環氧涂料由環氧樹脂、環氧酯、改性及固化用的合成樹脂(以上組分統稱為基料)、固化劑、著色顏料及體質顏料(簡稱顏填料)、溶劑(包括水)、各種功能性助劑等材料組成。其主要材料對環氧涂料的使用性影響如下。
(1)基料
環氧涂料中的基料是重要的成膜物質。常用的基料品種除基礎基料環氧樹脂外,還有酚醛樹脂、氨基樹脂、有機硅樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚硫橡膠、液態聚丁二烯、液態丁腈橡膠、糠醇樹脂、煤瀝青等輔助基料。環氧樹脂與輔助基料進行科學合理地配合,可以制備各種性能的環氧涂料。
特別提示,環氧樹脂分子中含有吸電子基團時,會增加與路易斯堿(親核試劑)固化劑的反應速度、而降低與路易斯酸(親電試劑)固化劑的反應速度;環氧樹脂分子中含有給電子基團時,會增加與路易斯酸固化劑的反應速度,降低與路易斯堿固化劑的反應速度。掌握、控制環氧樹脂與固化劑的反應速度,是決定環氧涂料涂裝性及使用性的技術關鍵之一。應根據不同應用技術要求,確定不同結構的環氧樹脂。
(2)固化劑
固化劑結構和反應活性對環氧涂料的固化反應速度起決定性作用。例如,在加成固化反應中,芳胺加成物、苯酚/甲醛與胺縮合物都能在低溫下使環氧樹脂快速固化;300號聚酰胺在低溫下與環氧樹脂固化反應慢;酸酐及其衍生物在較高溫度下才能與環氧樹脂充分固化。
用E—44環氧樹脂為基料,取胺當量:環氧當量=0.6:1,在10~12℃下幾種胺固化劑的固化反應性。
(3)顏填料
在環氧磁漆中,顏填料是不可缺少的組分。值得提示的是,額填料品種對涂膜內應力的影響。在涂料中,增加欽白和氧化鋅用量,會提高涂膜的彈性模量、增加內應力、降低粘結強度;增加鋁粉和滑石粉用量,會抑制涂膜體積收縮、提高彈性模量、對內應力基本無影響、并有改進涂膜粘結強度作用。幾種常用的顏填料使涂膜產生內應力大小順序是:鈦白=氧化鋅>硫酸鋇>碳酸鈣>滑石粉=鋁粉。
環氧涂膜的內應力隨著氧化鋅用量增多而增大,涂膜的粘結強度鵬氧化鋅用量增多而降低。試驗證明,涂膜內應力超過粘結力時,涂膜就會剝離;內應力超過內聚力時,涂膜就會開裂。
(4)助劑
環氧涂料中的助劑主要有固化促進劑、觸變劑、流平劑、消泡劑、阻燃劑、增塑劑和偶聯劑等,其中對固化反應速度影響最大的是固化促進劑。
環氧涂料中的環氧樹脂與固化劑反應時,選用的固化促進劑結構和用量對固化反應速度影響甚大。當固化促進劑的空間位阻增大時,不利于固化反應進行;固化促進劑用量增加,會加快固化反應速度。
用液態雙酚A型環氧樹脂:多官能度環氧化物一硫化氫加成物=100:75(質量比),選用叔胺作固化促進劑,在25℃下進行固化反應。
用液態雙酚A型環氧樹脂:聚硫醇=100:60(質量比),選用DMP—30作固化促進劑,在25℃下進行固化反應,DMP—30用量對凝膠時間的影響見下表。表中①表示每100份(質量份)環氧樹脂中加入固化促進劑的份數(質量份)。
(5)固溶劑
環氧涂料采用的溶劑多數由二種或二種以上有機溶劑混合而成,也稱為惰性稀釋劑(簡稱稀釋劑)。值得注意的是,不同結構的溶劑對固化反應會起不同的作用。
1)溶劑的抑制作用 在環氧基與含活潑氫化合物的固化反應中,氫鍵接受體作溶劑時,對固化反應起抑制作用。因為氫鍵接受體會與固化反應體系內的氫鍵給予體結合,消耗氫鍵給予體的濃度,減慢固化反應速度。設氫鍵接體為Y,它與氫鍵給予體(HX)相結合成氫鍵: Y+HY→Y……HX
由于形成氫鍵,導致原固化體系內的LIx與環氧基反應效能減弱,使環氧樹脂分子內(或固化反應中產生的)經基的自催化作用減弱。
2)溶劑的反應性 在固化反應體系中,經常存在路易斯酸類固化促進劑。如果選用環已酮作溶劑,會發生縮酮化反應。如果選用酯類作溶劑,會發生酯與羥基間進行的酯交換反應,這種反應會影響固化涂膜的性能,尤其是在烘烤條件下,使用酮和酯類溶劑時應十分小心。