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    水性環氧防腐涂料的制備及應用研究              

    0. 前  言 

           隨著對環境保護的要求日益嚴格, 目前環境壓力正在影響全球的涂料工業,發展和推廣低VOC甚至零VOC的環保涂料是大勢所趨,水性環氧樹脂涂料正在與時俱進的發展。水性環氧樹脂涂料除了具有溶劑型環氧樹脂涂料的諸多優點,如對各類底材具有極高的附著力,涂膜耐腐蝕性和耐化學藥品性能優異,收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能佳等,同時還具有不含有機溶劑或揮發性有機化合物含量較低,不會造成空氣污染的優勢,因而滿足環境保護的要求。國外從20世紀70年代起開始開發。國內一些科研機構和大學院校從20世紀90年代起開始了這方面的開發與研制,并陸續進行商品生產。瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)的水性環氧樹脂體系產品一直是該行業的領導者。天津燈塔涂料研究所的姜美榮工程師就選用殼牌Shell水性環氧樹脂體系為基料,研究了水性環氧防腐涂料的制備及應用,其性能已可達到與溶劑型環氧涂料相當的水平。具體研究內容摘錄如下:

    1. 實驗部分     

    1.1原材料

    水性環氧樹脂3520—WY —55(55%)      瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產品 

    水性環氧固化劑8537—WY—60(60%)      瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產品     

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

               磷 酸 鋅             工業品 、國產

               鐵   紅              工業品 、國產

               酞 白 粉             工業品 、國產R型

               碳   黑              工業品 、國產(PH=6~8)

               填   料              工業品 、國產

               二丙酮醇         工業品

               去離子水         工業品

    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樹脂、 顏料、填料、助劑和去離子水混合,分散均勻,研磨合格后,過濾,包裝即為A組分。

    B組分:

    按照配方量將3520—WY—55樹脂、去離子水混合分散均勻,過濾,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樹脂用去離子水稀釋分散均勻而得。這樣能使A、B兩個組分在使用時容易混合更均勻,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

    由于水性環氧體系的組成和成膜機理的特殊性,環氧與胺氫的當量比對涂膜的性能有很大的影響。在配制環氧涂料時通常采用環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。通過綜合考慮,研究中使環氧基過量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.實驗結果

    2.1  水性環氧防腐涂料的物理性能測試結果如下:  

    (1).漆膜顏色與外觀     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   漆膜無變化

    底面復合涂層:1000h   漆膜無變化

    (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

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

    3.2  樹脂功能的作用

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

    3.3  優化環氧與固化劑的配比對水性環氧防腐涂料很重要

            環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。如環氧稍過量,有利于提高耐水性,耐酸、堿性,耐鹽霧性等,這是因為環氧是親油的,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體系的親油性。在某些應用領域則可以使胺固化劑稍過量。胺固化劑過量有助于提高固化速度和交聯密度,從而有利于提高涂膜的耐溶劑性和耐污染性,附著力、耐磨性和干燥速度也有所提高。

    3.4 顏填料和助劑的選擇

          水性環氧防腐涂料依賴于對顏料、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、分散劑時要考慮它們與水性環氧的相溶性。有的水性環氧固化劑是陽離子叔胺鹽,應選擇非離子型助劑,避免使用陰離子型產品,否則會形成凝膠。(3)其它助劑的選擇。涂料與金屬表面間的濕附著力對防腐起著重要作用,可根據需要在涂料制備時,選用適量的底材潤濕劑、顏料潤濕劑、附著力增加劑等,這將對其性能提高很有幫助。

    4 結  語

          水性環氧防腐涂料是以水作為分散介質,價格低廉、無氣味、不燃,儲存、運輸和使用過程中的安全性大為提高,水性環氧防腐涂料的應用性能好,施工工具可用水直接清洗。隨著對環境保護的日益嚴格要求, 減少和控制涂料中VOC的釋放是保護環境的一個必要措施。通過對水性環氧樹脂、水性環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氧樹脂涂料。水性環氧防腐涂料的諸多性能優勢決定了其與溶劑型或無溶劑型環氧防腐涂料相比應用現狀和前景將更加廣闊.

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