常温固化水性环氧树脂耐磨涂料的研究

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近年来,环境保护日益受到人们的重视,许多国家相继颁布了控制挥发性有机化合物(VOC)的法规,执行标准愈加严格,涂料向高固体分和水性涂料方向发展已成为涂料界的共识,其中水性涂料是目前产量和需求量均占首位的新型涂料。除此之外环氧树脂具有化学稳定性好,粘接性好和电绝缘性高等特点,成为目前水性涂料中较为活跃的研究和开发领域之一。本课题就是将环氧树脂和水性涂料的优点相结合,通过水性环氧树脂乳化剂的合成、环氧树脂的乳化、自乳化型固化剂的合成以及水性环氧树脂涂料的制备等四个主要步骤研制了一种可以在室温下固化的水性涂料,该涂料具有很好的耐磨性能,可用于多种场合。 实验合成了一种新型反应性乳化剂,该乳化剂克服了普通乳化剂遇水游离的问题,选用了环氧树脂EPON1001和分子量为6000的聚乙二醇分别作为乳化剂的疏水端和亲水端,确定了反应温度、反应时间、催化剂用量等合成工艺参数,其工艺过程为:在90℃时加入催化剂,反应6小时,再将温度在半小时内降至50℃,得到一粘度较大的液体,冷却到室温时,产物为蜡状固体;在乳化过程中研究了乳化剂用量、水用量、乳化温度对环氧树脂乳化的影响,并采用透射电镜(TEM)对反应产物进行了表征,所得环氧树脂乳液的平均粒径为36μm,乳液储存稳定性大于半年。本课题所合成的自乳化型固化剂具有优异的乳化性能和固化性能,克服了普通水性环氧树脂体系涂膜硬度过高,抗冲击和柔韧性较差等弊病,合成过程包括:环氧树脂与二乙烯三胺的加成,加成后丁基缩水甘油醚的封端,以及用冰乙酸中和成盐,得到固化性能优良的水性环氧树脂固化剂,实验中研究了环氧-多胺加成物的合成时间和温度、封端反应时间和温度、成盐反应时间和温度以及成盐度等工艺参数,确定工艺条件为:合成反应90℃、3小时,封端反应60℃、1小时,成盐反应50℃、1小时,成盐度为20%。 利用水性环氧树脂为成膜物质,加入钛白粉、滑石粉、氧化铁等耐磨减磨填料对其进行物理改性,采用NDZ-311 W螯合性钛酸酯偶联剂对填料进行偶联,通过L<,9>(4<3>)正交试验和极差分析得出最优配方。实验结果表明:当水性环氧树脂的用量为10g、自乳化型固化剂的用量为4g、钛白粉的用量为0.6g、氧化铁的用量为0.6g、滑石粉的用量为0.6g时,涂层综合性能最佳。最优配方的性能指标为:粘度16s;附着力1级;硬度3H;耐磨性用漆膜磨耗仪JM-Ⅳ转2500圈磨耗量为0.023g;表干时间为5h,实干时间为36h;在5%的盐酸,15%的氢氧化钠中浸泡半个月,涂层无起泡、脱落等现象。
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