吳宗漢，劉勝波，薛磊
(武漢海源九天新材料有限公司，湖北武漢430051)
摘要：評(píng)述了環(huán)氧樹(shù)脂涂料常溫固化劑的重要作用、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)。
關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂涂料;固化劑;發(fā)展動(dòng)態(tài)
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ630.4+93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-1696(2014)03-0019-06
0·引言
環(huán)氧樹(shù)脂因其結(jié)構(gòu)上特有的環(huán)氧基、羥基和醚鍵而具有優(yōu)異的黏著性、絕緣性、防腐性和耐化學(xué)品性，成為最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料樹(shù)脂品種之一。每年世界上約有40%以上的環(huán)氧樹(shù)脂用于制造環(huán)氧涂料，其中大部分用于工業(yè)防腐領(lǐng)域，比如橋梁、車(chē)輛、船舶、港口、礦山、石油、化工等領(lǐng)域。但是環(huán)氧樹(shù)脂只有配套使用特定的固化劑才能發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成網(wǎng)狀大分子，從而顯示出優(yōu)異的特性。固化劑是環(huán)氧樹(shù)脂涂料體系中不可或缺的組分，起著至關(guān)重要的作用。可以說(shuō)開(kāi)發(fā)一種新的固化劑就相當(dāng)于開(kāi)發(fā)一種新的環(huán)氧樹(shù)脂或新的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，對(duì)現(xiàn)有固化劑的改性和新固化劑的開(kāi)發(fā)是環(huán)氧固化劑的發(fā)展趨勢(shì)[1]。
1·固化劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂涂料性能的影響
環(huán)氧樹(shù)脂涂料的性能隨固化劑種類(lèi)的不同而有較大差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的力學(xué)性能。
環(huán)氧樹(shù)脂涂料的反應(yīng)活性高、交聯(lián)密度大，故涂膜抗蝕性好。但同時(shí)也存在物理機(jī)械性能不足，如彈性較差、脆性偏大等問(wèn)題，可以通過(guò)引入帶柔性鏈段的固化劑，如帶長(zhǎng)鏈脂肪酸的聚酰胺予以改進(jìn)。
(2)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的工藝性能。
環(huán)氧樹(shù)脂涂料常在現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模施工，存在揮發(fā)物的毒性和在潮濕及低溫環(huán)境下的可操作性問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了多種無(wú)毒或低毒，且具有優(yōu)良的施工性、力學(xué)性能和抗蝕性的改性固化劑，如改性酮亞胺類(lèi)固化劑。
(3)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的耐蝕性。
不同環(huán)氧固化體系的耐蝕性也有較大差別。胺類(lèi)固化劑固化的環(huán)氧樹(shù)脂耐堿性好而耐酸性較差，因固化后形成的叔胺結(jié)構(gòu)易與酸反應(yīng)生成叔銨鹽。而酸酐固化劑固化的環(huán)氧樹(shù)脂正好相反，耐酸性好而耐堿性較差，因固化后形成的酯基在堿性條件下發(fā)生不可逆的水解反應(yīng)。
(4)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的耐溫性。
采用脂肪族胺固化劑固化的環(huán)氧樹(shù)脂，其熱變形溫度較低，通常僅為70~80℃。采用合適的芳香族固化劑或酸酐類(lèi)固化劑，可使熱變形溫度提高至150℃左右，但后兩類(lèi)固化劑單獨(dú)應(yīng)用一般需在加熱條件下固化。
(5)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的介電性能。
當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂用于絕緣涂料時(shí)，可選擇使用偏苯二酸酐的改進(jìn)共聚物作固化劑，可明顯提高涂料的耐熱性和介電性能。
