环氧树脂是众所周知的高性能材料在各种建筑和金属涂层的应用程序,提供抗化学腐蚀的结合性能,附着力、188金宝搏bet官网耐腐蚀、机械强度和在某些情况下还高灵活性。图1说明了这些有利的属性是如何直接关系到树脂的化学结构,这是可用的最常见形式的双酚A diglycdidyl醚(标记)。徽章是由双酚A和环氧氯丙烷的反应,当进一步反应是一个适当的固化剂最终会形成一种热固性聚合物,从双酚A组件与芳香组织均匀分布在整个结构。他们是最好的材料之一当比较性能与相对成本,这反过来188金宝搏bet官网又导致环氧树脂被选择的物质使用在许多高性能聚合物应用程序。只有紫外线稳定性差的缺点,可以防止它们拥有更多的主导地位。

环氧树脂可以用一系列不同的固化剂的反应,和一个特定的树脂和固化剂组合通常被称为一个系统。图2显示了两个不同的反应在一个典型的树脂分子,即最终环氧环和羟基。这两种官能团反应在环境或温度升高,从而使制定的一盒和两包固化系统多数商业上可用的环氧树脂。一盒系统的树脂和固化剂可以结合在实际应用之前,系统将不反应或反应在环境温度非常缓慢。应用这一盒系统后,当加热,固化反应更快,最终形成聚合物。两包环氧系统,树脂和固化剂必须保持分开,直到他们的应用程序之前,他们结合在一起,导致一个启动的化学反应,形成最终的聚合物。因此,涂布有一个有限的时间段后的树脂和固化剂混合使用和应用材料之前系统变得日益增长的分子量过高,不能使用了。这个时期通常称为锅中生活,和两包环氧系统往往是进一步制定通过添加颜料、填料、添加剂等用于涂料和民事应用程序。

这篇文章主要是关于环氧树脂涂料的应用,和本身的性质,大多数聚合物涂层应用程序需要的树脂作为薄膜应用到另一衬底材料。涂料应用于液体,粘度相对较低,允许一个一致的薄膜衬底表面才能实现。ambient-cured而言,两包环氧系统,低粘度一般是通过溶解树脂和固化剂单体类型的溶剂,将蒸发后随着时间的应用程序,允许液膜形成,随后被转化成固体薄膜。图3中概述的主要阶段,发生在应用液体涂料的成膜机理。液体环氧树脂系统的混合树脂和固化剂溶解或分散在液体中,应用到衬底上。溶剂逐渐蒸发,迫使单体一起走得更近。当大多数溶剂使得系统时,单体开始合并在一起的聚合物链增长开始交织在一起。已经完全离开了涂料溶剂,固化反应继续在固体薄膜,形成高分子量热固性聚合物。

在这个过程中使用的溶剂是有效地释放到大气中,列为一种挥发性有机化合物(VOC),因此创建一个在涂层过程中空气污染的程度。越来越多的环境问题在过去的几十年中已导致全球限制被强加的排放允许在各种工业和商业涂料的应用。因此这些限制使许多行业经验逐步脱离这些传统的溶剂型涂料对水性技术。在其最简单的定义,水性涂料技术涉及使用水为主要载体的媒介liquid-applied涂料代替有机溶剂,从而有效地减少排放的挥发性有机化合物的仪器在应用程序中,因为水不列为VOC。环氧树脂本身的性质,基本上是不相容的,这是什么使他们非常有用的一个方面作为腐蚀防护涂料特别是保护。如果一个有机溶剂代替水,精心设计的单体结构是至关重要的,无论是固化剂或环氧树脂,以提供高性能涂料。液体涂料必须在水媒体,但当完全干燥和治愈它必须给传统epoxy-based一样的高性能材料。188金宝搏bet官网一个解决方案是提供环氧树脂乳液形式,具有环氧树脂位于一个分散相周围水连续相。与大多数乳化技术,创建了分散相使用表面活性剂在水中形成胶束以上特定的浓度。因为基础环氧树脂本质上是分开的水不需要大幅度修改其化学结构,它在本质上相同的形式存在传统环氧树脂的化学结构没有改变。 Moreover, the two-phase nature of aqueous emulsions enables them to exist as relatively low-viscosity liquids.

