1 概述
在涂料工业中,水性环氧是一个高增长的品种大类。本研究的 目的是对固体环氧树脂
分散体涂料的性能进行评价。
本研究课题内容包括传统的水性漆基系统和新型的树脂/固化剂组合体系。该新漆 基
体系的最佳当量比是由清漆的递增试验法得到的。对白磁漆的配方进行了评价,而 且
将其性能转换成总体性能评估值(TPE)来表示。该比率值是一种最小-最大技术,它 可
以将试验值转换为可以用来比较的标准尺度。本研究证明该类新漆基体系(EPI-REZ
3520-WY-55/EPI-CURE 8290-Y-60)非常适合作环氧面漆。
绪言
在过去的整个十年里,涂料工业发生了重大的变化,它包括用户需求的增加,企业 组
合,全球化及管理机构的改组。室温固化涂料市埸正向着涂料技术改进的方向(即高
固体化和水性化)变化,这使得涂料供应者“又竞争又妥协”。
开发水性涂料的最初推动力是VOC法规的要求。(即降低挥发性有机化合物含量的要
求)。然而人们已经发现涂料工业用体现现代技术的水性环氧涂料的性能可以同溶剂
型涂料相当。而且前者还有施工上的优点,例如低臭味,干燥快,火灾危险性小以及可
用水清洗等。水性两罐装环氧涂料已经找到了应用市埸,例如高性能建筑涂料及设备
底漆,工业地坪涂料,机关建筑物涂料,运输工具底漆,汽车修补底漆以及轻度至中度
负荷的工业维护涂料。
水性环氧基料体系可以分为三小类。A类是基于胺盐化的水稀释性丙烯酸分散体,采
用 液体环氧乳液或固体环氧树脂分散体固化。这一类称为环氧-丙烯酸涂料。B类基
料 体系是以水稀释性胺官能团固化剂固化的液体环氧树脂为基础的。C类基料体系是
以 水稀释性聚酰胺或胺加成物固化的固体环氧树脂分散体为基础的。有关这三类 水
性基料体系性能的更多资料(情况)在文献1中可得到。
在确定本工作范围上,作者们把重点放在两种基准的固体环氧树脂分散体上,这两种
分散体在工业上均为人们所熟悉,因为它们是在市埸上获得广泛应用的最早的一些工
业化产品。第一种分散体是一标准的“1型”双酚A环氧树脂,它用了一种化学上结合
的非离子表面活性剂改性。第二种分散体是一种中等分子量的多官能度环氧树脂(有
着“2型”树脂的当量),它用了一种化学上结合的非离子表面活性剂改性。
表1列出了本研究所用的固体环氧树脂分散体和水分散性胺类固化剂的物理性能。EP
I-REZ 3520-WY-55可以配用EPI-CURE 8536-MY-60, 一种用于涂装金属时的较憎水性
的固化剂,也可以配用EPI-CURE 8537-WY-60,一种用于耐化学品应用时的较亲水性的
固化剂。2型分散体(EPI-REZ 5522-WY-55)是专为配用EPI-CURE 8290-Y-60,一种水
稀释性胺加成物固化剂而设计的。EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290基料,通过其环氧与
胺的比例的变化可配制各种用途的涂料。本研究中所用的A类基料体系是ECO CRYL
97 90,它采用乳化的液体环氧树脂EPI-REZ WD-510来固化。
一种新的漆基体系(EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290)在今天的市埸上是否处于高性能
基 料体系,EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290和其它的水性基料体系之间的价值和性能的
合 适位置上因而能够推荐用于工业,本研究作了决定。作者们按照某些应用的要求,
例 如用于轻型工业防护的高光泽面漆,就可以从理论上判断采用该新的漆基体系能够
满 足之。我们的研究工作就是为探讨这个理论而设计的。
表1 用于本研究的固体环氧分散体和水稀释性固化剂
水性清磁漆
许多研究工作已经说明,在水性涂料中环氧/胺的比率对于涂膜的性能起着很大 的作
用。为了测定新的EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290基料体系的最佳化学当量比,我们 进
行了改变环氧/胺比率的递增试验法研究。对于这种基料体系,理论上的当量配比 是
75%环氧对25%固化剂(均为固体重量)。递增试验法以5%的增量由85:15到65:35的 范
围内进行试验。清磁漆配方举例见于表2。该清漆配成的重量固体份为39%,包装配 比
为3:1。
表2.清磁漆配方实例
将组份A与组份B调配好并使均衡过夜。作者们的研究显示,未经 均衡的样品其 初始
光泽可能低于20单位,而在测定了最终的光泽进展后表明在水性涂料的配制中这种均
