水性环氧色漆的制备及性能研究 
    范亚平,　任天斌,　顾国芳,　任　杰* 
    (同济大学材料科学与工程学院,上海200092) 
    摘要:采用实验室自制的自乳化型水性环氧固化剂与环氧树脂618配制了水性环氧色 漆.通过试验不同种类、用量的助剂,得到了表面平整光滑、具有优质手感的色漆漆膜;研 究了不同颜料体积浓度(PVC)以及不同胺氢环氧比对漆膜性能的影响,PVC为33.3% 时,漆膜具有较好的综合性能,随着胺氢比的增大,漆膜的柔韧性、耐水性变差. 
    关键词:水性环氧树脂;色漆;颜料体积浓度;漆膜性能 
    中图分类号:TQ630.1　文献标识码:A 
    环氧树脂具有优异的耐化学腐蚀性,附着力强,硬度高,刚性、耐热、耐磨性好,因此被广泛应用 于金属防腐蚀涂料和工业地坪涂料等.目前实际应用的环氧树脂涂料主要是溶剂型产品,随着环 保法规的日益严格,作为高性能涂料的环氧树脂涂料其水性化的研制和使用成为必然[1].笔者用实 验室自制的自乳化型水性环氧固化剂与环氧树脂618配制了水性环氧色漆涂料(简称色漆),并研 究了不同颜料体积浓度(pigment volume concentration,简称PVC)以及不同胺氢环氧比对漆膜性 能的影响. 
    1　实验部分 
    1.1　实验原料及仪器 
    水性环氧固化剂:实验室自制,胺氢当量为813.3,固含量为24.9%(质量分数);环氧树脂618 (E-51):环氧当量为190,上海和氏璧公司出品;乙二醇乙醚:化学纯,国药集团化学试剂有限公司 出品;流平剂(203):上海长风化工厂出品;消泡剂(2700):德谦上海化学有限公司出品;润湿分散 剂:德国BYK公司出品;高岭土(11.44μm)、钛白粉(A101)、滑石粉(11.44μm)均为上海江沪钛 白化工有限公司出品;高速搅拌机:上海微达工贸有限公司出品. 
    1.2　涂料的配制 
    在制备好的固化剂(粘度适中)中加入分散剂和填料,高速搅拌10~15 min,然后加水调整粘 度,并加入色浆高速搅拌5 min,之后加入二分之一消泡剂,慢速搅拌5 min,加入环氧树脂,人工搅 拌均匀(搅拌过程中可加适量水调整体系到合适的粘度),测定粘度,最后加入剩余的二分之一消泡 剂和流平剂,涂膜. 
    1.3　性能测试 
    采用涂4粘度计测定粘度,按GB 1727—79《漆膜一般制备法》处理底板、制备漆膜,按GB 1728—79(89)《触指法》测定表干时间,按GB/T 1730—93《摆杆阻尼试验》测定硬度,按GB 1720— 79(89)《漆膜附着力测定法》测定附着力,按GB/T 1732—93《漆膜耐冲击性测定法》测定耐冲击性 能,按GB/T 1731—93《漆膜柔韧性测定法》测定柔韧性能,按GB 1733—93《漆膜测定法》测定耐水 性能,按GB 1763—79(89)《漆膜耐化学试剂性测定法》测定耐化学试剂性能. 
    2　结果分析与讨论 
    2.1　PVC对色漆漆膜性能的影响 
    2.1.1　色漆1配方 
    色漆1配方见表1,其中胺氢与环氧基摩尔比(简称RHE)=1.0. 
     
    2.1.3　漆膜表面形貌 
    按表1配方分别配制了不同PVC的色漆,通过试验不同种类、不同用量的助剂以及不同的加 入方式,得到了表面平整光滑、具有优质手感的色漆漆膜,其表面形貌如图1所示. 
     
