绿色建筑用新型环氧树脂体系
作者 Daniel J. Weinmann, Matthew Sumpter, Mingbo He和Daniel Horvath，Hexion公司, 德克萨斯州，Stafford
“绿色建筑运动”促进了可持续建筑的发展。瀚森（Hexion）公司通过采取可持续发展的综合方法，通过环境和产品管理、安全和合规性为利益相关者创造长期价值，来支持这项工作的根本目标。该可持续发展方案指导现有绿色建筑的产品开发。本文介绍的特种环氧树脂和胺固化剂，不仅能改善性能，还能降低VOC含量和降低室内污染排放。
经过多年的维护，业主和市政当局已经认识到基础设施的好处，如地板、屋顶、甲板、路面、支撑结构和高性能应用中的加固构件等维护。在当今对成本敏感的环境下，实现质量和美观要求的首选方法是翻新和更换。在大多数情况下，成本较低的选择是维护和维修，以延长基础设施的使用寿命。
高性能水性环氧树脂体系
政府和公共部门对可持续发展的日益重实，正在全球范围内推动对挥发性有机化合物采取更严格的监管措施。这股“绿色浪潮”正激励着整个建筑业的变革。高性能水性环氧树脂体系正好满足了市场对更长使用寿命、更低VOC含量和更高性能产品的需求。随着水性体系在全球范围内不断取代传统的溶剂型环氧树脂/聚酰胺涂料，更为重要的是在低VOC下实现更好的性能和更低的成本。
使用无助溶剂环氧树脂EPI-REZ™ 7720-W-50和疏水性胺加合固化剂EPIKURE™ 6870-W-53，可使成品获得超低VOC含量（小于50g/L）和更高性能。环氧树脂和固化剂组分均采用专有的非离子表面活性剂，这些表面活性剂会预反应到树脂主链中。树脂和固化剂的性能总结见表1。
图1显示了超低VOC、高光泽白色瓷漆和高光泽封闭清漆的产品效果。
在小于50g/L VOC的白色底漆中，这种高性能水性环氧树脂体系可以配制成具有优异的耐水性、更好耐腐蚀性和较长使用寿命的涂料产品。表2显示了混凝土和金属上两种涂层体系的数据。
图2将基于新环氧树脂分散体的超低VOC底漆，与市售溶剂型环氧树脂/聚酰胺固化剂涂料，在1000小时的耐盐雾性能上进行了比较。两种涂层均以3mils的干膜厚度涂覆在冷轧钢基材上，在环境条件下（77°F，55%R.H.）固化7天。水性环氧涂层在耐腐蚀性能（现场起泡和划痕蠕变）方面优于参考的溶剂型涂层。
2018年6月，美国环保署指定全国51个地区为非达标区，这些地区未来可能采用更低的VOC限制标准。 2 因此，溶剂型环氧树脂类型1的应用将继续受到挑战。满足这些低挥发性有机化合物标准要求的最简单的方法，是切换到一个中等分子量、更高固态的树脂。如表3所示，EPIKOTE™ 874L-X-90树脂的粘度明显低于如EPON™ 1001-X-75这样的溶剂型类型1树脂。改为高固态环氧树脂，使涂料配方能够满足250 g/L VOC的最大限额要求，同时保持优异的性能。
与类型1环氧树脂相比，这些高固态环氧树脂具有较低的粘度和同等效果的耐腐蚀性。这种经济有效的环氧树脂可以与无苯甲醇固化剂EPIKURE3175结合，用于金属或混凝土保护。与标准液体环氧树脂相比，这种高固态树脂具有更快的干燥时间、更好的耐腐蚀性和更长的活化时间。
降低室内气体排放的胺固化剂
环氧树脂和胺类固化剂体系固化后，可制备成机械强度高、耐化学性好的专用涂料，这在建筑业中是众所周知的。独特的胺固化剂EPIKURE 580与改性环氧树脂EPIKOTE 240结合时，会产生与市售脂环族固化剂相同的高性能，具体如表4所示。
该胺固化剂不含苯甲醇或沸点低于250℃的任何其他组分。此外，它不含壬基酚，且双酚A的含量超低。基于该固化剂的涂料在自流平地板应用中具有优异的施工性、较好的表面质量、较高的反应性和优异的硬度发展。
DIN EN 13419-2测试方法使用特定的测试方法测量配方中挥发性有机化合物的排放。该方法确定了建筑产品在规定条件下VOC的面积比排放率。获得的排放数据可用于计算模型室内的挥发性物质浓度。
根据欧洲AgBB标准，我们对低排放固化剂进行了室内试验。在该AgBB评估中，未添加任何填料或溶剂的纯环氧树脂体系样品在室温下固化，并在23℃的密闭测试室中保存28天。图3显示了根据DIN13419方法，在3天和28天后，通过气相色谱法测定的VOC排放量。试验结果证实，与标准环脂肪胺固化剂EPIKURE 541相比，EPIKURE 580的排放量要低得多。
柔性胺固化剂EPIKURE 3204具有低粘度、低当量、颜色较浅和改善固化效果等组合性能。该柔性固化剂不含任何苯甲醇或壬基酚，与液体环氧树脂结合后，在金属和混凝土的应用中能提供出色的附着力。表5总结了它的物理性能和固化状态性能。
水汽阻隔
