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水性環(huán)氧防腐涂料的制備及應用研究              

0. 前  言 

       隨著(zhù)對環(huán)境保護的要求日益嚴格, 目前環(huán)境壓力正在影響全球的涂料工業(yè),發(fā)展和推廣低VOC甚至零VOC的環(huán)保涂料是大勢所趨,水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料正在與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展。水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料除了具有溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料的諸多優(yōu)點(diǎn),如對各類(lèi)底材具有極高的附著(zhù)力,涂膜耐腐蝕性和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)異,收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能佳等,同時(shí)還具有不含有機溶劑或揮發(fā)性有機化合物含量較低,不會(huì )造成空氣污染的優(yōu)勢,因而滿(mǎn)足環(huán)境保護的要求。國外從20世紀70年代起開(kāi)始開(kāi)發(fā)。國內一些科研機構和大學(xué)院校從20世紀90年代起開(kāi)始了這方面的開(kāi)發(fā)與研制,并陸續進(jìn)行商品生產(chǎn)。瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)的水性環(huán)氧樹(shù)脂體系產(chǎn)品一直是該行業(yè)的領(lǐng)導者。天津燈塔涂料研究所的姜美榮工程師就選用殼牌Shell水性環(huán)氧樹(shù)脂體系為基料,研究了水性環(huán)氧防腐涂料的制備及應用,其性能已可達到與溶劑型環(huán)氧涂料相當的水平。具體研究?jì)热菡浫缦拢?/span>

1. 實(shí)驗部分     

1.1原材料

水性環(huán)氧樹(shù)脂3520—WY —55(55%)      瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產(chǎn)品 

水性環(huán)氧固化劑8537—WY—60(60%)      瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產(chǎn)品     

           助   劑                 (消泡劑、分散劑)          美國氣體化工產(chǎn)品

           磷 酸 鋅             工業(yè)品 、國產(chǎn)

           鐵   紅              工業(yè)品 、國產(chǎn)

           酞 白 粉             工業(yè)品 、國產(chǎn)R型

           碳   黑              工業(yè)品 、國產(chǎn)(PH=6~8)

           填   料              工業(yè)品 、國產(chǎn)

           二丙酮醇         工業(yè)品

           去離子水         工業(yè)品

1.2.底漆基礎配方:

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

             分散劑                                               適量

             消泡劑                                                 適量

             鐵  紅                                                16—20

             改性磷酸鋅                                         4—8

             填  料                                                  8—11

             二丙酮醇                                             適量 

             去離子水                                              45

             合   計                                                 110

B組分:3520—WY—55(55%)      100

               去離子水                                           10

               合   計                                               110

1.3.面漆基礎配方:

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

                分散劑                                            適量

              消泡劑                                              適量

              酞白粉                                            12—18

              碳  黑                                               0.6—2

              填  料                                               15—18

              二丙酮醇                                           適量

              去離子水                                             47

               合   計                                                110

B組分:3520—WY—55(55%)       100

                 去離子水                                         10

                  合   計                                             110

1. 4.制備方法:

A組分:

   按照配方量將8537—WY—60樹(shù)脂、 顏料、填料、助劑和去離子水混合,分散均勻,研磨合格后,過(guò)濾,包裝即為A組分。

B組分:

按照配方量將3520—WY—55樹(shù)脂、去離子水混合分散均勻,過(guò)濾,包裝即為B組分。

以上的配方設計中,B組分的制備,是將3520—WY—55樹(shù)脂用去離子水稀釋分散均勻而得。這樣能使A、B兩個(gè)組分在使用時(shí)容易混合更均勻,而且該B組分儲存穩定性良好,常溫下存放一年不分層、不破乳。

1.5.  配漆比例

由于水性環(huán)氧體系的組成和成膜機理的特殊性,環(huán)氧與胺氫的當量比對涂膜的性能有很大的影響。在配制環(huán)氧涂料時(shí)通常采用環(huán)氧與胺氫為等當量比,但如果在一定范圍內改變當量比,可改善涂膜的某些性能。通過(guò)綜合考慮,研究中使環(huán)氧基過(guò)量10%,欲提高涂膜的耐鹽霧性。

以上底漆和面漆的配漆比例均為:

A組分 :B組分 =  1 :1 

2.實(shí)驗結果

2.1  水性環(huán)氧防腐涂料的物理性能測試結果如下:  

(1).漆膜顏色與外觀(guān)     鐵紅底漆:鐵紅色,平整,光滑

               灰色面漆:灰色,平整,光滑

(2).固體含量(%)≥  鐵紅底漆 45         灰色面漆 40

(3).細度  (微米) ≤     鐵紅底漆 35         灰色面漆 30

(4).附著(zhù)力 (級)   鐵紅底漆 1          灰色面漆  1

(5).柔韌性 (㎜)        鐵紅底漆  1        灰色面漆  1

(6).硬度≥                          鐵紅底漆  0.6     灰色面漆  0.6

2.2  水性環(huán)氧防腐涂料的防腐蝕性能測試結果如下:                  

