Introduzione: epossidico all’acqua — insegnare a questo “tigre dell’olio” che è l’epossidico a “nuotare”
Le vernici epossidiche sono il re dei rivestimenti anticorrosione: resistenza alla nebbia salina >3000 h, adesione >8 MPa, ottima resistenza chimica, ma sono a base oleosa e non sono solubili in acqua. La sfida centrale dell’epossidico all’acqua è: disperdere stabilmente in acqua una resina epossidica completamente idrofobica e un indurente amminico idrofobico, e far sì che, dopo l’evaporazione dell’acqua, i due reagiscano normalmente per reticolazione formando un rivestimento denso e impermeabile. La soluzione dei chimici è: innestare sui monomeri della resina epossidica e dell’indurente amminico segmenti idrofili di PEO (polietilene ossido), come se si rivestisse l’olio di un mantello d’acqua; i segmenti PEO interagiscono con l’acqua tramite legami idrogeno, mantenendo stabili le particelle sospese in acqua.
Le vernici epossidiche a base acquosa sono ottenute introducendo segmenti catenari idrofili (PEO/PPO——poliossietilene/poliossipropilene——non ionici idrofili) sulle molecole di resina epossidica e/o dell’indurente amminico——in modo che il sistema possa autoemulsionarsi in acqua formando una dispersione stabile di epossidica/ammina a livello submicrometrico——dopo l’applicazione l’acqua evapora——le particelle di epossidica e le particelle di ammina fondono——avviene la reazione di reticolazione——si forma una rete tridimensionale——un sistema di verniciatura industriale anticorrosiva a due componenti a base acquosa che combina le elevate prestazioni anticorrosione della resina epossidica (resistenza alla nebbia salina >1500-2500h) e l’ecocompatibilità e sicurezza delle vernici a base acquosa (VOC<50-100g/L).
I. Confronto tra le due rotte tecnologiche per epossidici a base acqua
| Rotta | Principio | Dimensione particelle (μm) | Resistenza all’acqua | Resistenza alla nebbia salina (h) | Posizione attuale |
|---|---|---|---|---|---|
| Tipo I: epossidica autoemulsionabile | Resina epossidica con innesto chimico di PEO idrofilo——autoemulsione con aggiunta di acqua | 0,5-2 | Media-Buona | 1500-2500 | >70% del mercato——la più diffusa |
| Tipo II: epossidica con emulsione esterna | Epossidica convenzionale + emulsionante esterno——emulsione ad alta velocità di dispersione | 2-10 (grossolana) | Scarsa (residuo di emulsionante) | 500-1000 | <10%——in fase di eliminazione |
| Indurente a base di addotto amminico acquoso | Amina alifatica + piccola quantità di pre-reazione epossidica——addotto | Dopo miscelazione 0,5-3 | Buona | In abbinamento al Tipo I——>1500-2500 | >60% quota di mercato |
| Indurente amminico autoemulsionabile acquoso | Molecola di ammina con innesto di PEO/PPO idrofilo——autoemulsione | Dopo miscelazione <0,5 (più fine) | Buona-Ottima | In abbinamento al Tipo I——>2500-3500 | 15-20%——alta gamma |
Domande frequenti
Q1: Maturazione (Induction) dell’epossidico acquoso — perché dopo la miscelazione A+B deve riposare >30 min prima dell’applicazione? Dopo la miscelazione di A (emulsione epossidica) e B (indurente amminico acquoso) dell’epossidico acquoso — è necessario un tempo di maturazione — per permettere alle molecole di ammina di pre-reagire con i gruppi epossidici sulla superficie delle particelle di epossidico — consumando parte dell’ammina libera ad alta reattività — riducendo il rischio di ingiallimento dell’ammina (l’ammina libera non reagita migra in superficie — reagisce con CO2/H2O nell’aria — generando macchie bianche di carbammato — compromettendo gravemente l’adesione tra strati). Allo stesso tempo — la maturazione fa sì che epossidico e particelle di ammina inizino a fondersi preliminarmente — la dimensione delle particelle aumenta da 0,5-2 μm a 2-10 μm — indicando che la reticolazione è stata avviata. Tempo di maturazione insufficiente (60-90 min) — la viscosità della miscela aumenta — si avvicina al limite del Pot Life — difficile da spruzzare. 30 min (25°C) è la finestra di maturazione ottimale per la maggior parte dei sistemi epossidici acquosi.
