环氧水性固化剂
环氧水性固化剂多采用多元胺,但为了改善多元胺与环氧树脂的相容性,通常对其改性,如酰胺化,或使用聚酰胺和环氧-多胺加成物,目前环氧水性固化剂使用最多的是环氧-多胺加成物。随着环氧水性固化剂生产技术的不断成熟和进步,水性环氧树脂涂料的用途将越来越广泛。
环氧树脂具有优异的附着性、热稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等而广泛应用于涂料、粘合剂及复合材料等各个领域。常用的环氧树脂因需使用有机溶剂而限制了其在涂料、胶粘剂行业中的大规模应用。
随着人们对环境保护要求的日益迫切和严格,环氧涂料的水性化是其发展的主要趋势之一,而制备与之匹配的固化剂是环氧涂料水性化的关键。
水性环氧清漆的配制
按n(环氧)∶n(胺氢)=1∶1称取一定量的水性环氧乳液和固化剂,加入少量的去离子水,较高转速下加入消泡剂、聚结剂、流平剂和成膜助剂,搅拌几分钟,再加入增稠剂,继续搅拌几分钟,得水性环氧清漆。
耐碱性。取一块50mm×50mm的试样,放入20%的NaOH溶液中,观察从样片上开始冒泡的时间,3min内不冒泡为合格。
本文先用聚乙二醇改性环氧树脂,使其具有亲水性,再用二乙烯三胺、三乙烯四胺及四乙烯五胺分别与改性的环氧树脂合成固化剂。并以该固化剂与环氧树脂乳液复配,检测它们的性能。
实验原料。环氧树脂E-12、E-20、E-44、E-51:工业级;聚乙二醇(PEG):PEG600、PEG800、PEG1000:分析纯;二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)、盐酸:分析纯;乙二醇乙醚:化学纯,;丙酮:工业级。
对苯二酚二羟乙基醚(芳香族二醇扩链剂HQEE)-固体是一种对称的芳香族二醇扩链剂。它与MDI有着良好的配伍性,能明显提高、改善制品的抗张强度、硬度和回弹性能。
HQEE/MDI是与MOCA/TDI并列的一个PU弹性体系列,使用该产品的PU一般用于对产品物理性能有高要求的领域.
HQEE是一种代替MOCA的新型无毒扩链剂。广泛应用于MDI的PUR体系(CPU、TPU、MPU)中。能显著提高PUR制品的耐温等级、力学性能(撕裂强度、剪切性、硬度、回弹性等),提高MPU胶料储存稳定性、防止烧焦。很好地改善和调节了PUR的性能。MDI/HQEE常用于对制品物理性能有高要求的领域。如:油井密封件、叉车轮胎、液压汽缸密封件、传送带等PU制品,对改善高回弹微孔泡沫制品性能很有帮助。
对苯二酚二羟乙基醚(芳香族二醇扩链剂HQEE)-固体是主要用于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的一种扩链剂。这种扩链剂体系生产的弹性体主要作重载应用, 例如铲车轮胎、油井和液压设备密封、粗料槽衬里和滑冰板轮等。然而, 若对HQEE的使用性能不了解, 就不能得到最佳产品。
一般来说, 用MOCA为扩链剂生产弹性体的设备, 也能用于HQEE体系的生产。但二者的工艺是明显不同的。HQEE和MOCA在将近相同的温度(100℃)熔融,但MOCA会出现过冷而不结晶。HQEE不会出现过冷,但加工设备中必须保持110-116℃(最高122℃)。HQEE熔罐必须均匀加热到110℃以上,缓慢搅动以防止表面和罐壁上起沫。用于HQEE的工艺设备管线要适当地保温和加热, 以防止出现“ 冷点” 而造成管线堵塞和HQEE预聚物混合比的误差。
MOCA/预聚物的混合比可在理论值的90~100%范围内变化, 仍能得到理想的制品。然而, 对于HQEE体系, 必须精确控制二醇扩链剂/预聚物的比例, 才能得到最佳产品性能。预聚物也应保持在110℃下,并且在HQEE与预聚物混合后, 必须维持温度以防止HQEE结晶。整个成型温度必须保持在110-120℃之间。对于薄制件需要较高的温度。低于上述温度时将导致HQEE结晶出现疵点。烘箱或模具加热设备必须超过所要求的成型温度。
未催化的HQEE/MDI弹性体的流化时间, 对于薄制件(如垫圈)大约需2小时;对于厚制件(如铲车轮胎)能明显减少脱模时间。
为了降低扩链剂的熔融温度以达到降低加工温度的目的, 可将HQEE与其它二醇、三醇和工业扩链剂混合使用。常用的比例是HQEE为80-90% , 二醇或三醇为10-20%。
制品的某些缺陷, 可通过改进操作而避免。表面白霜是由于扩链剂/预聚物混合或成型温度太低, 或是由于模具温度太低而造成。模压制品的表面刻痕是由于混合不当或模具过早关闭而引起的。模制品表面翘曲则表明模具可能关闭过晚。
水性环氧树脂乳液。在三口烧瓶中加入计量的聚乙二醇和E-12,水浴加热至70~80℃,搅拌均匀,再滴加催化剂溶液并在75~85℃温度下反应2~3h。在反应初期0·5h内,将水浴温度调至60℃,以移走体系的反应热。
然后每0·5h取样一次,测定环氧基含量至设计值结束反应,得到环氧树脂分散用的乳化剂。将该乳化剂和环氧树脂E-51加入三口烧瓶,加热至75℃后在较低的转速下缓慢滴加去离子水,待水加完后再在较高转速下分散一定时间,得到要求的水性环氧树脂乳液。
固化剂的合成
(1)改性环氧树脂的合成
在装有冷凝管、温度计、搅拌和恒压漏斗的四口烧瓶中加入计量的环氧树脂和聚乙二醇,以乙二醇乙醚作溶剂,水浴加热至体系温度80℃后滴加催化剂溶液,使体系在恒定温度下反应。反应过程中每0·5h取样1次,测定环氧基含量至设计值结束反应。得到改性的环氧树脂。
(2)固化剂的合成
在三口瓶中加入一定量的多乙烯多胺和溶剂,升温至70℃,搅拌均匀后缓慢加入改性环氧树脂,并及时移走反应热。然后保温反应数小时,再加入一定量的去离子水,搅拌均匀后结束反应。得环氧水性固化剂。
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