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水溶性涂料的成膜固化机理及固化剂

水溶性树脂成膜过程的特点

水溶性涂料的成膜固化机理与一般溶剂型涂料相同,但其成膜过程却另有特点:
(1)水溶性树脂由于需水溶,其分子量都不会太大,否则水溶困难,因此,作为一种高分子材料使用多半是制成热固型的。在涂膜加热固化过程中,通过树脂系统中的活性基团或外加交联剂的活性基团之间的交联反应形成不溶不融的网状结构,从而提供优良的漆膜性能。当然也有些白干型的水溶性涂料,例如水性自干型醇酸树脂漆,美国SpencerKellag公司生产的Kelsol 3902、Kelsol 3907短油度醇酸树脂,Kelsol 3922长油度醇酸树脂,Kelsol 3931亚麻油聚合物醇酸树脂,Kelsol 3960、Kelsol 3961中油度醇酸树脂均属于白干型水溶性涂料。但这些是在催干剂的存在下通过氧化交联成膜固化的。
(2)为了增加水溶性树脂的水溶性,多半水溶性树脂都是以羧酸盐或胺盐的形式存在。因而在成膜固化过程中,首先是氨或胺的挥发。当然在加热过程中,也有可能形成胺的衍生物。也有使用氨/锆络合物作羧酸型高聚物的交联剂,当树脂里的水和氨在常温挥发后,酸性高聚物与锆离子可通过离子键进行交联成膜,常温下可以干燥。
离子交联方法简单,在其他水性系的常温交联中,也获得应用。
(3)水溶性涂料除采用刷、喷、辊、浸等一般涂装外,更重要的是用于电沉积涂装。当然作为电沉积涂装的涂料在制造上另有要求。在电沉积涂漆过程中,带双键的分子一部分吸收了水电解产生的氧,因而使干燥成膜速度加快 [1]

水溶性涂料用固化剂

水溶性涂料在漆膜形成之前成膜物质自然是溶于水的,一旦成膜后又必须不溶于水。因此,在成膜过程中必须有成分或结构的变化,这种变化的实质是使亲水性官能团消失或大大降低其极性,两者必具其一,这个过程称为交联固化。水溶性树脂按交联的方式可分为自交联和外加交联剂交联两类。前者只需加热,有时需在微量催化剂存在下加热到一定温度,经过一定时间,在脱水、脱氨(胺)的基础上,树脂本身的侧链活性基团之间发生反应,形成高度交联的网状结构。而后者树脂本身不具备互相发生交联反应的能力,必须添加另一种化合物来与树脂进行交联反应,这类物质称作交联剂。交联剂至少是两官能团的物质。
不同的侧链活性基团具有不同的反应方式,要求不同的反应条件,固化后生成不同的化学结构,因此也具有不同的反应特点。图1是一些经常出现的交联侧基及交联剂。
图1主要是针对水溶性丙烯酸树脂系统的交联反应列出的,但对其他的系统也有参考价值。从图1可以看出,含烯丙基醚、环氧基、羟甲基或烷氧基甲基侧链的水溶性丙烯酸树脂都可以自交联,而含羧、羟基或氨基侧链的,则必须加入交联剂才能交联。
一般而言,最常用的固化剂有水溶性三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂等,其中以水溶性六甲氧甲基三聚氰胺用得比较普遍。它与羧酸型水溶性树脂混合之后,有时可以加入强酸弱碱的盐(如对甲基苯磺酸铵盐、磷酸氢氨等),以促进其固化。但是,大多数水溶性聚合物都有潜催化作用,羧酸铵盐受热过程中,挥发出氨,羧基就能发挥催化作用,虽然加人强酸弱碱盐能加速固化,但对漆液的稳定性不利。
加入氨基树脂改性的水溶性漆用在电沉积涂装时,其中的氨基树脂往往不按配比量沉积,多数情况下,沉积上的漆膜内氨基树脂量比配方量低。为了克服这种不按配比沉积的现象,可采取将氨基树脂与水溶性树脂(未中和)加热缩合,使之部分交联,然后中和,制成水溶性漆。采取这种处理方法,可改善上述现象。

水溶性树脂的用途

如前所述,水溶性树脂的亲水性是来自自身含有的亲水基团。这些亲水基团不但聚合物具有亲水性,而且使其具有许多宝贵的性能,如粘合性、成膜性、润滑性、成胶性、螯合性、分散性、絮凝性、减磨性及增稠性等。由于具有这些性能,因而能在许多工业领域获得广泛的应用。仅就涂料而言也与上述许多性能的作用有着密切的关系。现代涂料的理论及应用技术正在不断发展,电沉积涂料也从阳极电沉积涂料及涂装普遍地过渡到今天的阴极电沉积涂料及涂装,并进一步向更高水平的中厚膜阴极电沉积涂料过渡,大幅度提高了汽车专用中厚膜阴极电沉积涂料的平整度和泳透率。采用控制酯键水解技术,研制了VOC含量低、施工性能好的汽车专用水性聚酯中涂漆,这些产品已达到国外同类产品的水平 [2]
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