然而,使用表面活性剂并形成一个“薄弱环节”在最后干涂层的性能代价。由于表面活性剂是需要化学结构与水的一部分,最后固体涂层表面活性剂的存在将导致一些水敏感性。此外,如果分子很小可以迁移到涂层表面,从而提高涂层的水敏感性作为一个整体,除了影响inter-coat粘连。来抵消这种影响,本文中描述的产品采用非离子表面活性剂在最小浓度。此外,表面活性剂结构包含活性环氧组,使表面活性剂有效地治疗与基础树脂和锁的表面活性剂,防止任何移民到涂层表面。这是图4所示。

乳剂的两相性质意味着他们已经解释过最终粘度在一个固定的固体水平仍然独立于分子量的环氧树脂在每个胶束。因此可以提供一个广泛的环氧树脂乳液形式在固体水平相对较高(> 50%),但仍在一个可用的粘度。与溶剂型的技术情况并非如此,溶液粘度显著增加,可溶性环氧树脂的分子量。两包ambient-cured水性环氧系统通常存在于两个主要类别:液体环氧树脂与水性固化剂(100%固体);水性环氧树脂与水性固化剂。当使用液体环氧树脂,水性固化剂有两个主要功能。它与环氧树脂发生化学反应,作为固化剂,以形成最终的聚合物。然而,它也像一种乳化剂,当系统的A和B部分混合在一起,形成同质乳液,树脂和固化剂反应一起在胶束中,这将最终合并,形成固体聚合物水蒸发。当水性环氧树脂和水性固化剂,固化剂分子扩散到epoxy-containing微粒,使反应和创建最终的聚合物。在这种情况下重要的是环氧树脂胶束是尽可能小,以便达到完全治愈在最后的涂层。 In both situations there are two end results possible. The mixed emulsion can either eventually break down, leading to a significant increase in viscosity, or it may stay as a stable emulsion and the mixed viscosity can remain relatively unchanged. The first scenario is described as exhibiting an ‘end of pot life’ indication.

对于涂层的应用程序,与高分子量环氧树脂,因此较高的环氧当量(EEW)通常是首选的标准液体环氧树脂。他们增加分子量为涂层应用程序提供了许多优点,特别是长锅生活加上更快的干燥时间。这些差异在图5和6中,分别显示锅生活和干燥时间测量两个水性环氧系统固化液体环氧树脂(EEW = 190克每当量)和1型水性环氧树脂(EEW每相当于475克)。固化剂是一样的在这两个系统。锅寿命更长观察与水性环氧树脂粘度非常缓慢非常明显的上升,这几乎是恒定的前三个小时。液体环氧树脂另一方面显示了快速增加粘度在第一30 - 40分钟。水性环氧体系因此没有结束锅生活的迹象,和锅生活是由测量干膜的保光性应用。在这种情况下,图4清楚地表明,光泽水平维持了将近三个小时之前开始大幅下降,因此这一特定系统的可用的贮存期是三个小时。

图6显示了使用的另一个主要优势高分子量环氧树脂涂料的应用。当你应用液体涂料包含单体本身已经有较高的分子量,然后一个超高分子量聚合物形成更快,涂层整体干燥时间快得多。图6显示了水性环氧树脂涂层干不到一半的液体环氧树脂涂层,从而提供额外的属性,如快速的无粘性和短外套。

ambient-cured所用的固化剂,两包水性环氧系统主要是基于脂肪族或脂环族的胺,高的涂层性能严重影响的树脂和固化剂之间的兼容性。所有两包系统的组件应当使用正确的混合比,并彻底混合应用程序之前应该实现两个部分。自A + B混合乳剂最终决定最终的性能,使用的胺固化剂通常化学修改以使他们更与环氧树脂兼容。修改可以采取多种形式,包括与脂肪酸反应生成一个amidoamine或polyamidoamine,或与一个环氧树脂预反应形成一个epoxy-amine加合物。环氧树脂加合物从而艾滋病的兼容性。

水性固化剂技术,设计以来epoxy-amine加合物的结构变得更加复杂的分子和水之间,需要有良好的兼容性和分子和环氧树脂之间的两种对立的力量。因此,一个高性能的水性固化剂会表现类似于表面活性剂的分子结构,它是一块丙烯组成的非常亲水段,非常疏水段和一些部分亲水/疏水段允许分子兼容所有物种。亲水块主要来自(AM)使用的胺,而疏水部分来自纯环氧树脂用于内收(EP)。有许多额外的商业化di-epoxide物种可以用于分子合成影响部分亲水相互作用(HP)最终产品。一个通用的描述整个固化剂分子如图7所示。

表1 a和1 b显示的物理规格水性树脂和固化剂产品用于对本文做防腐涂层。Cetepox 484 R是1型环氧树脂的水性乳液在53%固体水平主要是提供水,加上一个小甲氧基丙醇的含量。乳剂,产品的粘度很低在不到1500厘泊25°C,因此很容易将颜料和填料或开发sprayable水性涂料没有固体水平过低。平均粒径也小于1.1微米的允许良好的渗透和through-cure固化剂在环氧胶束。Epotec失业的4510是一个基于相对高分子量水性固化剂epoxy-amine加合物。在解决方案形式提供60%固体水平和不含添加溶剂。

