固化剂对水性聚氨酯分散体的作用的应用

　　环氧树脂具有优异的金属附着力和耐腐蚀性能，是目前防锈涂料中使用最为广泛的树脂[1-2]。但是，溶剂型环氧涂料因含有大量的有机溶剂而给生态环境带来危害，减少或消除有机溶剂的涂料技术不断涌现，水性涂料是最有希望的技术之一[3]。20世纪60年代，水性环氧涂料已在建筑领域得到广泛应用。水性环氧涂料具有优异的耐腐蚀性、耐化学品性，机械性能和附着力优，较低的VOC含量[1]，气味小，可减少燃烧危险，施工工具可用水清洗等优点[4]，所以人们开始考虑将水性环氧涂料用于金属防锈领域。初步应用研究表明，水性环氧防锈涂料尽管与溶剂型环氧防锈涂料相比还有差距，但除在水下或特别苛刻的腐蚀环境外，凡溶剂型环氧防腐涂料所用之处，水性环氧防锈涂料亦能胜任。水性环氧树脂防锈涂料的研究着重在两方面[5]：一方面在于树脂和固化剂的水性化研究，另一方面在于防锈颜料的改进[6-8]。常用的环氧-多胺加成物类阳离子水性环氧固化剂因使用挥发性有机酸成盐而给涂膜性能及环境保护带来不利的影响[9-12]。

　　先用NPER-032对TETA扩链，合成TETA-NPER-032加成物;然后用EPON828对TETA-NPER-032加成物扩链，合成TETA-NPER-032-EPON828加成物[12];最后，减压蒸馏去除溶剂，加水稀释到固含量为50%~55%，得到非离子型自乳化水性环氧固化剂。在此基础上，应用新型的环保纳米复合铁钛防锈颜料，制备得到环保高效的双组分水性环氧防锈涂料。

　　傅立叶红外光谱仪，Perkin-ElmerSpectrum-2000，KBr压片;Brookfield黏度测定仪，BrookfieldEngineeringLabsInc.，USA;纳米粒度分析仪，ZetasizerNanoS粒度分析仪，英国Malvern公司。

　　干燥时间按GB1728—79(1989)《漆膜腻子膜干燥时间测定法》进行测试，其中表干按乙法，实干按甲法;耐冲击性按GB1732—1993《漆膜耐冲击测定法》进行测试;柔韧性按GB1731—1993《漆膜柔韧性测定法》进行测试;附着力按GB/T1720—88《漆膜附着力测定法》进行测试;耐盐水性为放入3%NaCl溶液中一定时间后观察其表面状况。

　　2　　由图3可见，所得的乳液粒径细小，均在1μm以下，表明其具有良好的乳化中低分子质量液体环氧树脂的功能，这与合成的非离子型水性环氧固化剂具有独特的分子结构分不开：含有与被乳化的液体环氧树脂极相似的疏水链段，同时含有柔性高分子聚醚亲水链段及多胺亲水链段[14-15]。

　　环氧树脂与水性环氧固化剂的室温固化是通过环氧基团与胺活泼氢的反应来实现的。环氧树脂EPON828的环氧当量平均值为190g/mol，即每190g环氧树脂EPON828中含有1mol的环氧基团。自制非离子型水性环氧固化剂的活泼氢当量平均值为220。理论上环氧基团与胺活泼氢反应的质量比应为190∶220，这种情况下环氧基团与胺活泼氢当量比是1∶1。实验证明，选择不同的环氧/胺氢当量比对涂膜的性能影响较大。实验选择以氧化铁红、磷酸锌和三聚磷酸铝为复合防锈颜料，滑石粉为填料，在涂料的颜料体积浓度(PVC)为30%，不添加活性稀释剂的相同条件情况下，考察了环氧/胺氢当量比分别为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2时的涂膜性能，结果见表3。

　　从表3可以看出，不同的环氧/胺氢当量比对涂膜的干燥时间、机械强度、耐腐蚀性能影响较大。当环氧/胺氢当量比≤0.9时，涂膜的干燥时间、机械性能均很优秀，但耐盐水性很差，不能起到防腐的效果。这是因为环氧过少，过量的水性胺固化剂游离在涂膜中，既造成膜的交联网络不严密，又容易增大氧气、水分的渗透率，造成涂膜耐腐蚀性能急剧下降。胺氢过量、水性固化剂乳化融合环氧树脂更为容易，交联速度加快，缩短了干燥时间。当环氧/胺氢当量比≥1.2时，固化速度慢、残余水性胺固化剂少，甚至无残余，交联网络密度大，抗渗透性能好，耐腐蚀性能好，但机械强度下降。选择当量比为1.0、1.1时，涂膜的干燥时间、机械性能、耐盐水等综合性能较好。但环氧/胺氢当量比为1.0时，涂膜耐盐水性能比当量比为1.1时要差很多。因此，选择环氧/胺氢当量比为1.1较合适。

　　颜填料在涂料中起着色、防锈、遮盖等作用，防锈颜料的主要功能是防止金属腐蚀，提高涂膜对金属表面的保护作用，可分为2类：物理性防锈和化学性防锈。研究表明，单一的物理颜料或单一的化学颜料都不能起到良好的防腐蚀作用，只有配套使用才能起到良好的防腐蚀作用。本文选用的复合铁钛防锈颜料是以聚磷酸钛(铁)为载体[4]，复合一定量的超(微)细粉体制成。它的主要成分是几种形态不同的磷酸盐(不含铝、锌)，在除掉其中的有害物质后(同时进行必要的预处理)使其成为一种不含水的聚磷酸复盐，它本身具有一定的防锈能力(耐盐水3~4d)。然后，复合引入几种纳米粉体材料，使其防锈能力得到大幅提高。它的防锈原理：一是化学防锈，磷酸根与钢构件表面的铁原子发生反应生成不溶的磷酸铁络盐[16]，这层络盐牢固地附着在钢件表面，从而保护钢铁;二是纳米材料引入后在成膜时形成超常的致密漆膜，有效地阻隔水分子、氯离子、氧气等对钢铁表面的侵蚀，它可以同时起到惰性颜料和钝化颜料的作用，而传统的环保防锈颜料如三聚磷酸铝、磷酸锌等均为单一的钝化性化学颜料，必须有一定量的惰性颜料如氧化铁红配套使用，才能起到较好的防锈效果。图4为3种防锈颜料在不同PVC时的耐盐水性对比。