Q2: Perché il Pot Life dell’epossidico all’acqua è più breve di quello a solvente, ma l’aumento di viscosità è più ripido?L’epossidico all’acqua ha solitamente un Pot Life di 2-6h (25°C) — più breve del sistema epossidico a poliammide a solvente (>8h) — a causa della combinazione di due fattori: (1) la presenza dell’acqua — l’acqua è un solvente polare — accelera la reazione di apertura dell’anello tra ammina ed epossidico (i legami idrogeno delle molecole d’acqua aiutano ad attivare il gruppo epossidico — abbassando l’energia di attivazione della reazione); (2) la continua evaporazione dell’acqua — fa aumentare gradualmente il contenuto solido del sistema — aumenta la concentrazione delle particelle — aumenta la frequenza di collisione tra le particelle — accelera la velocità di reticolazione — e fa salire la viscosità. Ecco perché la curva viscosità-tempo dell’epossidico all’acqua è più ripida — nei primi 2-3h la viscosità sale lentamente — dopo 3-4h decolla improvvisamente — vicino a 4-6h potrebbe non essere più nebulizzabile. Punti chiave per la gestione dell’applicazione: controllare la quantità miscelata per singola volta (non superare la quantità nebulizzabile entro 2h — poco e spesso) — abbassare la temperatura ambiente di lavoro (<25°C — ritardare la reazione — prolungare il Pot Life).
Q3: Resistenza all’acqua delle epossidiche acquose — perché le catene idrofile PEO autoemulsionanti riducono la resistenza all’acqua del rivestimento — come compensare?Le catene idrofile PEO (-CH2CH2O- — che interagiscono fortemente con l’acqua tramite legami idrogeno) innestate sulle epossidiche autoemulsionanti di Tipo I rimangono all’interno del rivestimento dopo l’essiccazione — diventando autostrade per la penetrazione dell’acqua — le molecole d’acqua si diffondono rapidamente lungo i segmenti PEO — riducendo la resistenza del rivestimento — accelerando la corrosione. Strategie di compensazione: (a) minimizzare il contenuto di PEO — purché sufficiente per l’autoemulsionabilità (10%) — riducendo i canali di penetrazione dell’acqua; (b) massimizzare la densità di reticolazione — una rete altamente reticolata blocca le catene PEO — limitandone il movimento — riducendo l’interazione con l’acqua; (c) modifica idrofobica — collegare alle estremità PEO alchili idrofobici (C12-C18) — impedendo la penetrazione dell’acqua lungo le PEO — mantenendo al contempo la capacità autoemulsionante delle PEO — questa è attualmente la migliore soluzione di equilibrio.
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Riassunto
Rivestimenti epossidici a base acqua — modificati idrofilicamente tramite PEO/PPO — per l’autoemulsificazione in acqua di epossidica e indurente amminico — l’autoemulsificazione di Tipo I + addotto amminico acquoso è il sistema dominante attuale (>70% del mercato) — sacrifica in parte la resistenza all’acqua (nebbia salina 1500-2500h vs. solvente >3000h) in cambio di sicurezza ed ecosostenibilità (VOC 30 min — eliminare le ammine libere), gestione del Pot Life (2-6 h — poco e spesso), controllo dell’evaporazione dell’acqua (ausiliario di filmogenesi a essiccazione lenta — anti-cratere e anti-colatura). Kexin New Materials offre ai clienti supporto completo per formulazioni epossidiche a base acqua e selezione di indurenti amminici acquosi.