環(huán)氧厚漿中間漆固化劑生產(chǎn)工藝的研究

宋小莉，姚改寧，雍濤，杜愈拓，強(qiáng)富彬，景文科，羅維君 （西北永新涂料有限公司，甘肅蘭州 730046）

0 引言

固化劑是環(huán)氧樹脂固化物的重要組成部分，通常情況下，固化劑具有穩(wěn)定的多官能度和化學(xué)結(jié)構(gòu)，在與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng)時(shí)，可以有效地提高環(huán)氧樹脂的穩(wěn)定性和交聯(lián)度［1］。環(huán)氧厚漿中間漆具有高固含量、低VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的特點(diǎn)，其最常用的固化劑之一是聚酰胺類固化劑。在常溫條件下，環(huán)氧樹脂與聚酰胺固化劑的反應(yīng)速率比較慢，以至于形成的漆膜干燥速度過慢，導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)胺析出的弊病，具體是指由于漆膜固化和干燥速度緩慢，干燥過程中涂層內(nèi)的胺游離到涂層表面，和空氣中的CO2和水汽發(fā)生反應(yīng)，生成胺基甲酸鹽，導(dǎo)致涂層表面形成一層白色或暗棕色的發(fā)黏物質(zhì)，影響產(chǎn)品的使用功能。同時(shí)，由于環(huán)氧樹脂與聚酰胺固化劑的反應(yīng)速率比較慢，導(dǎo)致生產(chǎn)耗時(shí)過長(zhǎng)，生產(chǎn)成本上升。

為了提高環(huán)氧厚漿中間漆的干燥速度、減少漆膜胺析出的概率，并且在生產(chǎn)時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，本研究采用的環(huán)氧厚漿中間漆固化劑熱加成工藝可以很好地解決以上問題，具有非常重要的意義。

1 試驗(yàn)部分

本研究對(duì)環(huán)氧厚漿中間漆固化劑分別在40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃不同溫度下進(jìn)行熱加成摸索試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)和破壞試驗(yàn)，同時(shí)考察了樣品的貯存性能。

1.1 主要原料

二甲苯，工業(yè)級(jí)，國(guó)產(chǎn)；聚酰胺固化劑，國(guó)產(chǎn)；E-51環(huán)氧樹脂，國(guó)產(chǎn)；環(huán)氧促進(jìn)劑，國(guó)產(chǎn)。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

GFJ-0.4高速分散機(jī)，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司；電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；密度杯，天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司；智能恒溫電熱套，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；STM-V斯托默黏度計(jì)，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司；溫度計(jì)。

1.3 試驗(yàn)配方

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 常溫試驗(yàn)

（1） 在潔凈的樣罐里準(zhǔn)確加入配方量的二甲苯、聚酰胺固化劑，低速攪拌均勻。再加入E-51環(huán)氧樹脂，攪拌，使其混合均勻；

（2） 密封樣罐，將其置于溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%的環(huán)境條件下，每天跟進(jìn)檢測(cè)樣品的黏度；

（3） 當(dāng)樣品黏度不再增加時(shí)，加入環(huán)氧促進(jìn)劑，低速攪拌均勻后檢測(cè)固化劑樣品的黏度、相對(duì)密度、胺當(dāng)量等指標(biāo)。

1.4.2 熱加成試驗(yàn)

熱加成試驗(yàn)選擇了40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃共4個(gè)溫度條件，在這4個(gè)溫度條件下分別進(jìn)行加成反應(yīng)，隨時(shí)觀察樣品黏度的增長(zhǎng)情況，摸索熱加成試驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間。

（1） 在干凈的燒瓶中準(zhǔn)確加入配方量的二甲苯和聚酰胺固化劑，攪拌均勻后再準(zhǔn)確加入E-51環(huán)氧樹脂，充分?jǐn)嚢瑁?/p>

（2） 分別緩慢升溫至40 ℃、60 ℃、80 ℃、100℃，在4個(gè)溫度條件下保持熱加成反應(yīng)；

（3） 檢測(cè)樣品的黏度，當(dāng)樣品黏度達(dá)到105～110 KU時(shí)，加入環(huán)氧促進(jìn)劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍樱瑱z測(cè)樣品的最終黏度、相對(duì)密度、胺當(dāng)量等指標(biāo)。