水性环氧树脂涂料的发展

这些水性环氧树脂和固化剂是完全兼容的结合使用时,使用各种涂料的应用。最小溶剂含量树脂和固化剂使涂料的配方非常低VOC的水平。当环氧树脂和固化剂混合在一起,形成均一稳定乳液,可以穿透固化剂分子胶束的环氧树脂乳液,聚合反应开始。链扩展和交联反应最终形成最后的热固性聚合物胶束内,但没有崩溃的胶束结构,因此这个系统没有可见的贮存期的结束。如图8所示,显示了混合体系的粘度概要文件随着时间的推移,几乎是恒定的几个小时,然后结束以来贮存期不明显的实际可用的贮存期系统必须由测量其他涂料属性。热固性聚合物增长最终会达到一个分子量足够高,以便聚结是不可能液体乳液后,导致可怜的最后涂层外观和非常贫穷的保护特性。图8显示了合并系统的行为随着时间的推移,当应用一个清晰的电影后最初的混合。很明显从电影的清晰的图片开始减少约四小时标记,和云变得更明显,电影干。这信号限制在聚结的涂层,从而可用锅生活结束的这个系统。

作为一个可行的防腐涂料,水性体系基于Cetepox 484 R和Epotec失业的4510必须进一步制定给所需的总体性能。这通常涉及到将颜料和填料的树脂和固化剂组件。更有利于制定到树脂组件由于其低粘度允许许多颜料和填料的公司没有这部分的粘度变得过高。为了避免影响乳状液稳定的水性环氧树脂通过应用过度剪切,制定部分是由第一次让一个水性颜料分散和添加环氧的最后一个组件。水性系统最好是制定与色素卷内容(PVC)在30 - 35%的范围内,它通常是制定使用锌磷酸盐防锈颜料。附录A描述制定用于生成本文的剩余部分中描述的性能数据。配方本身有一个颜料体积重量的30%的内容,提供了VOC的少于100克每升,并提供一系列的其他有利的层属性表中的描述在附录B中。

再次,绝对确定可用的贮存期的涂料配方,有必要检查的总体性能涂层零件的初始混合后随着时间的推移,A和b,图9显示了一个这样的测试的结果,完全形成涂层的附着力应用到低碳钢板测量随着时间的推移。附着力强的衬底只是一个重要的属性涂料必须表现出良好的防护性能。图9展示了结果交叉影线ISO2409:1992后附着力试验标准方法。图显示了没有涂层的附着力损失即使四个小时。

性能测试

这种类型的涂料的主要目的是金属腐蚀保护,和性能通常是评估一个盐雾室提供的帮助加速腐蚀条件评价涂层测试板。图10显示了低碳钢板的外观与附录A中所描述的水性涂料涂层干膜厚度为50微米。接触这些面板进行了盐雾2000小时符合标准ASTM B117-16和ISO 9227:2006,和两张图片显示完全覆盖面板移除后盐雾室(轻微的清理的表面)和周围的面板与涂层印记故意删除。暴露后的面板是评估的水泡表面的涂层,生锈的爬电印记的中心和金属表面生锈的程度下涂层后被移除。图10显示了漏电的中心文士线不大于0.5毫米长,涂层的表面上有最小的起泡和暴露的金属涂层下面。附着力测试后盐雾接触还显示没有粘连发生损失随着时间的推移,从而确认配方作为高性能防腐涂料即使应用于相对较低的膜厚度。

因为水性防腐涂料越来越被用于保护海洋环境,如集装箱,另一个常见的性能测试是耐盐水测试。这包括浸泡涂层板在5%氯化钠水溶液。一旦删除,评估小组以类似的方式暴露于盐雾。图11显示的数据和外观涂板后168小时的盐水浸泡。与盐雾接触的结果一样,涂料配方的展品没有起泡,最小生锈漏电文士的中心,涂层附着力并不是受浸的影响。

多年来,防腐的主要技术一直是双组分溶剂型环氧树脂涂料。环氧树脂部分通常是基于一个1型固体环氧树脂溶解在溶剂和固化剂部分通常是polyamidoamine基础。图12比较两种技术的涂层面板外观检测相同的加速条件下的耐腐蚀性能。两个面板,引起水泡表面的涂层是完全缺席,和涂料的附着力并没有被削弱。生锈漏电的长度从刻的中心地区在金属面板通常也是相同的,与溶剂型的面板上的一些局部地区超过1毫米。溶剂型涂料的实际配方见附录c。因此,当考虑整个数据可以得出结论,这种水性技术可以提供性能相当于标准溶剂型防腐应用。

总结

水性环氧树脂和固化剂的开发,可以使用在一起作为一个系统来提供防腐涂料和低VOC含量少于100克每升。环氧树脂乳剂与分子量较高,生产涂料用锅生活和快速干燥时间长,尤其是相比,基于液体环氧树脂涂料。树脂和固化剂组合不提供一个锅年底生命迹象但仍然可以应用三小时后初始混合作为明确的涂层和四个小时完全制定涂料没有性能损失。系统可以与中间PVC制定范围30 - 35%给高耐腐蚀甚至在低涂层厚度。耐盐雾超过2000小时是可以实现的没有任何不利影响的涂料或重大损失性能。水性金属涂料也对一个典型的溶剂型环氧涂料相比,并没有观察到显著性差异。