衡 处理至关重要。在清磁漆施工之前,组份A与组份B要仔细混合,以防止产生泡沫。
经30 分钟诱导期后,用绕线或刮漆棒将该漆施涂到经溶剂洗涤并抛光的钢板上(Q-
Panel#S4 6-G)。该涂漆板在77°F和相对湿度55%条件下固化14天,最终的干膜厚度为
1.3～1.7m ils。
递增试验法所得的结果归纳于表3中,图A及图B是以被称为星网图的图解技术所表示
的性能结果。在星网图中的轴向是以性能越好的、射线段越长来表示的。因此,性能
较好的基料其多边形所包围的面积也较大。图A所示是EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290
( 配比为75:25及70:30)同基准物EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290体系性能对比情况。
图 B显示所示EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290体系的性能优于本清磁漆研究中所考察的
其 它基料体系的性能。
由EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290体系的固化剂用量试验的结果我们发现,固化剂用 量
越大涂膜干燥时间越短,硬度增加越快,涂膜硬度越高,而且耐甲乙酮性增加。但是,
随着固化剂用量的增加耐盐雾性却下降。这些倾向与前面其它水性基料体系所见到
的情况是相一致的。图C归纳了在这些水性基料体系中受EPI-CURE 8290化学计量用
量变化所影响的性能情况。
表3:清磁漆涂膜性能
当采用EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290体系来配制高光泽面漆时,建议采用化学当 量比
为75:25(固体量计)。这种环氧/胺配比制得的面漆具有高光泽,快干和优良的耐溶 剂
性;耐水性及耐腐蚀性也可以。根据透明磁漆的递增试验法所得的结果证明,对于 新
的基料体EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290,采用化学配比75:25或者70:30都是合适的。
水性丙烯酸/环氧涂料一个重要的用途就是代替聚氨酯面漆用于高性能的建筑涂料 和
轻工方面的涂料。由于这类涂料在工业上用作高光泽水性涂料是我们所熟知的,所 以
本研究中这方面的推广只包括两个配方。在丙烯酸/环氧面漆中其基料组份的物理 性
能归纳于表4中。水性环氧涂料的白色磁漆配方列于表5,水性丙烯酸/环氧涂料的 白
色磁漆配方列于表6。
表4:用于本研究的丙烯酸分散体和环氧树脂1
编号 种类 环氧当量 固体含量%WT 25℃下粘度(CP)
配方(表5,6)中的A组分是将研磨浆成分充分混合并按配方量兑 稀来制备的。 每个配
方的B组份是采用高速搅拌机分散到大于赫格曼细度7级来制备的。所有这些组份放
置过夜或更长时间使其均衡。使用时将组份A和组份B小心混合以防止产生泡沫,诱导
30分钟后将所配涂料用一绕线或刮漆棒施工于用溶剂清洗过的并经抛光的钢板上(Q-
P anel# S46-G)。样板在77°F,相对湿度55%条件下固化14天,最终干膜厚度为1.7～
2.0 mils。
表5:水性环氧白色磁漆配方
所得的性能(归纳于图D中)显示,组份比为70:30的5522/8290基 料体系(译者 注:按图
应该是3520/8290基料)除了耐水性外,所有的性能均为最优。图E显示,基准体系的性
能要比丙烯酸树脂分散体为基础的体系性能好得多。涂料性能及耐化学试验的数据
见附录Ⅰ和附录Ⅱ(略)。
图D:EPI-CURE 8290 W/B白磁漆性能
图E.白色磁漆中EPI-CURE 8290同ECO-CRYL 9790的对比
结果分析
我们尚需回答的关键问题是:EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290可以用作面漆吗?而且 ,在
该新的基料体系中所试验的两种配比中哪一个用于面漆性能最好?虽然这些都是直 接
面对的问题,但是回答起来又是困难的,因为这些需要由市埸来取舍。由Simakaski 和
Hegedus提出的TPE为我们回答这些问题提供了客观的方法。TPE分析图(图F)通过 对
75:25配比的EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290的性能分析来说明该方法。
在TPE分析图中第一纵列表示标定的重量因子。该因子权衡了每一试验涂料在某个 应