試驗(yàn)配方見表1。

表1 試驗(yàn)配方表Table 1 The test formula table

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 常溫試驗(yàn)記錄

常溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 常溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 2 The data sheet of normal temperature test

2.2 熱加成摸索試驗(yàn)

為了能在摸索試驗(yàn)過程中更好地控制固化劑黏度的增長(zhǎng)，多次取樣，測(cè)定樣品黏度，并在黏度達(dá)到中控指標(biāo)范圍時(shí)，加入環(huán)氧促進(jìn)劑，測(cè)量固化劑的相對(duì)密度、胺當(dāng)量等指標(biāo)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表見表3。

表3 熱加成摸索試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 3 The data sheet of thermal addition groping test

2.3 熱加成驗(yàn)證試驗(yàn)

熱加成驗(yàn)證試驗(yàn)是在摸索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對(duì)40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃熱加成工藝進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 熱加成驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 4 The data sheet of thermal addition verification test

2.4 熱加成破壞性試驗(yàn)

破壞性試驗(yàn)是在摸索試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，延長(zhǎng)固化劑在40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃的恒溫時(shí)間，繼續(xù)觀察樣品黏度的增長(zhǎng)情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 熱加成破壞性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 5 The data sheet of thermal addition destructive test

2.5 不同工藝反應(yīng)時(shí)間的對(duì)比

改進(jìn)環(huán)氧厚漿中間漆固化劑生產(chǎn)工藝的目的之一就是為了縮短固化劑加成反應(yīng)的時(shí)間，對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)比出改進(jìn)前后兩種不同工藝的生產(chǎn)時(shí)間，從而更加確定工藝改進(jìn)的目的和意義。溫度-反應(yīng)時(shí)間圖見圖1。圖1結(jié)果表明：環(huán)氧厚漿中間漆熱加成反應(yīng)的時(shí)間明顯縮短，常溫反應(yīng)需4 d（5 760 min）的時(shí)間，而40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃熱加成反應(yīng)的時(shí)間分別縮短為2 160 min、330 min、110 min和35 min。

圖1 溫度-反應(yīng)時(shí)間圖Figure 1 Temperature-reaction time diagram

2.6 熱加成試驗(yàn)樣品的貯存穩(wěn)定性

將試驗(yàn)樣品在50 ℃烘箱中放置20 d后，分別對(duì)其黏度、相對(duì)密度和胺當(dāng)量等指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè)；同時(shí)將熱加成試驗(yàn)制備的環(huán)氧厚漿固化劑與環(huán)氧厚漿中間漆按比例混合，固化后檢測(cè)漆膜的常規(guī)性能、干燥時(shí)間等指標(biāo)，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

測(cè)試結(jié)果見表6：

表6 樣品儲(chǔ)存穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果表Table 6 Test results of storage stability of samples

續(xù)表

由表6數(shù)據(jù)可知，貯存前后固化劑的各項(xiàng)性能均無明顯變化，貯存性能穩(wěn)定。

3 結(jié)語

（1） 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，熱加成反應(yīng)工藝適用于環(huán)氧厚漿中間漆固化劑的生產(chǎn)。

（2） 在熱加成反應(yīng)中，40 ℃、60 ℃、80 ℃和100℃4個(gè)溫度條件均能滿足技術(shù)要求，對(duì)產(chǎn)品黏度和胺當(dāng)量的影響不大，漆膜性能、干燥性亦無明顯區(qū)別，但是考慮到中試放大后生產(chǎn)控溫的條件和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，最后確定中試熱加成生產(chǎn)的溫度為60 ℃。

（3） 實(shí)際運(yùn)用熱加成反應(yīng)生產(chǎn)固化劑時(shí)，需配備專用設(shè)備，避免與其它產(chǎn)品混用，并要求有完好的升溫和降溫裝置。

（4） 在實(shí)際生產(chǎn)中，為確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，對(duì)投料準(zhǔn)確性、生產(chǎn)過程控制要求較嚴(yán)格，且要保證產(chǎn)品反應(yīng)合格后，能即刻加入環(huán)氧促進(jìn)劑，并及時(shí)包裝。