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【簡(jiǎn)介】
溶劑型環(huán)氧涂料及單組分聚合物乳膠涂料的成膜過(guò)程
溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料的固化成膜包含溶劑揮發(fā)成膜與化學(xué)成膜兩種成膜機(jī)理。環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑均以分子形式均勻地分散在溶劑相中，反應(yīng)體系為均相體系，環(huán)氧樹(shù)脂分子與固化劑分子可以自由充分接觸。隨著溶劑的揮發(fā)，環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑反應(yīng)，若固化反應(yīng)完全，則能夠形成結(jié)構(gòu)致密、均一的涂膜。單組分聚合物乳膠涂料的成膜是典型的高分子擴(kuò)散過(guò)程，理論上這一過(guò)程可細(xì)分為3個(gè)階段：水分揮發(fā)、乳膠粒子變形和粒子合并[2-5]。乳膠涂料在涂覆以后，乳膠粒子仍能以布朗運(yùn)動(dòng)的形式自由運(yùn)動(dòng)。隨著水分揮發(fā)，它們的運(yùn)動(dòng)逐漸受到限制，最終乳膠粒子相互靠近，變成緊密堆積，如圖1所示。粒子之間形成很小的空隙并被水所充滿，產(chǎn)生巨大的毛細(xì)管壓力，隨著水分的繼續(xù)揮發(fā)，毛細(xì)管壓力越來(lái)越大，最終克服粒子問(wèn)界面膜存在的電位阻或機(jī)械位阻作用。在巨大的毛細(xì)管壓力作用下，乳膠粒內(nèi)的聚合物分子透過(guò)界面膜在粒子間相互擴(kuò)散、融合，乳膠粒子發(fā)生自黏合作用，形成均勻的涂膜。因此，單組分聚合物乳膠涂料的成膜過(guò)程是一個(gè)純粹的物理過(guò)程。
圖1單組分聚合物乳膠涂料成膜過(guò)程
Figure l Film formation process of waterborne single-component polymer emulsion coatings
水性環(huán)氧涂料的成膜及其與乳膠涂料、溶劑型環(huán)氧涂料成膜過(guò)程的比較
水性環(huán)氧樹(shù)脂是O/W乳化體系，環(huán)氧樹(shù)脂以乳膠微粒的形式分散在水中，是多相分散體系。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑(通常是水溶性的胺、聚酰胺等)混合后，固化劑溶解在水相中，其成膜過(guò)程可用圖2表示[6]。
圖2水性環(huán)氧涂料的干燥成膜過(guò)程
Figure 2 Drying and film formation process of waterborne epoxy resin coatings
水性環(huán)氧涂料涂覆后，在適宜的條件下，水分很快揮發(fā)，大部分水分揮發(fā)后，分散相微粒相互靠近，形成緊密堆積，殘存少量的水填充在乳膠微粒的縫隙間，形成巨大的毛細(xì)管壓力，相互靠近、堆積的乳膠微粒在毛細(xì)管壓力下變形成六邊形結(jié)構(gòu)。與單組分聚合物乳膠涂料一樣，環(huán)氧樹(shù)脂以及部分固化了的環(huán)氧樹(shù)脂在乳膠粒子間相互擴(kuò)散，直至形成均一、連續(xù)的涂膜。與單組分乳膠涂料不同的是，在水分揮發(fā)、粒子變形、粒子合并階段都伴隨著環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑之間的化學(xué)反應(yīng)。因此，水性環(huán)氧體系的固化過(guò)程中，物理過(guò)程與化學(xué)反應(yīng)交織進(jìn)行，是一個(gè)典型的物理化學(xué)過(guò)程。
在固化成膜過(guò)程中，固化劑分子首先和環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子的表面接觸并在表面發(fā)生固化反應(yīng)。隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹(shù)脂分散相的分子量和玻璃化溫度逐漸提高，使固化劑分子向環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子內(nèi)部的擴(kuò)散速度逐漸變慢，這意味著環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子內(nèi)部進(jìn)行的固化反應(yīng)較其表面的少，內(nèi)部交聯(lián)密度也較低。同時(shí)，隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子逐漸變硬，粒子之間相互凝結(jié)成膜的難度加大。A．Wegmann[6]認(rèn)為，水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料同溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料相比，很難形成均相、完全固化的涂膜，并認(rèn)為這是影響水性環(huán)氧樹(shù)脂涂膜性能的首要原因。
筆者的研究表明，應(yīng)用合適的工藝得到細(xì)膩穩(wěn)定的環(huán)氧樹(shù)脂乳液體系，并選擇合適的固化劑，在適宜的固化條件下仍然能夠得到防腐性能、物理機(jī)械性能等綜合性能優(yōu)良的水性環(huán)氧樹(shù)脂涂膜，但與溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂膜相比，仍然存在一定的差距[7-8]。
