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        粉末涂料用環氧樹脂及其固化劑
        2022年10月13日    閱讀量:     新聞來源:PCI可名文化  |  投稿

        粉末涂料用環氧樹脂及其固化劑 涂料在線,coatingol.com

        環氧樹脂是指含有α-甲基環氧乙烷基的熱塑性樹脂,它們可以通過化學交聯形成不熔不融的熱固性聚合物。


        從化學上講,環氧樹脂指分子末端、環狀結構間或者其它中間位置上含有兩個及以上環氧基、同時又可以通過化學交聯生成熱固性固體的一類物質。


        由于環氧樹脂具有優異的防腐、絕緣、耐熱、柔韌性、裝飾性,因此,環氧粉末涂料多用于管道、鋼筋、閥門、卷材、室內裝飾、絕緣等領域涂料在線coatingol.com。


        常見的環氧樹脂的固化劑有胺類、酚類固化劑,它們的結構特點決定了涂層具有特定的物理化學性能。


        雙酚A環氧樹脂


        雙酚A型環氧樹脂由雙酚A和環氧氯丙烷聚合得到,根據合成方法不同,有一步法、二步法兩種。


        環氧值、軟化點、有機氯、無機氯是評估環氧樹脂性能的重要指標。雙酚A結構具有優異的防腐性能、熱穩定性能,以及一定的剛性,便于粉末儲存和磨粉。


        醚鍵具有優異的柔韌性和耐水解性能,羥基提高涂層與底材的附著力,環氧基團提供固化交聯基團。


        n為重復單元的個數,n值越大,環氧樹脂型號越高,分子鏈越長,分子量越大,粘度越大,環氧值越低,環氧當量越高,柔韌性越好。

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        氫化雙酚A環氧樹脂


        雙酚A型環氧樹脂中含有大量的苯環,耐候性能差,由它制成的環氧粉末涂料不能在戶外使用。


        將環氧樹脂中的苯環用飽和六元環代替,這類環氧樹脂稱為氫化雙酚A環氧樹脂,氫化雙酚A環氧樹脂分子結構見圖2,R2、R3代表甲基。

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        氫化雙酚A環氧樹脂不僅具有雙酚A環氧樹脂的優點,還具有優異的耐候性能。氫化雙酚A環氧樹脂固化后生成的涂膜經1000h老化后物理機械性能基本沒變,相對于雙酚A型環氧樹脂,它的耐候性能得到提高。


        多官能度環氧樹脂


        雙酚A型環氧樹脂官能度為2,涂膜的交聯密度低,耐熱、防腐性能差。多官能團環氧樹脂官能度大于2,固化后涂膜的交聯密度高、防腐性能好,粉末涂料常用的多官能團環氧樹脂的官能度為4,如:四酚基乙烷環氧樹脂等。


        四酚基乙烷環氧樹脂又稱四酚基乙烷四縮水甘油醚(t-PGEE),屬酚醛型環氧樹脂,由苯酚與乙二醛在酸性催化劑存在下反應制得的四酚基乙烷,再與環氧氯丙烷在氫氧化鈉催化下反應制得。


        四酚基乙烷環氧樹脂室溫下為固體,軟化點75~80℃,環氧值0.45~0.50mol/100g,分子結構式見圖3。

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        四酚基乙烷環氧樹脂含有四個環氧基團,固化后涂膜的交聯密度大,提高了熱熔結環氧管道涂料的防腐和耐溫性能。


        丁腈橡膠改性環氧樹脂


        高鐵、跨海大橋等大型項目使用的鋼筋需要噴涂環氧粉末涂料來提高防腐性能,石油、天然氣輸送管道也需噴涂環氧粉末涂料來延長使用壽命。


        鋼筋在低溫下彎曲,涂膜不能出現裂紋;石油管道在-30℃下彎曲涂膜無裂紋,這些檢測對涂膜的柔韌性提出了很高的要求,普通雙酚A型環氧樹脂很難滿足。


        因此,需要對普通環氧樹脂進行增韌改性。丁腈橡膠改性環氧樹脂應運而生,合成過程見圖4。

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        將橡膠分子鏈接到環氧樹脂中,再通過環氧樹脂與固化劑反應,將丁腈橡膠鏈段接入到涂膜大分子鏈中,由于丁腈橡膠具有很強的柔順性,它和環氧樹脂剛性鏈形成“海-島”結構,有效提高了涂膜的柔韌性,避免涂膜在低溫彎曲時開裂。


