新型光穩(wěn)定劑應(yīng)用于水性環(huán)氧涂料的研究

　　摘要:水性環(huán)氧涂料已發(fā)展成為解決一般常用傳統(tǒng)高VOC溶劑型涂料的高污染問題，它具有有效減少或不使用溶劑的優(yōu)點(diǎn)，而環(huán)保型涂料所遭遇的挑戰(zhàn)之一是需要光穩(wěn)定劑來保護(hù)涂料預(yù)防光降解產(chǎn)生。針對水性環(huán)氧涂料開發(fā)了一種新型復(fù)配型光穩(wěn)定劑EVERSORBEP5，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)DOE研究結(jié)果表明:3種不同類型光穩(wěn)定劑添加至2種不同類型溶液－水和水性環(huán)氧涂料中進(jìn)行分散過濾試驗(yàn)，EVERSORBEP5分散效果最好，人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果顯示:增加EVERSORBEP5在水性涂料中的有效濃度，可以增強(qiáng)相對的保護(hù)效果，增加涂料的膜厚無法得到某種程度的保護(hù)效果。

　　關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹脂;水性環(huán)氧涂料;光穩(wěn)定劑;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);耐候性

　　中圖分類號:TQ630.4+96 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0253－4312201208－0043－04

　　環(huán)氧樹脂因具有附著力強(qiáng)、優(yōu)異機(jī)械性能和抗?jié)B透等功能，而普遍應(yīng)用于工業(yè)涂料［1］。但環(huán)氧樹脂也具有明顯的缺點(diǎn):當(dāng)其暴露在室內(nèi)光線或自然太陽光時(shí)，顏色容易變化，這是因?yàn)楫?dāng)環(huán)氧樹脂受到UV光長期照射時(shí)，其結(jié)構(gòu)在含氧的環(huán)境下很容易斷鍵降解，產(chǎn)生發(fā)色機(jī)團(tuán)［2］如圖1所示，而導(dǎo)致樹脂變色、褪色。在環(huán)氧樹脂材料中添加光穩(wěn)定劑，可以有效地減少變色、褪色、龜裂、粉化和光澤保持率下降等問題。

圖1 環(huán)氧樹脂光降解途徑

　　隨著人類對環(huán)境保護(hù)日益重視，環(huán)氧樹脂的水性化是發(fā)展趨勢和國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［3－9］。適用期短是水性環(huán)氧體系的主要缺點(diǎn)，當(dāng)超過試用期時(shí)，涂料性能會改變很大，因此，延長其適用期有很重要的價(jià)值［10］，新型非離子型水性環(huán)氧固化劑可以提高其適用期［11］，但涂裝后延長涂層使用壽命需要使用光穩(wěn)定劑，預(yù)防光降解的產(chǎn)生。

　　光穩(wěn)定劑包括紫外線吸收劑UVA和受阻胺光穩(wěn)定劑HALS，紫外線吸收劑的功能是吸收紫外線轉(zhuǎn)換成熱能散發(fā)掉;受阻胺光穩(wěn)定劑的功能是捕捉自由基，防止降解發(fā)生。

　　目前，關(guān)于如何解決水性環(huán)氧涂料光降解的研究很少，因此本研究將不同類型光穩(wěn)定劑于不同類型溶液中進(jìn)行分散過濾試驗(yàn)，最后篩選出最佳產(chǎn)品進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)，以了解并有效地改善水性環(huán)氧涂層的耐久性。

　　1·實(shí)驗(yàn)

　　1.1實(shí)驗(yàn)原料

　　水性環(huán)氧樹脂POLYPOXE403、水性環(huán)氧固化劑POLYPOXIH7005W:工業(yè)級，陶氏化學(xué)工業(yè)股份有限公司;水性環(huán)氧光穩(wěn)定劑EVERSORBEP5:工業(yè)級，臺灣永光化學(xué)工業(yè)股份有限公司;光穩(wěn)定劑EP－A、EP－B:有機(jī)高分子，自制。

　　1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

　　水流抽氣機(jī):廠牌EYELA/型號A－3S;濾紙:廠牌ADVANTEC/型號2#;耐黃變試驗(yàn)機(jī):廠牌QPanel/型號QUV/Basic;色差儀:廠牌MINOLTA/型號CM－3500d。

　　1.3實(shí)驗(yàn)方法

　　1.3.1分散過濾試驗(yàn)

　　1以水為溶劑混合不同類型光穩(wěn)定劑稱取10g不同類型光穩(wěn)定劑，加入100g去離子水中，混合攪拌5min后，將溶液倒入含2#濾紙的水流抽器機(jī)抽濾后，于60℃烘干后稱質(zhì)量，計(jì)算其在濾紙上的殘留率R，光穩(wěn)定劑如表1所示。

表1 不同類型光穩(wěn)定劑

　　2以水性環(huán)氧涂料為溶劑混合不同類型光穩(wěn)定劑稱取10g不同類型光穩(wěn)定劑見表1，加入100g水性環(huán)氧涂料中，混合攪拌5min，再將溶液倒入含2#濾紙的水流抽器機(jī)抽濾后，在60℃烘干后稱質(zhì)量，計(jì)算其在濾紙上的殘留率R。

