耐抗燃液压油水性环氧涂料的研究

　　李志宝1，王建云2，李雷1，席发臣1
　　
　　（1.北方涂料工业研究设计院，兰州730020；2.金昌金川万方实业有限责任公司，甘肃金昌737100）
　　
　　摘要：合成了水性环氧固化剂，制备了水性环氧防腐涂料，着重考察了水性环氧固化剂的中和度、固化剂用量、环氧树脂的官能度和分散剂用量对漆膜耐水性和耐抗燃液压油性能的影响。
　　
　　关键词：水性环氧；防腐涂料；抗燃液压油
　　
　　1引言
　　
　　随着人们对环境问题的关注，对于涂料的污染和毒性问题也越来越重视。世界各国相继出台了相关的法律法规，对涂料有毒有害气体的排放进行了限制，随着环保法规的不断健全，使得涂料工业沿着高性能、高效率、低能耗和低污染的方向发展，水性化成为涂料行业研究的热点[1]。虽然在环氧的水性化方面研究颇多，并已有诸多产品，如Shell公司的EPI2REZ3522、3520、WY55，Henkel公司的Waterpoxy140等及安邦公司的AB-HGF、AB-EP-20（44）等，而且综合性能良好，但是在耐航空抗燃液压油方面少见报道。航空抗燃液压油中含有磷酸酯类的抗燃添加剂，这样就使得抗燃液压油具有较强的渗透性，从而对漆膜进行腐蚀。常规的双组分涂料在耐抗燃液压油的过程中都会出现起泡、漆膜变软、硬度下降等问题，为此本文主要针对航空抗燃液压油和水介质进行了水性环氧涂料的研究。
　　
　　2试验部分
　　
　　2.1原材料
　　
　　环氧树脂E-51、三乙烯四胺、丙二醇甲醚、单官能环氧化合物、酚醛环氧树脂F-44、BYK-180、BYK-184、BYK-190、BYK-191、BYK-348、BYK-011、钛白（R-215）、乙酸、铁红、防腐颜料、滑石粉、轻钙、软化水等。
　　
　　2.2水性环氧固化剂的制备
　　
　　将三乙烯四胺投入三口瓶中，升温至60℃，保温滴加E-51的丙二醇甲醚溶液2h，滴加完后保温反应1h，再滴加单官能环氧化合物，滴加完升温至80℃保温反应1h，减压脱除溶剂及残余单体，降温至60℃，用乙酸中和，加入软化水，保温30min制得水性环氧固化剂。
　　
　　2.3水性环氧防腐涂料的制备
　　
　　将水性环氧固化剂加入烧杯中，在搅拌下依次加入BYK-190、BYK-348、BYK-011、颜填料、软化水等，搅拌均匀后，研磨至细度小于50μm，制得固化剂组分。将液体环氧树脂加入固化剂组分中，充分搅拌乳化均匀后，制备样板。
　　
　　2.4水性环氧防腐涂料的性能

　　水性环氧防腐涂料的性能见表1。

　　3结果与讨论
　　
　　3.1固化剂中和度对涂料稳定性和漆膜耐水性的影响
　　
　　水性环氧是通过固化剂乳化液体环氧树脂来实现水性化的，考虑到漆膜的耐水性和对环氧树脂的乳化问题，合成的固化剂需要具有合适的亲水亲油平衡值（HLB）。根据乳化剂的选择原则，对固化剂进行了一系列不同程度的中和，得到了阳离子乳化固化剂，并对环氧树脂进行了乳化，所得试验结果见表2。

　　表2中和度对漆膜性能的影响

　　从表2可以看出，中和度对固化剂的乳化能力及漆膜耐水性有明显的影响。中和度较低时（小于16%），固化剂的乳化能力差，不能乳化液体环氧树脂，乳液的稳定性也较差，放置过程中有析出。中和度达到20%时，乳液的稳定性明显增加，可以稳定放置4h，漆膜的耐水性最好。进一步增加中和度，乳液的稳定性没有变化，但是漆膜的耐水性出现明显的下降。这是因为，中和度低时，只有部分的固化剂能够起到乳化剂的作用，中和度增大时，固化剂的乳化能力明显增加，乳液的稳定性也越好，进一步增加固化剂的中和度（超过20%）时，固化剂太过亲水，会增加漆膜的水敏感性，耐水性下降。