2·國(guó)內(nèi)外常溫固化劑的比較
出于防腐涂料現(xiàn)場(chǎng)施工的需要，環(huán)氧樹(shù)脂涂料一般采用常溫固化劑，主要品種有：脂肪胺、芳香胺、脂環(huán)胺、多醚胺、芳脂胺、聚酰胺及各種改性胺等。國(guó)外環(huán)氧樹(shù)脂涂料固化劑品種很多，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平遠(yuǎn)居前列。一般的防腐底漆采用改性脂肪胺固化劑(美國(guó)聯(lián)碳公司的ZZL-系列、荷蘭殼牌化學(xué)公司的U系列和美國(guó)陶氏化學(xué)公司的DEH52等)和聚酰胺固化劑(德國(guó)科寧公司的V系列、日本旭化成公司的G系列等)。而對(duì)于要求較高的重防腐涂料，如高固體分涂料或無(wú)溶劑涂料則選用改性芳脂胺、改性脂環(huán)胺和多醚胺類(lèi)固化劑(美國(guó)乙基公司的E-100、m-APA，德國(guó)巴斯夫公司的D系列、T系列、美國(guó)亨斯邁公司的M系列、ED系列等)。
國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂涂料的研發(fā)偏重于環(huán)氧樹(shù)脂，而對(duì)固化劑的開(kāi)發(fā)則落后于國(guó)外。主要停留在脂肪胺及其改性產(chǎn)品上。幾種代表性的常溫固化劑是：593固化劑(二乙基三胺和環(huán)氧丙烷丁基醚的加成物)、590固化劑(間苯二胺和苯基縮水甘油醚的加成物)、T31固化劑(多胺、甲醛和苯酚的曼尼希加成物)、酮亞胺固化劑(酮類(lèi)與多元胺反應(yīng)的水下固化劑)、650、651固化劑(由干性油酸二聚體和多元胺反應(yīng)制成的聚酰胺樹(shù)脂)等。
與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂涂料固化劑不僅在品種數(shù)量上，而且在性能質(zhì)量上，如產(chǎn)品顏色、干性、物性、耐蝕性、耐熱性及施工應(yīng)用性等方面都有較大差距，這也是今后研究的重點(diǎn)和改進(jìn)方向。
3·國(guó)內(nèi)外常溫環(huán)氧固化劑的發(fā)展動(dòng)態(tài)
國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的開(kāi)發(fā)和改性非常活躍，現(xiàn)僅就常溫固化的環(huán)氧樹(shù)脂涂料固化劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用動(dòng)態(tài)作一介紹。
3.1 改性多元胺
脂肪族或芳香族多元胺類(lèi)固化劑，因其操作簡(jiǎn)便、各種性能良好而被廣泛采用。但存在著易揮發(fā)、氣味和脆性大等缺陷，對(duì)此，研究人員進(jìn)行了改性工作。杜邦公司[2]采用2種脂肪族二胺和1種脂環(huán)族二胺制備了加成型環(huán)氧固化劑，即2-甲基戊二胺(MPMD，商標(biāo)為DYTEK®A)、1，3-戊二胺(DAMP，商標(biāo)為DYTEK®ER)和1，2-環(huán)己二胺(DCH99)。這類(lèi)固化劑毒性低、氣味小，用其制備的涂料具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、高硬度和良好的光澤。其中MPMD固化快，色淺;DCH99黏度低，固化較慢，加酸催化劑后顏色加深;DAMP黏度最低，顏色最淺，其固化速度介于前兩者之間。
陶氏化學(xué)開(kāi)發(fā)的特種固化劑XZ92441.01可用于工業(yè)防腐涂料;D.E.H.58為混合胺類(lèi)固化劑，可室溫快干。歐洲專(zhuān)利[3]報(bào)道了一種低黏度，且不含環(huán)境有害物質(zhì)(如苯酚和溶劑)的環(huán)氧樹(shù)脂固化劑，含聚氨酯化合物和固化促進(jìn)劑，其組成物可以低溫固化，且固化膜外觀及性能優(yōu)異。
AirProducts公司推出了系列高性能環(huán)氧樹(shù)脂固化劑——改性多元胺，其中CX-101具有長(zhǎng)效防腐性;CX-110B具有低溫固化性，用于重防腐和船舶涂料中;X-2282和X-110E采用弱溶劑，前者能快速固化，均可用于防腐涂料中;IM-544、I-90S、NB-90S和W-100均為無(wú)溶劑類(lèi)產(chǎn)品，皆可用于防腐和地坪涂料中。其中IM-544、I-90S是低氣味、耐候性品種;I-90S還具有潤(rùn)濕浸涂性，可用于表面處理要求不高的場(chǎng)合;NB-90S兼具耐候性和低溫固化性;W-100具有低溫快速固化性，還可用作固化促進(jìn)劑。