　　1.3.2人工加速老化試驗(yàn)前配方的配置

　　稱取不同量水性光穩(wěn)定劑EVERSORBEP5，混合水性環(huán)氧固化劑POLYPOXIH7005W和水，攪拌5min后再混合水性環(huán)氧樹脂POLYPOXE403。

　　1.4檢驗(yàn)方法

　　1.4.1試材涂裝

　　將配置好的含不同濃度EVERSORBEP5的水性環(huán)氧涂料噴涂至10cm×7cm×0.1cm鐵制試片，室溫干燥2h。

　　1.4.2人工加速老化試驗(yàn)

　　按ASTMG154—12006年改版，340nm，60℃，8hUV光照/50℃，4h凝結(jié)，利用色差儀觀察加速老化試驗(yàn)過程變化。

　　2·結(jié)果與討論

　　2.1在水和水性環(huán)氧涂料中分散效果最好的光穩(wěn)定劑的篩選

　　本研究是利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測試參數(shù)并分析其結(jié)果，且更重要的是利用其中的“篩選設(shè)計(jì)”找出哪一類光穩(wěn)定劑分散最好的關(guān)鍵因子。篩選實(shí)驗(yàn)計(jì)劃如表2所示。

表2 不同類型光穩(wěn)定劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表3和表4所示。

表3 參數(shù)估計(jì)表

表4 變異數(shù)分析

　　不同類型光穩(wěn)定劑對不同類型溶液分散結(jié)果如圖2所示。橫坐標(biāo)分別為x1和x2。主效應(yīng)圖說明:根據(jù)表2真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用統(tǒng)計(jì)軟件JMPVERSION5.0分析繪制圖2主效應(yīng)圖回歸模型理論的趨勢結(jié)果，如果圖2跟表2愈相近，表示所找到的［回歸模型理論］愈能解釋真實(shí)結(jié)果，主效應(yīng)圖，不但能說明最佳、最差組合，還能看出影響度斜率及預(yù)測值。

圖2 不同類型光穩(wěn)定劑于水分散液中的分散結(jié)果

　　x1表示使用不同類型光穩(wěn)定劑EP－5、EP－A和EP－B，x2表示不同溶液體系環(huán)氧和水，縱軸表示經(jīng)分散過濾后濾紙上殘留率R，值越小，代表分散效果越好，值愈大，代表分散效果越差。

　　由圖2試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，EP－5殘留率最少為2.25%，分散效果最佳，EP－A和EP－B分散過濾后殘留物較多，分散效果不佳。圖3為實(shí)際水溶液過濾測試照片。

圖3 不同類型光穩(wěn)定劑于水溶液分散結(jié)果測試照片

　　不同類型光穩(wěn)定劑于水性環(huán)氧涂料分散殘留率比較見圖4。

圖4 不同類型光穩(wěn)定劑于水性環(huán)氧涂料分散殘留率比較

　　由圖4試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，EP－5殘留率最少為8%，分散效果最佳，EP－A和EP－B分散過濾后殘留物最多，分散效果不佳。圖5為實(shí)際水性環(huán)氧涂料過濾測試照片。

圖5 不同類型光穩(wěn)定劑于水性環(huán)氧涂料中分散結(jié)果測試照片

　　2.2最優(yōu)化探討

　　根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將篩選出的最佳水性光穩(wěn)定劑EP－5，添加于水性環(huán)氧樹脂中，在不同濃度和不同涂膜厚度下進(jìn)行最優(yōu)化探討，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　表5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表6和表7所示。

表6 參數(shù)估計(jì)表截距項(xiàng)

表7 變異數(shù)分析

　不同濃度水性光穩(wěn)定劑EP5與水性環(huán)氧樹脂混合后，噴涂不同厚度涂膜至鐵片上，經(jīng)耐候測試110h結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同濃度EP-5和不同厚度涂膜老化性能比較

　　由圖6試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)涂裝添加3%EP－5水性光穩(wěn)定劑的水性環(huán)氧涂料，膜厚為20μm時(shí)，可以得到最低黃變值，耐候效果最好。相對于增加EP－5的有效濃度，增加涂料的膜厚不是一種最佳的選擇。圖7為實(shí)際水性環(huán)氧涂料耐候測試照片。

圖7 水性環(huán)氧涂料添加光穩(wěn)定劑3%EP-5耐候測試110H照片

　　3·結(jié)語

　　1混合好溶液經(jīng)濾紙過濾后殘留率越低，分散效果越好，EP－5于水中或環(huán)氧水性樹脂中分散性最好;EP－A和EP－B于水中或環(huán)氧水性樹脂中分散性不佳，殘留物很多。

　　2EP－5可以提升水性環(huán)氧樹脂耐候性，提高光穩(wěn)定劑的用量，可以增強(qiáng)耐候性。

　　3膜厚對黃變影響不顯著，增加涂料的膜厚無法得到某種程度的保護(hù)效果。

來源：中國涂料助劑網(wǎng)

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