用上其该项性能的重要程度。权重因子可以用调查一组涂料专家或者用来自“质 量
室”(House of Quality)法的相对权重因子来决定。在本研究中上述方法都采用 。
在排列每项试验的相对重要性时,被提问的专家要考虑到下面几个情况:
·面漆要涂装在一个环氧/聚酰胺底漆之上的,而底漆是涂在经喷砂清洁近出白的SP1
0钢板上的。
·面漆的干膜厚度近2mils。底漆/面漆体系总的干膜厚度是4.5-5.0mils。
·这种涂料体系是用在设备或贮罐(轻型),船舶甲板和上层建筑以及轻型至中型车 间
地坪上的具有适当的防腐蚀性能。
对于每个试验方法的权重因子,其调查结果的统计分析得出1-2组的加和结果。性能
检验项目中权重因子具最高值的有初始光泽,干燥时间,附着力,适用期和耐溶剂性。
耐 盐雾及耐水定的值最低是因为环氧/聚酰胺底漆会对底材提供所需的保护。分析图
中 其次三纵列(试验名称,试验结果的范围,试验结果)不需解释自可明白。
分析图中的最后三纵列是用以用电子计算机计算TPE等级所依据的三列。实际试验结
果的范围被转化成1-10的线性标度,性能最差为1,性能最好的为10。这儿1-10的标度
叫做标准化有效值。相对评估值(RAV)是由权重因子与标准化有效值相乘计算得出
的。 同样,最大相对评估值(Max,RAV)是由权重因子乘以10计算得出的。一旦每个试
验的RA V和Max.RAV决定后,它们分别的总值也就可以加和得出。总RAV被总Max,RAV
除,就得 出总体性能评估值(TPE),这就是说,对于某特定的用途,一个选定的涂料与
“理想”的涂料之间的性能比较(以百分比表示)就确定了。
图F:总体性能评估(TPE)分析图实例
表7列出了本研究所试验的每个基料体系的TPE值,结果表明,新 的基料体系(E PI-
REZ 3520/EPI-CURE 8290)是完全适合用作面漆的,因为它的TPE比值是非常接近基准
基料 体系EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290的66值。而且由TPE分析可以看出当化学计量
比为 70:30时可以获得全面性能最好的涂料。TPE法及其分析图的另一优点是:当消
费 者的要求发生改变时或完全不同于前面的情况时,只用简单地改变分析图中的权重
因 子就可以重新计算出结果。
为了进一步弄清楚以EPI-REZ 3520-WY-55/EPI-CURE 8290-Y-60代替高性能的基料 体
系(ER5522/EC 8290)的效果,表8归纳了这两种涂料性能的比较。
表7:高光泽水性白色磁漆总体性能评估值(TPE)的归纳
表9归纳了白色磁漆配方在其使用期里光泽增长的情况。75:25 EPI-REZ 3520 /EPI-
CURE 8290配方的早期光泽要比75:25 EPI-REZ 5522/EPI-CURE 8290配方的低。这表
明 该新的基料体系在初期时其相容性较差。但是在混合的一个小时后其镜面光泽就
可 以与基准涂料体系相比较了。如果对EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290配方的初期光
泽 增长不满意,那么可以用增加固化剂用量,掺入合适的溶剂(校对EASTMAN EP的用
量), 增加冰醋酸的用量或加DISPER_BYK 190等一些配方选项就可有选择地配漆来改
善上 述性能。
表9:24小时镜面光泽的增长
总结
本研究工作的目的是为了测定基于固体环氧树脂的几个基准的水性基料体系的性
能。
寻找两个关键问题的答案:一种新的基料体系EPI-REZ 3520-WY-55/EPI-CURE 8290-Y-
60(表1)能够用作高光泽面漆吗?该新的,价廉的基料体系用作高光泽面漆时其最佳
化 学配比是多少?采用清磁漆研究确定了固化剂的化学计算用量对新基料体系的影
响。 白色磁漆的性能试验表明EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290基料体系在化学计量配
比为70 :30时该水性环氧面漆能够满足使用要求。采用TPE法对结果进行分析后表明
EPI-REZ 3520/EPI-CURE 8290的性能从价格/性能的排次来看,是介于高性能的EPI-
REZ 5522/E PI-CURE 8290(译注:原文误为EPI-REZ 3520/……)基料体系和其他的水
性基料体系 之间。EPI-REZ 3520-WY-55/EPI-CURE 8290-Y-60基料体系为涂料配方设
计者们在为 涂料工业开发附加价值高的面漆配方上提供了新的机会。 |
