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三元乙丙橡胶(EPDM)由于其独特的结构易于加工，已广泛应用于汽车、电线电缆、屋顶膜和热塑性硫化石(TPV)等领域。^1、2交联过程通常需要达到所需的化学和物理性能，并通过加入硫或过氧化物，并应用热和压力来激活交联剂和加速器来完成。然而，在某些情况下，应用热来启动交联是困难或不利的，首选低温反应。

涂料、粘合剂和密封剂就是这样一种应用，因为橡胶是在大面积的薄膜上应用的，因此很难加热弹性体进行固化。EPDM具有优异的水、蒸汽、化学和电屏障性能，大大提高了目前可用的弹性丙烯酸、聚氨酯和有机硅涂料。这些特性使EPDM非常适合于屋顶涂料和防腐涂料，特别是在低温或高湿环境中。然而，为了实际应用，必须达到适当的应用粘度、室温交联和足够的工作时间的理想组合。

如果我们看看EPDM橡胶工业，我们会发现许多研究都证明了室温交联。光固化已经证明了几种光引发剂，但要求非常强的紫外线(UV源)限制了它的应用。^3.过氧化物也被使用过，但它们的半衰期温度通常仍超过50度°C，必须在应用前立即混合，具有非常短的应用时间，使它们不利于涂料。⁴

在最近的一项研究中，使用过氧化物交联机制和阳光紫外线交联机制演示了来自市售低分子量EPDM的两种涂层配方。^5、6两种配方交联后均保持良好的EPDM橡胶性能，包括高机械强度、低温柔韧性、疏水性和对极性基底的粘附性。该配方在固体含量、流变性、固化速度、保质期和锅龄等方面均能满足工业防护涂料的要求，且生产成本接近商用弹性丙烯酸涂料。这些涂料也被配制成液体屋面膜，在安装便利性、太阳反射率、耐水性和耐候性方面表现出比固体EPDM板和弹性丙烯酸涂料更好的性能。

在这篇文章中，我们报道了一种可用于涂料和粘合剂的液态三元乙丙橡胶的水性分散体。讨论了形成过氧化物固化、阳光紫外线固化和氧化固化体系的途径。虽然机械性能低于溶剂型涂料，但这些低挥发性有机化合物(VOC)涂料具有低温柔韧性、疏水性、优异的附着力和低水汽透过性能。还介绍了与弹性丙烯酸乳液的共混。

实验

L-EPDM的水性分散

本研究中使用的L-EPDM为三烯^®T65中加入10.5%的二环戊二烯(DCPD)，乙烯/丙烯比例为50/50。简化的结构如图1所示。通过动态粘度测量，EPDM聚合物的分子量约为50,000道尔顿，远低于用于批量复合应用的典型EPDM聚合物。使用专利文献中描述的方法将这种L-EPDM与专有表面活性剂分散在水中。⁷

涂料配方及测试

表1列出了本研究中使用的配方。配方A采用过氧化物交联体系存在的钴和锆催化剂。配方B省略了过氧化氢。配方C使用光引发剂作为交联剂。材料的来源也被列出。所有原料均未经进一步纯化使用。

在所有配方中，分散剂在加入颜料之前溶解在水中。然后将混合物在FlackTek SpeedMixer™中以2000 rpm的速度混合，直到形成均匀的分散体。如果使用了催化剂，然后将其添加到颜料分散体中，并进一步混合2分钟。Ricon 156、SR-350和矿物酒精在闪烁瓶中混合，直到完全溶解，加入到L-EPDM聚合物分散体中，然后在FlackTek SpeedMixer中以2000 rpm的速度混合，以实现均匀的混合。然后将颜料混合物和聚合物分散体以1000 rpm的速度混合形成涂层。在配方C中，最后一步混合加入光引发剂。配方A采用过氧化物固化剂作为单独的成分，以避免过早交联。根据ASTM标准和标准实验室设备对涂层的比重、固体含量和粘度进行了评估。