    从图1可以看出,PVC对漆膜表面有很大影响.PVC较低时,漆膜表面很光滑而且具有光泽, 但随着PVC增大,漆膜表面光泽下降直至无光;PVC过高,漆膜表面开始变得粗糙,不够致密.水 分子通过漆膜有2种方式:如果漆膜比较致密,水分子则通过吸附、溶解、扩散、解吸等步骤经过漆 膜;如果漆膜不致密,水分子可从微孔中直接通过,作为能形成疏水性漆膜的涂料,当然不希望水分 子以第2种方式直接通过.所以要求漆膜比较致密,即要求PVC≤CPVC(critical pigment volume concentration).实验证明,如果PVC>CPVC,则颜料可使漆膜膜面粗糙,其耐水性、耐污性下降. 
    2.1.4　漆膜硬度 
    漆膜硬度是表征其机械强度的重要性能之一.一般来说,漆膜硬度与漆的组成及干燥程度有 关,漆膜干燥得越彻底,其硬度越高. 图2为色漆1漆膜硬度与PVC的关系.由图2可知,漆膜硬度随着PVC的增大而增大,这表 明颜填料与该种涂料的相容性较好,加入颜填料后不会影响漆膜的固化. 
    2.1.5　漆膜吸水率 
    将固化的色漆1漆膜干燥后称m0,然后浸泡到蒸馏水中,24 h后取出,用滤纸吸掉表面的水 分,用电光分析天平称m1,则漆膜吸水率=(m1-m0)/m0×100%.漆膜吸水率与PVC的关系如图 3所示. 
     
    由图3可知,随着PVC的增大,漆膜吸水率先降低后上升,在PVC为33.3%时达到最小值, 仅为1.7%,这是因为该系列涂料为水性涂料,其基体中含有亲水性基团,在PVC较小时,基体比 例较大,亲水基团相对较多,因而吸水率较大;随着PVC的增加,基体比例减小,亲水基团相对减 小,而此时基体能与颜填料形成较为致密的漆膜,因而使漆膜吸水率降低;当PVC进一步增大时, 漆膜开始变得粗糙且不够致密,水可渗透到涂层中,从而导致漆膜吸水率升高. 
    2.1.6　色漆1的其他性能 
    色漆1的其他性能如表3所示. 
     
    由表3可知,色漆1的表干时间较短,小于60 min;耐冲击性与PVC有关,当PVC较小或较大 时,都有部分损坏;漆膜的柔韧性和附着力都比较优异;8 d后的耐水性也有所差异,由图3可知,漆 膜的耐水性与漆膜吸水率无关,这是因为与吸水方式有关,PVC较小时,基体吸水较大,从而出现 水泡,当PVC较大时,基体与颜填料形成不致密漆膜,导致吸水率增大,而这并不导致漆膜损坏;漆 膜的耐碱性较好,浸泡8 d后也无异样. 
    2.2　RHE对色漆漆膜性能的影响 
    RHE对色漆漆膜的性能有较大影响.根据不同要求,可通过调节RHE来改变色漆的性能, RHE一般可作20%的增减.环氧基过量可使水性环氧地坪涂料的适用期延长,涂膜的耐水性、耐 化学药品性能以及耐湿性等均有所提高;胺氢过量可加快漆膜的固化,改善漆膜的光泽度、附着力、 耐磨性能和耐溶剂性能. 
    2.2.1　色漆2配方 色漆2配方见表4. 
     
    2.2.2　色漆2漆膜硬度 
    图4为RHE=0.8,1.0,1.2时色漆2的漆膜硬度变化. 从图4可以看出,RHE对漆膜硬度的影响不大,这是因为当加入颜填料后,漆膜硬度就不完全 取决于基体了,而与PVC有很大的关系,而且PVC起主要作用,因而在PVC一定的情况下,漆膜 的硬度变化不大. 
    2.2.3　色漆2的其他性能 
    固定PVC后,调节RHE时色漆2的其他性能变化如表5所示. 
     
    3　结　论 
    1.通过选用合适的助剂和用量,可以得到表面平整光滑、具有优质手感的色漆漆膜. 
    2.随着PVC的增加,色漆漆膜硬度增加;而色漆漆膜吸水率在PVC为33.3%时最小,仅为 1.7%,此时色漆漆膜具有较好的综合性能. 
    3.RHE对色漆漆膜性能有不同的影响,对色漆漆膜硬度影响不明显,但对其柔韧性能、耐水性 能有较大影响,随着RHE的增大,柔韧性能、耐水性能变差. 
    参考文献:略