　　 　3.2固化剂用量对漆膜性能的影响
　　
　　固化剂用量的高低，对水性环氧涂膜的耐水性和耐抗燃液压油性能有明显的影响，对其它的性能基本无影响。通过固化剂不同的用量，对耐抗燃液压油和耐水性做了考察，结果见表3。

　　表3固化剂用量对漆膜性能的影响

　　从表3可以看出，随着固化剂用量的增加，漆膜耐抗燃液压油和耐水性都变好。这是因为本试验所制备的水性环氧固化剂官能度较高，固化剂用量较大时，漆膜的交联密度高，耐腐蚀性也就越好。
　　
　　3.3环氧树脂的官能度对漆膜性能的影响
　　
　　环氧树脂采用液体环氧树脂E-51，即使固化剂用量为120%，漆膜耐抗燃液压油的性能仍然不够理想，30d之后，漆膜表面被划伤。在此用量时，漆膜虽然有较高的交联程度，表现出高硬度，但是E-51环氧树脂是双官能的，交联密度低，漆膜的三维空间结构不够紧密，比较松散，存在较大的空洞，这样磷酸酯就容易渗透到漆膜中，从而对漆膜进行增塑，降低了漆膜的硬度，因而漆膜易被划伤。为了改善耐抗燃液压油性能，就需要添加高官能的树脂[2]。而酚醛环氧树脂具有较高的官能度，一般为3~5，同时该树脂还具有较好的防腐性能[3]，因此，采用部分酚醛环氧树脂来进行改性，所得试验结果见表4。

　　表4酚醛环氧树脂的用量对漆膜性能的影响

　　虽然添加酚醛环氧树脂后，能明显增加耐抗燃液压油的性能，但是酚醛环氧树脂的附着力较双酚A型环氧树脂差，引入过多，会影响到漆膜的附着力，同时随着酚醛环氧加入量的增多，在抗冲击性能方面逐渐变差。综合考虑，其用量占到总环氧树脂的20%时，漆膜耐抗燃液压油的性能可以得到明显改善，30d漆膜不能被划伤，机械性能优异，综合性能良好。
　　
　　3.4分散剂用量对防腐性能的影响
　　
　　选用BYK-190作为水性环氧涂料的分散剂，针对BYK-190用量的多少对漆膜的耐水性、耐抗燃液压油性能的影响进行了试验，结果见表5。

　　表5BYK-190的用量对漆膜性能的影响

　　从表5可以看出，BYK-190的用量增加，漆膜表面状态和耐水性也是越来越好，漆膜耐抗燃液压油溶液的性能经历了由差到好再到差的过程。这是因为分散剂用量较少时，部分的颜填料粒子处于附聚体状态，影响到了漆膜的表面状态，分散剂用量越高，处于附聚体状态的颜填料粒子含量越少，大部分颜填料粒子被分散到原始粒子的大小，涂料的表面状态也越平整，此时漆膜的各项性能也最好，表现在分散剂用量为10%时，漆膜的耐水性、耐抗燃液压油性能达到最好。分散剂的用量再增加，超过了最大用量时，部分分散剂没有被颜料粒子吸附，处于游离的状态，涂料成膜后，其相当于一种热塑性的树脂存在于漆膜当中，在耐抗燃液压油溶液的过程中，由于抗燃液压油良好的渗透性和相容性，使得分散剂被溶胀，所以导致漆膜硬度下降或是起泡。
　　
　　4结语
　　
　　本试验合成了水性环氧固化剂，并制备了水性环氧防腐涂料，当水性环氧固化剂的中和度为20%，固化剂与环氧树脂当量比为1.2，环氧树脂中引入20%的酚醛环氧树脂，分散剂BYK-190的用量为10%时，所得涂料具有较好的综合性能，尤为突出的是漆膜的耐抗燃液压油性能。