐化学药品性能优良。

　　高分子水基分散体系由于其分散介质为水，有机溶剂含量少，无毒无味无污染，不影响施工工人的健康而日益受到重视。环氧树脂品种繁多，性能优异，用途广泛，但目前常用的环氧树脂涂料大部分是溶剂型，对环境造成严重污染，因此，进行环氧树脂水基涂料的研究具有一定的现实意义。

　　环氧树脂水基分散体系的制备有外加乳化剂法和化学改性法。外加乳化剂法制得的粒子粒径较大，通常为微米级，而化学改性法（又称自乳化法）制得的粒子较细，可达纳米级，因此，化学法虽然制备步骤多、成本高，但具有实际意义。现阶段的研究以外加乳化剂法为多，侧重于乳液性质研究。本文研究了化学改性环氧树脂，使其具有亲水亲油两亲性质，并将其与纯环氧树脂共混配制成水基涂料，测定了固化后涂膜的性能。

　　1实验部分1 .1原料双酚A型环氧树脂E 44 ：江苏无锡树脂厂生产，环氧值为0 .435 对氨基苯甲酸（PABA）：AR级，中国五联化工厂生产乙醇胺：CP级，上海试剂三厂生产。

　　1 .2环氧树脂改性反应将一定量的E 44环氧树脂投入四颈瓶中，加入乙二醇单丁醚和乙醇作溶剂，通氮气保护，升温至80℃，搅拌使环氧树脂溶解后加入一定比例的对氨基苯甲酸，然后在80℃，氮气保护下反应13 .5h.产物用乙醇和水1∶5（体积比）的混合溶剂洗涤除去未反广州化学应的对氨基苯甲酸，真空干燥48h后作性能分析用。洗涤出的物质很少，说明对氨基苯甲酸反应较为完全，故产物抽去溶剂后可直接做涂膜用。

　　1 .3水基涂料制备将改性环氧树脂或改性环氧树脂与纯E44环氧树脂以一定比例混和的混合物用少量DMF分散，再用乙醇胺中和，加水制成乳液，涂布于预处理过的铝板上，室温干燥1 .4涂膜性能的测定涂膜的五项基本性能按国家标准进行测试，所用仪器为：KGZ 1A光泽度仪，天津科器高新技术公司生产QTX 1型漆膜弹性测定器，QF2 II型漆膜附着力试验仪，QCJ型漆膜冲击器，以上均由天津材料试验机厂生产921型铅笔硬度测试仪，德国ERICH SEN公司生产涂膜的耐化学试剂性能按国家标准在本室测定。

　　1 .5改性环氧树脂（PABA EP）和纯环氧树脂（EP）相容性能的测定称取等量的PABA EP和EP ，加热共混，冷却后碾为粉末，将粉末及PABA EP和EP分别作DSC测试。

　　测试仪器为PE公司DSC 2C型差热分析仪，扫描温度范围50～150℃，氮气保护，试样15mg左右，升温速率为10℃/min.

　　2结果与讨论由图可见， PABA EP的玻璃化转变温度为97 .3℃，EP的玻璃化转变温度为14 .2℃，而两者的共混物只有一个玻璃化转变温度为32 .2℃，说明两者能够相容，这是两者共混制备的水基涂料涂膜性能良好的原因。

　　2 .2中和程度对乳液粒度的影响改性物对氨基苯甲酸的羧基中和后具有亲水性，使得改性环氧树脂能够在水中分散。随着中和程度的不同，呈现不同的分散状态，从乳白状到半透明状。碱过量至一定程度，改性环氧树脂甚至能够在水中溶解。

　　但通常用弱碱如胺类作中和剂，碱过量后，涂膜易变黄、发脆，所以要控制中和度。分散状态为乳液时，所得涂膜的性能较好。

　　未中和的羧基（COOH）易于缔合，不能溶于水羧基中和后（COO ）缔合状态能解离，且处于离子状态，亲水性增强库仑力使得分子之间有斥力作用，中和越完全，在水中越能伸展，故中和程度影响乳液的粒度。

　　2 .3改性环氧树脂水基涂料涂膜性能由于所用的改性物对氨基苯甲酸（PABA）比例的不同，改性环氧树脂的性能略有不同，如表1所示。

　　性环氧树脂与溶剂型纯环氧树脂比较，两者的抗冲击强度和光泽度性能相当，前者硬度稍差于后者，但是附着力略胜于后者，柔韧性亦明显高于后者。由于改性物PABA是通过与环氧基反应引入的，因此在改性环氧树脂中，环氧基减少，环氧当量增大，交联固化后，交联密度减小，所以柔韧性比溶剂型纯环氧树脂好。同时，极性基团羧基的存在增加了树脂的极性，提高了对极性表面或金属表面的附着力。另外，随着改性物比例的增大，涂膜的光泽度增加。

　　（摩尔比）光泽度抗冲击强度硬度附着力/级柔韧性＊溶剂型，纯环氧树脂溶于丙酮，用二乙撑三胺固化。

　　2 .4改性环氧树脂与纯环氧树脂混合的水基涂料涂膜性能为了降低水基涂料的成本和保持环氧树脂的原有性能，将改性环氧树脂与纯环氧树脂共混制备乳液，所得涂膜性能如表2与表3所示。

　　（质量比）光泽度抗冲击强度硬度附着力/级柔韧性张肇英等：化学改性环氧树脂水基涂料的研究???涂膜性能（质量比）光泽度抗冲击强度硬度附着力/级柔韧性从表2和表3看出共混涂料涂膜性能良好，与未共混的水基涂料比较，硬度和光泽度有所提高，但附着力下降。含较少量改性物的环氧树脂，共混后光泽度提高更为明显。总之，共混后的性能趋向于与溶剂型环氧树脂相同。

　　共混水基涂料的制备工艺比未共混的复杂。将共混物用少量溶剂分散，用乙醇胺中和后，必须静置较长时间，让两组分充分接触、均匀分散，否则制膜时两组分易分层，不能固化得到均匀的漆膜，而且所得乳液粒子粒径较大，易沉淀。此外，所用的中和碱胺类要过量，粒子才较为均匀，但胺类过量太多会导致涂膜性能变差，因此中和碱胺类以过量50 为宜。

　　2 .5耐化学试剂性能将涂膜浸泡于化学试剂中在室温下进行耐化学试剂性能测试，结果见表4.从表4看出，水基环氧树脂体系涂膜的耐水性和耐化学试剂性能良好，并不因极性基团的引入而变差，且该体系无须另加固化剂，共混体系中和后可以直接固化，这可能是体系中的改性物上的氨基起到引发固化反应的作用，涂膜固化均匀、致密，故涂膜性能良好的原因。固化机理将另文探讨。

　　试剂配方水基/混合物溶剂型测量时间蒸馏水无变化氯化钠溶液3 无变化洗涤剂10 无变化a：混合物为PABAEP（1/1）与EP以质量比1∶1相混合1杨振忠，许元泽等。高分子通报，1997 ，9 ：190 2廖兵。磺化聚苯乙烯离聚体水基微乳液的研究。中国科学院广州化学研究所博士论4何曼君，陈维孝等。高分子物理。上海：复旦大学出版社，1990 .8张肇英等：化学改性环氧树脂水基涂料的研究???涂膜性能

(完)