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    水性環氧樹脂與助劑之間關聯

    一、水性環氧樹脂涂料應用背景

    隨著環保政策強有力的實施和大家對環保意識的增強,環保性涂料得到了極大的重視,越來越多的企業會去選擇水性涂料。而涂料助劑在涂料組分之中扮演著重要的角色,助劑對水性涂料的性能和應用有著非常重要的影響。

    二、助劑對水性環氧樹脂涂料性能影響

    制備出水性環氧樹脂涂料,研究助劑對水性環氧樹脂涂料性能有怎樣的影響,其中包括分散劑、增稠劑、消泡劑、潤濕劑及顏料用量對水性環氧樹脂涂料涂膜性能的影響。

    1.實驗

    1.1準備好試驗原料

    1.2水性環氧樹脂涂料的制備

     首先進行制漿,將制得漿料按照一定配比與水性環氧樹脂乳液混合,再視乳液狀態及所需性能添加多種助劑,制備出水性環氧樹脂涂料。

    1.3 涂膜性能測試

    采用刷涂法將涂料均勻平整地涂于馬口鐵板上,待其充分干燥后,獲得均一的水性環氧樹脂涂膜。參照GB/T 6739—2006《色漆和清漆 鉛筆法測定涂膜硬度》、GB/T 9286—1998《涂膜的劃格試驗》、GB/T 9754 —2007《色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆涂膜光澤度測定》及GB/T 1733—1993《涂膜的耐水性測試》,對涂膜的硬度、附著力、光澤度及耐水性進行檢測。

    2.結果與討論

    2.1 分散劑對涂膜性能的影響

    分散劑的添加對涂料的分散效果、穩定性有促進作用,涂膜的耐水性、流平性等也隨之增強,但分散劑過量時,涂膜性能又明顯下降。

    2.1.1 分散劑影響涂料的穩定性

    顏填料表面自由能較高,當分散劑用量不足時,顏填料不能完全被包覆,因此涂料體系的自由能較高,容易產生團聚并沉降,降低涂料的穩定性;隨著分散劑用量的增加,分散劑能夠將顏填料完全包覆,進而防止顏填料在體系中發生團聚現象,增強分散性;但當m(分散劑)>1.5%時,體系中粒子呈卷曲狀結構,使體系中微粒間的結合強度不足,水性涂料趨于不穩定。

    2.1.2 分散劑影響水性涂料的耐水性

    分散劑的分子結構中有親水基團,親水性強,因此當分散劑溶于涂料中會使得涂膜的吸水率提高,耐水性降低。所以實際應用時,在確保除耐水性外其他性能滿足需求的同時,分散劑用量要盡量小。

    2.1.3 分散劑影響涂料的光澤度

    分散劑有助于鈦白粉的分散,能夠有效增強分散效果,良好的分散效果有利于降低漿料的細度,提高光澤度。

    2.2 增稠劑對涂膜性能的影響

    增稠劑是通過改變乳液中膠粒間結構起到增稠作用的。添加增稠劑前乳液膠粒彼此相互纏繞,黏度較低;隨著增稠劑的添加,當體系臨界膠束濃度低于增稠劑濃度時,水性環氧樹脂乳液中的膠粒會吸附在增稠劑親油端形成網絡結構,從而增大黏度[3-4];但當增稠劑過量時,會導致涂膜表面光澤度顯著降低。

    2.2.1 增稠劑影響涂料的穩定性

    由于增稠劑的存在,乳液中膠粒間締合為網絡結構,可有效抑制顏填料的聚集現象,從而提高穩定性。

    2.2.2 增稠劑影響涂料的耐水性

    涂膜耐水性隨著增稠劑的增加而下降,增稠劑分子結構中親水基團的存在使得外界水分子會通過涂膜表面滲入到內部,致使涂膜耐水性降低。

    2.2.3 增稠劑影響涂料的光澤度

    當涂料體系黏度較低時,適量的增稠劑可有效改善其流平性,致使形成的涂膜表面趨于光滑,減小表面粗糙度,從而增強光澤度。但若增稠劑添加量過大,涂料體系黏度迅速增加,高黏度涂料在涂裝干燥過程中很難保持其光滑平整性,致使光澤度降低。

