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水性環氧樹脂涂料的固化成膜過程研究

發布時間:發表于 2011-09-13瀏覽次數:2417次
   年09月13日11:49中國電鍍網

    關鍵詞:水性環氧樹脂涂料,固化成膜,過程    

    內容:

    溶劑型環氧涂料及單組分聚合物乳膠涂料的成膜過程

    溶劑型環氧樹脂涂料的固化成膜包含溶劑揮發成膜與化學成膜兩種成膜機理。環氧樹脂與固化劑均以分子形式均勻地分散在溶劑相中,反應體系為均相體系,環氧樹脂分子與固化劑分子可以自由充分接觸。隨著溶劑的揮發,環氧樹脂與固化劑反應,若固化反應完全,則能夠形成結構致密、均一的涂膜。單組分聚合物乳膠涂料的成膜是典型的高分子擴散過程,理論上這一過程可細分為3個階段:水分揮發、乳膠粒子變形和粒子合并[2-5]。乳膠涂料在涂覆以后,乳膠粒子仍能以布朗運動的形式自由運動。隨著水分揮發,它們的運動逐漸受到限制,最終乳膠粒子相互靠近,變成緊密堆積,如圖1所示。粒子之間形成很小的空隙并被水所充滿,產生巨大的毛細管壓力,隨著水分的繼續揮發,毛細管壓力越來越大,最終克服粒子問界面膜存在的電位阻或機械位阻作用。在巨大的毛細管壓力作用下,乳膠粒內的聚合物分子透過界面膜在粒子間相互擴散、融合,乳膠粒子發生自黏合作用,形成均勻的涂膜。因此,單組分聚合物乳膠涂料的成膜過程是一個純粹的物理過程。

圖1 單組分聚合物乳膠涂料成膜過程

圖1 單組分聚合物乳膠涂料成膜過程

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    水性環氧涂料的成膜及其與乳膠涂料、溶劑型環氧涂料成膜過程的比較

    水性環氧樹脂是O/W乳化體系,環氧樹脂以乳膠微粒的形式分散在水中,是多相分散體系。當環氧樹脂與固化劑(通常是水溶性的胺、聚酰胺等)混合后,固化劑溶解在水相中,其成膜過程可用圖2表示[6]。

圖2 水性環氧涂料的干燥成膜過程

圖2 水性環氧涂料的干燥成膜過程

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    水性環氧涂料涂覆后,在適宜的條件下,水分很快揮發,大部分水分揮發后,分散相微粒相互靠近,形成緊密堆積,殘存少量的水填充在乳膠微粒的縫隙間,形成巨大的毛細管壓力,相互靠近、堆積的乳膠微粒在毛細管壓力下變形成六邊形結構。與單組分聚合物乳膠涂料一樣,環氧樹脂以及部分固化了的環氧樹脂在乳膠粒子間相互擴散,直至形成均一、連續的涂膜。與單組分乳膠涂料不同的是,在水分揮發、粒子變形、粒子合并階段都伴隨著環氧樹脂與固化劑之間的化學反應。因此,水性環氧體系的固化過程中,物理過程與化學反應交織進行,是一個典型的物理化學過程。

    在固化成膜過程中,固化劑分子首先和環氧樹脂分散相粒子的表面接觸并在表面發生固化反應。隨著交聯反應的進行,環氧樹脂分散相的分子量和玻璃化溫度逐漸提高,使固化劑分子向環氧樹脂分散相粒子內部的擴散速度逐漸變慢,這意味著環氧樹脂分散相粒子內部進行的固化反應較其表面的少,內部交聯密度也較低。同時,隨著固化反應的進行,環氧樹脂分散相粒子逐漸變硬,粒子之間相互凝結成膜的難度加大。A.Wegmann[6]認為,水性環氧樹脂涂料同溶劑型環氧樹脂涂料相比,很難形成均相、完全固化的涂膜,并認為這是影響水性環氧樹脂涂膜性能的首要原因。

    筆者的研究表明,應用合適的工藝得到細膩穩定的環氧樹脂乳液體系,并選擇合適的固化劑,在適宜的固化條件下仍然能夠得到防腐性能、物理機械性能等綜合性能優良的水性環氧樹脂涂膜,但與溶劑型環氧樹脂涂膜相比,仍然存在一定的差距[7-8]。

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