我们设计了一种无溶剂环氧树脂体系，用于制备水汽阻隔涂料。该水汽抑制体系（MVSS），使用了固化剂EPIKURE 3393和树脂EPON 233，现已通过第三方测试确认其可提供＜0.10 perm的渗透率。在这种低渗透率下，当涂料配制得当，并应用于制备良好的混凝土表面时，所得产品可被视为1级蒸汽扩散缓凝剂。这些1级涂料可能适用于各种饰面地板，如乙烯基瓷砖和薄板瓷砖、橡胶地毯背衬、硬木和无溶剂环氧地坪涂料等等。
在图4中，绿色突出显示区域表示测试模型预测的1级蒸汽扩散缓凝剂的性能。获得1级评级的最小膜厚，取决于混凝土的固化时间。
改性的脂环胺固化剂
提高耐候性的首选方法之一是使用低黄变的脂环胺固化剂。这类固化剂具有优异的耐化学性、高光泽、低粘度，广泛应用于涂料和地坪、机械底座、储罐衬里、二次密封和低温固化应用等领域。
基于氢化环氧树脂EPONEX™ 1510的体系具有低黄变、更好的抗粉化性和优异的保光性，适用于多种终端用途，包括胶衣、装饰性骨料和铸件。环状脂肪族树脂与改性脂环胺固化剂的组合使抗紫外线性能也得到了改进。
图5比较了暴露7天后几种环氧树脂体系的耐黄变性能。最上面一排样板说明了标准脂环族固化剂与稀释改性基于双酚A的环氧树脂的性能表现。第二排显示了EPIKURE 196与同样的环氧树脂的性能表现。最后一排显示了氢化环氧树脂EPONEX 1510与低黄变的脂环胺固化剂EPIKURE 196相结合的性能表现。
将环氧聚硅氧烷杂化树脂EPOSIL™ 5550与氨基硅烷固化剂相结合，可显著改善涂料性能。环氧聚硅氧烷树脂的性能见表6。
表7比较了基于环氧聚硅氧烷杂化体系的白色瓷漆和两种市售产品的性能，这两种市售产品一种是标准白色瓷漆（市售A），另一种是清漆（市售B）。与市售体系相比，杂化环氧瓷漆的显著优点包括高硬度、低混合粘度和更长的活化期。
杂化环氧树脂、市售A和市售B三种体系的粘度活化期如图6所示。众所周知，市售涂料（A和B）使用了环氧/聚硅氧烷混合树脂，因此这是一个公平的基准对比试验。活化期研究表明，使用了EPOSIL5550的杂化环氧涂料在4个小时的活化期内具有更低的混合粘度。
图7总结了杂化环氧树脂、市售A和市售B三种体系的Delta E数据。QUV-A暴露1000小时后，白色瓷漆的可比Delta E（黄变）结果小于2。
环氧/聚硅氧烷杂化树脂可配制成低黄变、低混合粘度、耐高温的非异氰酸酯固化涂料。环氧聚硅氧烷技术的另一个好处是可能可以从应用过程中去除一个涂层，这为终端用户提供了巨大的价值。
环氧树脂体系以其优异的耐腐蚀性而闻名，如今，其保光性也得到了显著提高，那么则有可能将三涂层体系转换为双涂层体系（图8）。如此一来，既可以降低劳动力成本，也加快了产品的周转时间。
当与氨基硅烷固化剂交联时，聚硅氧烷环氧杂化树脂会形成一个相互渗透的网络，能提供更好的耐候性、耐高温性和减少户外环境中的污垢性能。这些环氧聚硅氧烷杂化面漆可以配制成清漆和色漆，由于24小时后永久性标记墨水可以被完全去除，因此涂料也具有防涂鸦的潜力（图9）。
标准环氧涂料的施工温度一般要低于400°F。如表8所示，环氧聚硅氧烷杂化树脂（如EPOSIL5550）在持续高温（高达~600°F）下仍具有较高的耐热性（较低的质量损失）。
公共和私营部门实体都在积极倡导可持续发展，建筑业也不例外。更环保的产品，具有更低的溶剂排放（VOC）、更低的室内空气排放和更高的性能，使配方设计师能够为客户（即承包商、工程师、建筑师和业主）开发更具可持续性的（绿色）产品。
例如，基于无助溶剂水性环氧树脂或高固态环氧树脂的超低VOC涂料满足了市场对VOC合规性和更高性能的需求。无溶剂胺固化剂为降低室内空气排放或聚氨酯类涂层的柔韧性提供了选择。特殊设计的环氧树脂体系可提供小于0.1 perms的水汽渗透率（1级水汽阻隔）。最后，还可以选择使用脂肪族环氧树脂来提高耐黄变性和延长使用寿命。本文中的环氧树脂体系可配制成胶凝涂层、衬垫、填缝胶、粘合剂、防腐底漆和面漆等，并被使用在最具挑战性的环境中。
1 Vogt, H. et. al. Global Waves of Change,Paint& Coatings Industry,Aug.2019,p.27-31.
2 https://www.paint.org/colorado-aim/”Colorado to Develop Architectural and Mainte-nance AIM and Consumer Products Rules”, July17, 2018.
3 “Superior Moisture Vapor Control using EPON™ Resin 233 with EPIKURE™ Curing Agent 3393 Epoxy System”, publication number HXN-707 from Hexion Inc.
本文收录在《PCI中文版》杂志2020年07月刊中
