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水性环氧防腐涂料的制备及应用研究              

0. 前  言 

       随着对环境保护的要求日益严格, 目前环境压力正在影响全球的涂料工业,发展和推广低VOC甚至零VOC的环保涂料是大势所趋,水性环氧树脂涂料正在与时俱进的发展。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点,如对各类底材具有极高的附着力,涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异,收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能佳等,同时还具有不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低,不会造成空气污染的优势,因而满足环境保护的要求。国外从20世纪70年代起开始开发。国内一些科研机构和大学院校从20世纪90年代起开始了这方面的开发与研制,并陆续进行商品生产。瀚森化工有限公司(原壳牌Shell)的水性环氧树脂体系产品一直是该行业的领导者。天津灯塔涂料研究所的姜美荣工程师就选用壳牌Shell水性环氧树脂体系为基料,研究了水性环氧防腐涂料的制备及应用,其性能已可达到与溶剂型环氧涂料相当的水平。具体研究内容摘录如下:

1. 实验部分     

1.1原材料

水性环氧树脂3520—WY —55(55%)      瀚森化工有限公司(原壳牌Shell)产品 

水性环氧固化剂8537—WY—60(60%)      瀚森化工有限公司(原壳牌Shell)产品     

           助   剂                 (消泡剂、分散剂)          美国气体化工产品

           磷 酸 锌             工业品 、国产

           铁   红              工业品 、国产

           酞 白 粉             工业品 、国产R型

           碳   黑              工业品 、国产(PH=6~8)

           填   料              工业品 、国产

           二丙酮醇         工业品

           去离子水         工业品

1.2.底漆基础配方:

A组分:8537—WY—60 (60%)       30         

             分散剂                                               适量

             消泡剂                                                 适量

             铁  红                                                16—20

             改性磷酸锌                                         4—8

             填  料                                                  8—11

             二丙酮醇                                             适量 

             去离子水                                              45

             合   计                                                 110

B组分:3520—WY—55(55%)      100

               去离子水                                           10

               合   计                                               110

1.3.面漆基础配方:

A组分:8537—WY—60 (60%)       30         

                分散剂                                            适量

              消泡剂                                              适量

              酞白粉                                            12—18

              碳  黑                                               0.6—2

              填  料                                               15—18

              二丙酮醇                                           适量

              去离子水                                             47

               合   计                                                110

B组分:3520—WY—55(55%)       100

                 去离子水                                         10

                  合   计                                             110

1. 4.制备方法:

A组分:

   按照配方量将8537—WY—60树脂、 颜料、填料、助剂和去离子水混合,分散均匀,研磨合格后,过滤,包装即为A组分。

B组分:

按照配方量将3520—WY—55树脂、去离子水混合分散均匀,过滤,包装即为B组分。

以上的配方设计中,B组分的制备,是将3520—WY—55树脂用去离子水稀释分散均匀而得。这样能使A、B两个组分在使用时容易混合更均匀,而且该B组分储存稳定性良好,常温下存放一年不分层、不破乳。

1.5.  配漆比例

由于水性环氧体系的组成和成膜机理的特殊性,环氧与胺氢的当量比对涂膜的性能有很大的影响。在配制环氧涂料时通常采用环氧与胺氢为等当量比,但如果在一定范围内改变当量比,可改善涂膜的某些性能。通过综合考虑,研究中使环氧基过量10%,欲提高涂膜的耐盐雾性。

以上底漆和面漆的配漆比例均为:

A组分 :B组分 =  1 :1 

2.实验结果

2.1  水性环氧防腐涂料的物理性能测试结果如下:  

(1).漆膜颜色与外观     铁红底漆:铁红色,平整,光滑

               灰色面漆:灰色,平整,光滑

(2).固体含量(%)≥  铁红底漆 45         灰色面漆 40

(3).细度  (微米) ≤     铁红底漆 35         灰色面漆 30

(4).附着力 (级)   铁红底漆 1          灰色面漆  1

(5).柔韧性 (㎜)        铁红底漆  1        灰色面漆  1

(6).硬度≥                          铁红底漆  0.6     灰色面漆  0.6

2.2  水性环氧防腐涂料的防腐蚀性能测试结果如下:                  