(1).耐鹽水性  3% NaCL

鐵紅底漆:1000h   漆膜不起泡、不生銹,輕微變色                                    

底面復合涂層:1200h   漆膜不起泡、不生銹,輕微失光、變色   

(2).耐堿性   3%NaOH

鐵紅底漆:800h   漆膜不起泡、不脫落,  輕微變色                   

底面復合涂層:1000h   漆膜不起泡、不脫落,輕微失光、變色

(3).耐油性 120#汽油(25℃)

鐵紅底漆:800h   漆膜無(wú)變化

底面復合涂層:1000h   漆膜無(wú)變化

(4)水性   蒸溜水(25℃)

鐵紅底漆:800h   漆膜不起泡、不生銹,  輕微變色    

底面復合涂層:1000h  漆膜不起泡、不生銹,輕微失光、變色

(5).耐鹽霧性

鐵紅底漆:600h 漆膜不起泡、不生銹、不脫落,  輕微變色                   

底面復合涂層:700h   漆膜不起泡、不生銹、不脫落,  輕微變色、失光    

(6).耐酸性 5%H2SO4

鐵紅底漆:48 h漆膜不起泡、不脫落,  輕微變色

底面復合涂層:48 h漆膜不起泡、不脫落, 輕微變色

3.結果與討論,

3.1  性能結果分析

由以上實(shí)驗結果可以看到,水性環(huán)氧防腐涂料的各項性能指標已有了很大提高,這是因為在水性環(huán)氧防腐涂料領(lǐng)域,水性環(huán)氧樹(shù)脂的不斷發(fā)展[2],水性環(huán)氧固化劑也是隨著(zhù)水性環(huán)氧樹(shù)脂的不斷發(fā)展而同步發(fā)展的[3],使得性能不斷提高,為水性環(huán)氧防腐涂料提供了必要的基料。同時(shí)隨著(zhù)改性防銹顏料(改性磷酸鋅、硼酸鋅等)的不斷出現,使水性環(huán)氧防腐涂料更加環(huán);,性能更加優(yōu)異。

3.2  樹(shù)脂功能的作用

 環(huán)氧樹(shù)脂乳液、環(huán)氧固化劑的功能在于粘結顏料和填料,同時(shí)把底材和涂料結合成牢固的整體,阻擋腐蝕介質(zhì)的侵入。環(huán)氧樹(shù)脂乳液、環(huán)氧固化劑和配方中的其它組分的液流學(xué)特性決定著(zhù)能否制定穩定的涂料。

3.3  優(yōu)化環(huán)氧與固化劑的配比對水性環(huán)氧防腐涂料很重要

        環(huán)氧與固化劑在一定范圍內改變當量比,可改善涂膜的某些性能。如環(huán)氧稍過(guò)量,有利于提高耐水性,耐酸、堿性,耐鹽霧性等,這是因為環(huán)氧是親油的,而胺固化劑是親水的,因此,減少胺固化劑的用量就提高了整個(gè)體系的親油性。在某些應用領(lǐng)域則可以使胺固化劑稍過(guò)量。胺固化劑過(guò)量有助于提高固化速度和交聯(lián)密度,從而有利于提高涂膜的耐溶劑性和耐污染性,附著(zhù)力、耐磨性和干燥速度也有所提高。

3.4 顏填料和助劑的選擇

      水性環(huán)氧防腐涂料依賴(lài)于對顏料、填料、添加劑、助溶劑等的適當選擇。如:(1)顏料要選擇吸油和吸水性低的,PH值在水溶性可接受的范圍內的,如碳黑使用的是中性規格PH=6~8。(2)選擇助劑,如消泡劑、分散劑時(shí)要考慮它們與水性環(huán)氧的相溶性。有的水性環(huán)氧固化劑是陽(yáng)離子叔胺鹽,應選擇非離子型助劑,避免使用陰離子型產(chǎn)品,否則會(huì )形成凝膠。(3)其它助劑的選擇。涂料與金屬表面間的濕附著(zhù)力對防腐起著(zhù)重要作用,可根據需要在涂料制備時(shí),選用適量的底材潤濕劑、顏料潤濕劑、附著(zhù)力增加劑等,這將對其性能提高很有幫助。

4 結  語(yǔ)

      水性環(huán)氧防腐涂料是以水作為分散介質(zhì),價(jià)格低廉、無(wú)氣味、不燃,儲存、運輸和使用過(guò)程中的安全性大為提高,水性環(huán)氧防腐涂料的應用性能好,施工工具可用水直接清洗。隨著(zhù)對環(huán)境保護的日益嚴格要求, 減少和控制涂料中VOC的釋放是保護環(huán)境的一個(gè)必要措施。通過(guò)對水性環(huán)氧樹(shù)脂、水性環(huán)氧固化劑以及助劑等各組分的合理選擇,可以制備出性能各異的水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料。水性環(huán)氧防腐涂料的諸多性能優(yōu)勢決定了其與溶劑型或無(wú)溶劑型環(huán)氧防腐涂料相比應用現狀和前景將更加廣闊.

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