涂层应用于三种不同的基材——钢、玻璃和离型纸——使用Gardco湿膜涂抹器，厚度为0.5-1.0毫米。配方A在使用前需要混合A和B两部分。配方A和B的涂层在室内室温下干燥7天。配方C在典型的阳光下在室外干燥2天，然后在室内休息5天，然后进行测试。在干燥过程中，使用标准干燥时间测试仪根据ASTM D1640测量干燥时间。干燥后，根据相关ASTM标准，使用标准实验室设备对涂层的物理性能进行评估，包括抗拉强度、断裂伸长率、铅笔硬度、交叉粘结、冲击强度和水汽透射阻力(MVTR)。

与弹性丙烯酸树脂混合

配方B与UCAR混合^®3176 A和Rhoplex^®来自陶氏化学公司的2100-EC, wt% 5-50。所有样品在FlackTek高速混合器中以2000 rpm的速度混合，直到形成均匀的分散体。使用Gardco湿膜涂抹器将涂层应用于0.5-1.0 mm厚度的脱模纸。观察样品的衬底润湿性，并测试伸长率和抗拉强度。

结果与讨论

L‐EPDM的水性分散性能

这种分散体是一种乳白色液体(48 wt%固体，pH 8.0，粒径1-2微米，密度0.9 g/mL，粘度~ 14000 cP，通过Brookfield粘度计测量，主轴64,20 rpm, 20°C)。这种分散从分离到稳定超过一年。如果分离确实发生，L-EPDM颗粒漂浮，并在容器底部留下一层薄薄的水。分散剂可以通过摇动或搅拌重新均质。

涂料配方的性质

表2列出了上述三种配方的湿式涂料和干式漆膜的性能。

原始分散体的粘度足够低，允许泵送和易于混合的配方。颜料分散剂中添加的水进一步降低了粘度，使这些涂料可以很容易地使用与涂料通常使用的相同方法，包括滚涂、刷涂和喷涂。固化后，所有配方都显示出良好的机械强度和断裂伸长率，表明在弹性材料中需要足够的交联程度。值得注意的是，所有配方对钢基材具有良好的附着力和高水汽透射率(MVTR)，使其具有良好的防腐性能。

同样值得注意的是，在配方中加入过氧化物只会适度地减少涂层的干燥时间，对最终薄膜的物理性能影响很小。因此，在制作该涂料时不需要额外增加过氧化物的费用和混合步骤。机械性能的差异可以通过改变配方来弥补，这是当前工作的重点。

水性L-EPDM涂层的光交联效率值得关注。水分散Irgacure 819DW的选择是该涂料成功的关键。双酰氧化膦(BAPO)类型的光引发剂能够有效地固化EPDM聚合物，因为它在自然阳光中常见的UVA波长(315-400 nm)的影响下解离(图2)。BAPO在表面和穿透固化方面都很出色，并且不受TiO的抑制₂色素。

光引发剂的负载水平也影响涂层的固化速度。图3显示了达到最佳固化时间所需的光引发剂数量的限制。如果固化太快，涂药器将没有足够的时间适当覆盖基材。因此，不需要使用大于4.5 wt%的光引发剂。光引发剂负载对机械性能的影响是一个正在进行的研究课题。

水性L-EPDM与弹性丙烯酸乳液共混物的性能

UCAR和Rhoplex弹性丙烯酸乳液的纯样品在释放纸上的润湿性较差，在应用时起珠。随着L-EPDM含量的增加，底物润湿性提高，当L-EPDM配方的负载量为50 wt%时，润湿性与L-EPDM配方本身一样好。随着L-EPDM载荷的增加，拉伸强度增加，伸长率下降(图4)，表明在此载荷下形成了互穿网络。润湿强度和抗拉强度的提高表明了L-EPDM作为弹性屋面涂料增强添加剂的实用性。这些结果与Lion先前制备的乳胶混合物类似。