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2019-02-17 13:38 来源:慧聪网

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防锈增强型无溶剂环氧防腐涂料的研制    
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谢亦富 张虎 李国荣 冯俊 郭达晨 刘其海

(广州秀珀化工股份有限公司,广东广州511495)

摘要:以环氧树脂为基料,以聚酰胺为固化剂,采用复合无毒环保防锈颜料并配以硅钛防锈增强剂,制备了一种环境友好型无溶剂环氧防腐涂料。讨论了颜料质量分数、固化剂种类及用量、活性稀释剂用量、流变助剂、不同环保防锈颜料组合、硅钛防锈增强剂对涂料性能的影响。

关键词:无溶剂环氧涂料;防腐涂料;无毒防锈颜料;硅钛防锈增强剂

中图分类号:TQ630.7文献标识码:A文章编号:1009-1696(2013)01-0009-04

0·引言

近年来,随着国家对绿色生态技术的重视及人们环保意识的增强,环境友好型高性能防锈防腐涂料已成为防腐涂料技术发展的重要方向和研究热点。防锈颜料是防锈防腐涂料的基本成分之一。传统防锈颜料可分为活性类与惰性类。惰性颜料在涂层中充当填料仅起屏蔽作用而不起化学作用,且不受气候的影响,如氧化铁红、铝粉、石墨等。而活性颜料通过在被保护的金属表面上形成钝化膜,或形成金属皂来阻止腐蚀,如红丹、锌铬黄、氧化锌、碱性碳酸铅等[1]。红丹和铬酸盐颜料虽然防锈效果良好但都有毒性。红丹会使人铅中毒,并损伤孩童智力;六价铬盐致癌,已被欧美各国禁用,而在铲除该类旧漆皮时,必须用大幅幕布将整个物体包封,收集旧漆皮以免铅铬屑落入江水或土壤中[2]。鉴于含铅、铬防锈颜料对环境产生严重污染并危害人类的健康,采用环境友好型复合防锈颜料替代传统防锈颜料已成为研制环保型防锈防腐涂料的重要手段。另外,无溶剂化和水性化也已成为环保型防锈防腐涂料的研发方向。

环氧涂料是目前世界上最重要、应用最广泛的防腐涂料品种之一[3]。其中,无溶剂环氧防腐涂料具有诸多优点,如对多种基材具有极佳的附着力、固化后涂膜的耐腐蚀性和耐化学品性优异、涂膜收缩性好、硬度高等,特别是其无VOC(挥发性有机化合物)排放,不造成环境污染,符合环保要求[4-5]。无溶剂环氧防腐涂料的突出优势还表现在该混合体系可以室温固化,固化时间合理,固化剂添加量宽且可调。本文以环氧树脂为基料、以聚酰胺为固化剂、采用复合无毒环保防锈颜料并配以硅钛防锈增强剂,制备了一种环境友好型无溶剂环氧防腐涂料。讨论了颜料质量分数、固化剂种类及用量、活性稀释剂用量、流变助剂、不同环保防锈颜料组合、硅钛防锈增强剂对涂料性能的影响。

1·实验部分1.1原材料

聚酰胺固化剂:Versamid140、Versamid115、Versamid125,德国科宁;环氧树脂:EPON-828,壳牌;活性稀释剂:XY748,安徽恒(新)远化工有限公司;颜填料:铁红、改性三聚磷酸铝、绢云母、钛白粉;防锈增强剂;助剂:毕克、海明斯;非活性稀释剂:NX-2020,卡德莱。

1.2涂料配方

涂料配方见表1。

防锈增强型无溶剂环氧防腐涂料的研制

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1.3制备工艺

A组分制备工艺:先将部分环氧树脂与消泡剂、分散剂混合均匀,然后加入颜填料,经砂磨机研磨至细度合格,制得色浆。在搅拌状态下,向色浆中加入配方中剩余量的环氧树脂、闪蚀抑制剂、触变剂及流平剂,搅匀,过滤。

B组分制备工艺:将配方量的聚酰胺固化剂与非活性稀释剂搅拌均匀。1.4涂膜性能测试

漆膜硬度测试参照GB/T673;马口铁上的附着力测试参照GB/T1720—1979;漆膜柔韧性测试参照GB/T1731—1993;耐冲击性测试参照GB/T1732—1993;耐盐水浸泡试验参照GB/T1763;耐盐雾试验参照GB/T1771—2007。

2·结果与讨论

2.1颜料用量对涂膜性能的影响

以EPON-828环氧树脂、XY748活性稀释剂和环氧固化剂Versamid140为基料,颜填料选用铁红、绢云母、防锈增强剂和改性三聚磷酸铝[6-7],考察了颜料用量对涂膜性能的影响,结果见表2。

防锈增强型无溶剂环氧防腐涂料的研制

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颜填料的加入可影响涂膜固化过程中产生的内应力,内应力又是影响涂层附着力的重要因素。随着颜填料的加入,平衡了涂膜固化过程中产生的收缩内应力,提高了附着力,改善了漆膜的柔韧性;继续增加颜填料的用量,导致颜填料不能被树脂全部包裹,进而使涂料的物理力学性能下降。综合考虑,选择颜填料质量分数为30%~40%为宜。