(1).耐盐水性  3% NaCL

铁红底漆:1000h   漆膜不起泡、不生锈,轻微变色                                    

底面复合涂层:1200h   漆膜不起泡、不生锈,轻微失光、变色   

(2).耐碱性   3%NaOH

铁红底漆:800h   漆膜不起泡、不脱落,  轻微变色                   

底面复合涂层:1000h   漆膜不起泡、不脱落,轻微失光、变色

(3).耐油性 120#汽油(25℃)

铁红底漆:800h   漆膜无变化

底面复合涂层:1000h   漆膜无变化

(4)水性   蒸溜水(25℃)

铁红底漆:800h   漆膜不起泡、不生锈,  轻微变色    

底面复合涂层:1000h  漆膜不起泡、不生锈,轻微失光、变色

(5).耐盐雾性

铁红底漆:600h 漆膜不起泡、不生锈、不脱落,  轻微变色                   

底面复合涂层:700h   漆膜不起泡、不生锈、不脱落,  轻微变色、失光    

(6).耐酸性 5%H2SO4

铁红底漆:48 h漆膜不起泡、不脱落,  轻微变色

底面复合涂层:48 h漆膜不起泡、不脱落, 轻微变色

3.结果与讨论,

3.1  性能结果分析

由以上实验结果可以看到,水性环氧防腐涂料的各项性能指标已有了很大提高,这是因为在水性环氧防腐涂料领域,水性环氧树脂的不断发展[2],水性环氧固化剂也是随着水性环氧树脂的不断发展而同步发展的[3],使得性能不断提高,为水性环氧防腐涂料提供了必要的基料。同时随着改性防锈颜料(改性磷酸锌、硼酸锌等)的不断出现,使水性环氧防腐涂料更加环保化,性能更加优异。

3.2  树脂功能的作用

 环氧树脂乳液、环氧固化剂的功能在于粘结颜料和填料,同时把底材和涂料结合成牢固的整体,阻挡腐蚀介质的侵入。环氧树脂乳液、环氧固化剂和配方中的其它组分的液流学特性决定着能否制定稳定的涂料。

3.3  优化环氧与固化剂的配比对水性环氧防腐涂料很重要

        环氧与固化剂在一定范围内改变当量比,可改善涂膜的某些性能。如环氧稍过量,有利于提高耐水性,耐酸、碱性,耐盐雾性等,这是因为环氧是亲油的,而胺固化剂是亲水的,因此,减少胺固化剂的用量就提高了整个体系的亲油性。在某些应用领域则可以使胺固化剂稍过量。胺固化剂过量有助于提高固化速度和交联密度,从而有利于提高涂膜的耐溶剂性和耐污染性,附着力、耐磨性和干燥速度也有所提高。

3.4 颜填料和助剂的选择

      水性环氧防腐涂料依赖于对颜料、填料、添加剂、助溶剂等的适当选择。如:(1)颜料要选择吸油和吸水性低的,PH值在水溶性可接受的范围内的,如碳黑使用的是中性规格PH=6~8。(2)选择助剂,如消泡剂、分散剂时要考虑它们与水性环氧的相溶性。有的水性环氧固化剂是阳离子叔胺盐,应选择非离子型助剂,避免使用阴离子型产品,否则会形成凝胶。(3)其它助剂的选择。涂料与金属表面间的湿附着力对防腐起着重要作用,可根据需要在涂料制备时,选用适量的底材润湿剂、颜料润湿剂、附着力增加剂等,这将对其性能提高很有帮助。

4 结  语

      水性环氧防腐涂料是以水作为分散介质,价格低廉、无气味、不燃,储存、运输和使用过程中的安全性大为提高,水性环氧防腐涂料的应用性能好,施工工具可用水直接清洗。随着对环境保护的日益严格要求, 减少和控制涂料中VOC的释放是保护环境的一个必要措施。通过对水性环氧树脂、水性环氧固化剂以及助剂等各组分的合理选择,可以制备出性能各异的水性环氧树脂涂料。水性环氧防腐涂料的诸多性能优势决定了其与溶剂型或无溶剂型环氧防腐涂料相比应用现状和前景将更加广阔.

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