    2.3 消泡劑對涂膜性能的影響

    消泡劑在涂料體系中的抑泡效果較為明顯,但消泡劑的添加量需要嚴格把控。當添加過量時,涂層會出現明顯的縮孔現象,消泡劑用量對涂膜其他性能影響不大。

    消泡劑抑泡的原因在于消泡劑的表面張力較低,當低表面張力的消泡劑分散到水性環氧樹脂乳液中,會立刻吸附于氣泡液膜表面,從而降低其表面張力。但穩定的乳液體系需要維持膠粒間力的平衡,因此具有低表面張力的消泡劑包覆著的氣泡會流向表面張力高處的液體,在此過程中液膜壁厚逐漸變薄,穩定性下降,直至氣泡破裂[5]。但若添加過量,大量的低表面張力點集聚,在維持體系力的平衡過程中,易出現集中破裂,從而形成縮孔。

    2.4 潤濕劑對涂膜性能的影響

    貝納爾德旋渦現象常發生于涂料的成膜干燥過程中,水與助溶劑的揮發使得表面張力下降,致使涂膜易產生針孔、縮孔、縮邊、橘皮等缺陷,適量潤濕劑的添加能夠緩解此類缺陷,也能削弱涂膜干燥時產生表面張力的不均衡,提高流動性,保持涂膜的平整度[6-7]。

    適量的潤濕劑能有效提高涂料的流平性,且隨著潤濕劑添加量的增加,涂膜的光澤度、附著力均有所改善。但潤濕劑過量時,會出現縮孔現象。此可歸因于聚醚類高分子材料潤濕劑的低表面張力影響,當潤濕劑過量,體系中低表面張力點劇增并迅速流向高表面張力處,因而形成縮孔。

    2.5 流平劑對涂膜性能的影響

    流平是涂料在表面張力作用下,在基材表面不斷緩慢收縮至最小面積并形成平面的過程。涂料分子在流平過程中不斷運動,形成貝納德漩渦現象,從而影響流平性。涂膜在成膜過程中易出現針孔、流掛等缺陷,多為流平性不佳引起的。由于涂料黏度在流平時逐漸增大,體系分子不斷運動形成貝納德漩渦[8]。<

    適量的流平劑可有效提高涂膜的流平性,良好的流平能夠適度提高涂膜硬度,同時也可改善涂膜外觀。

    2.6 顏料對涂膜性能的影響

    適量添加顏料可提高涂層的附著力。此可歸因于:顏料二氧化鈦具有小尺寸效應,能夠與基體形成良好的界面結合,再加之二氧化鈦表面活性極強,與基材表面分子間的作用力較強,因此提高了涂層附著力。

    顏料影響涂層光澤度可歸因于:一方面,顏料的添加會增強涂料的遮蓋力,因此提高涂膜對光的吸收和散射能力,致使光澤度降低;另一方面,成膜時裸露在表面的鈦白粉微粒會增加涂膜表面粗糙度,光線射入時可產生漫反射,致使光澤度降低。

    隨著顏料的添加,涂膜耐水性隨之降低。顏料影響涂膜的耐水性可歸因于:顏料中的二氧化鈦因Ti—O鍵的極化解離作用而具有較強的親水性,因體系中分子不斷運動,具有親水性的裸露在外的二氧化鈦分子會遷移至涂膜表面,因而降低其耐水性。

    顏料影響涂料穩定性是由于過量顏料的添加致使大量的鈦白粉顆粒裸露在外而未被包覆,這些顆粒因表面能的減小而發生團聚,從而降低涂料穩定性。

    3 結語

    主要研究了助劑和顏料對水性環氧樹脂涂料穩定性、光澤度、耐水性等性能的影響。制得綜合性能良好的水性環氧樹脂涂料所需助劑添加量為:潤濕劑0.2%、流平劑0.3%、分散劑1.5%。

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