2.2不同环氧固化剂的影响

采用德国科宁Versamid系列固化剂进行试验。Versamid固化剂是一种二聚体脂肪酸与聚酰胺反应形成的活性聚酰胺树脂。它可与环氧树脂反应,在室温下固化形成具有优良柔韧性和各种抗性的热固性涂膜。配方中其他因素不变,采用不同的Versamid环氧固化剂,试验结果见表3。

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由表3可见:各种环氧固化剂制得的漆膜都有极好的附着力和物理机械性能,盐雾试验的破坏主要表现为起泡。防起泡效果的顺序为Versamid140>Versamid115>Versamid125。综合考虑,选择Versamid140作为固化剂。

2.3固化剂与环氧树脂配比对涂料防腐性能的影响

以德国科宁Versamid140为固化剂,改变其与环氧树脂的当量比进行配漆,对涂膜性能的影响见表4。由表4可见:适当增大固化剂和环氧树脂的当量比,有助于提高涂膜的固化速度、交联密度、干燥速度、附着力、耐溶剂性等。但是,聚酰胺固化剂本身具有一定的水溶性,如其用量太多,会影响漆膜的物理化学性能,如漆膜发黏,耐盐水性、耐盐雾性下降等。表4结果表明,固化剂与环氧树脂当量比在(0.9~1.05)∶1为宜。

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2.4活性稀释剂用量对涂料性能的影响

环氧树脂EPON-828配制色漆的黏度较大,为便于使用必须适当稀释。如果使用有机溶剂,会增加涂料的有机挥发物含量,降低涂层的致密性;活性稀释剂是低黏度的含单环氧官能团的长链化合物,既能降低环氧树脂的黏度,与固化剂混合后又可参与交联反应,同时起到增韧的作用[8-9]。试验中采用低气味、低挥发的C12-14烷基缩水甘油醚XY748作为活性稀释剂,考察其用量对涂料相关性能的影响,结果见表5。

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由表5可见:随着活性稀释剂用量的增加,A组分的黏度下降,胶凝时间延长,硬度降低。活性稀释剂XY748为单官能度化合物,其用量增加会降低固化交联密度,但其用量适宜则既可降低黏度、提高漆膜柔韧性,又可保证漆膜有较高的硬度。综合考虑,XY748的用量以5%~15%(质量分数)为宜。

2.5流变助剂对涂料性能的影响

流变助剂主要影响涂料贮存的抗沉降性和施工过程的抗流挂性。由于防腐工程施工作业面大多是立面,且环氧防腐涂料的单道干膜厚度为40~60μm,这就要求涂料必须有良好的抗流挂性,因此,我们对用于配方的流变助剂进行了筛选,结果见表6。

由表6可见:在环氧涂料体系中,膨润土的防沉降性和抗流挂性优异,对涂料状态和固化无不良影响,适合喷涂施工;BYK-410开罐状态好,适合刷涂。

2.6复合防锈颜料对涂料防腐性能的影响

防锈颜料可分为物理性防锈颜料和化学性防锈颜料。单独靠一种惰性防锈颜料不能满足要求,必须采用活性防锈颜料复配使用。试验中采用的防锈增强剂是一种经特殊处理的硅钛复合物,复配添加可进一步提高涂膜的防锈能力。一方面,该防锈颜料中的微细活性成分能与空气中的水汽介质发生化学反应,形成一种不溶物,将漆膜中的毛细孔、微裂纹进行堵塞和封闭,阻隔了水分等有害物质对底材的侵蚀;另一方面,该防锈颜料可中和游离酸,大气中二氧化碳进入漆膜时,阻止了铁表面碱式碳酸盐的生成,并能与铁底材表面形成钝化膜而使底材受到保护。试验考察了不同复合防锈颜料对涂膜防腐性能的影响,结果见表7。

由表7可见:相比而言,铁红、改性三聚磷酸铝、防锈增强剂配合时防腐性能最好,三者具有协同防锈增效作用。

3·结语

(1)通过配方优化,采用无毒复合防锈颜料和低气味、低挥发活性稀释剂,研制了一种环境友好型环氧防锈防腐涂料,测试结果表明:该涂料防腐性能优良。

(2)采用硅钛复合物防锈增强剂,进一步增强了涂料的防锈性能。

参考文献

[1]汪世平.新型防锈颜料的发展[J].上海涂料,1997(03):26-29.

[2]虞兆年.无毒防锈颜料[J].上海涂料,2004,42(01):44-45.

[3]郑金阳,晏莉.耐液压油型环氧涂料的制备[J].上海涂料,2012,50(05):1-4.

[4]王军,等.我国工业防腐涂料及涂装的现状与发展[J].全面腐蚀控制,2010(05):17-24.

[5]胡涛,石莹莹,周云,等.重防腐涂料的应用研究[J].现代涂料与涂装,2008(01):1-5.

[6]张婷,王犇,杨小刚.颜料体积浓度对无溶剂型磷酸锌环氧涂层防腐性能的影响[J].涂料工业,2010(05):16-19,25.

[7]胡炜,邓光辉,刘榕城,等.防腐颜料有效成分三聚磷酸铝分析方法研究进展[J].化工技术与开发,2008(12):18-21,46.

[8]孙琴,王钧,蔡浩鹏.活性稀释剂种类对环氧树脂体系性能的影响研究[J].玻璃钢/复合材料,2011(06):6-8.

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