        硅改性環氧樹脂


        Si-O鍵能很高,為106千卡/mol;此外,Si-O鍵容易旋轉,含有Si-0鍵的聚合物分子鏈高度卷曲,具有很強的柔順性。


        因此,在環氧樹脂中引入Si-0鍵,不僅可以提高涂膜的柔韌性,還可以提高涂膜的耐熱性。


        由甲基、苯基、羥基、乙氧基聚硅醚四種有機硅單體制得的聚硅氧烷與環氧樹脂在催化劑作用下進行接枝反應,改性后涂膜的Tg提高92℃,Ti(熱分解起始溫度)、Tox(熱分解峰頂溫度)約提高了30℃,大大提高了涂膜的耐熱性。


        將Si-0鍵引入到多官能團環氧樹脂中,不僅具有多官能團環氧樹脂提供的高交聯密度、重防腐性能,還具有Si-O鍵提供的柔韌性和耐熱性,綜合性能更加優良。四官能度硅改性環氧樹脂(TG-Siloxane)結構見圖5。

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        高膜玻璃化轉變溫度

        (Tg)環氧樹脂


        高膜玻璃化轉變溫度(Tg)環氧樹脂是指固化后所得涂膜的玻璃化轉變溫度(Tg)很高的一類環氧樹脂,通常涂膜Tg≥120℃。


        普通雙酚A型環氧粉末涂料涂膜Tg<120℃,不能輸送高溫油氣,高膜Tg環氧樹脂正是解決這一問題,結構見圖6,取代基可以是鹵素或苯環。

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        在普通雙酚A型環氧樹脂中,取代基為H或CH3,空間位阻小,涂膜鏈段容易運動,涂膜Tg低。高膜Tg環氧樹脂中的取代基為鹵素或苯環,空間位阻大,鏈段運動困難,固化后涂膜Tg可以達到160℃,擴大了環氧粉末涂料的使用范圍。


        另一種制備高膜Tg環氧樹脂的途徑為:將普通雙酚A型環氧樹脂中甘油醚結構換成羥基醚、酮醚或剛性環結構。


        普通雙酚A型環氧樹脂中含有甘油醚結構,提高了環氧樹脂的柔韌性,同時也降低了涂膜的Tg。


        將普通環氧樹脂中的甘油醚結構換成羥基醚、酮醚或剛性環結構,提高了分子主鏈的剛性,使得分子鏈段很難運動,從而大大提高涂膜Tg。這種樹脂固化后涂膜的Tg可達180℃以上。


        雙酚S型環氧樹脂也可以提高涂膜的Tg。因為雙酚s型環氧樹脂中砜基自身間的相互作用,以及砜基與羥基之間形成的氫鍵,束縛了分子間的滑動,從而提高涂膜的Tg。


        雙酚S型環氧樹脂還具有優異的耐熱性,熱變形溫度比雙酚A型環氧樹脂提高60、70℃。雙酚S型環氧樹脂結構見圖7。

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        胺類固化劑


        胺類固化劑指含有N-H鍵的一類固化劑,典型的胺類固化劑是雙氰胺,結構見圖8。

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        由于-CN基團的吸電子能力強,造成雙氰胺分子中N-H的反應活性差,通常需要加入咪唑促進劑。


        -CN被鄰甲苯取代得到取代雙氰胺,結構如圖9,提高了雙氰胺的反應活性,可以降低固化溫度。


        將咪唑促進劑分別與雙氰胺、取代雙氰胺混合可以制得加速雙氰胺或加速取代雙氰胺。

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        從固化基團看,己二酸二酰阱(ADH)等酰阱類固化劑中的-NH與環氧基團反應,它也可以被看成是胺類固化劑,它主要應用在管道粉、絕緣粉領域。


        咪唑中含有N-H,而且它非?;顫?,它既能起到促進劑的作用,也可以與環氧樹脂反應,它也可以被看作環氧樹脂的一種胺類固化劑。


        酚類固化劑


        從分子結構上看,酚類固化劑可以看成是雙酚A封端的環氧樹脂,從這個角度說,各種類型的環氧樹脂都可以制得相應的酚類固化劑,因此,酚類固化劑種類繁多,具有的特性也不一樣。


        作為在中國受歡迎程度較高的環氧類固化劑,酚類固化劑具有許多優點。酚類固化劑與環氧樹脂結構相似,相容性好;含有大量的羥基,涂層附著力好。


        酚羥基具有較強的極性,固化速度快、溫度低。在酚類固化劑中加入促進劑、流平劑可以制得低溫固化的酚類固化劑。


        酚類固化劑的合成反應如圖10。


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        結 語


        環氧類粉末涂料在裝飾、防腐、絕緣等功能領域應用將會越來越廣,單靠一種或幾種環氧樹脂或單一的固化劑都難以滿足所有性能要求。


        因此,需要對環氧樹脂進行改性或者設計新型結構的環氧樹脂。合適的環氧樹脂和固化劑可以制得具有特殊性能的環氧粉末涂料。

        標簽:工業涂料,原材料,固化劑,技術中心,粉末涂料,樹脂
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