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水性环氧防腐漆的研究与制备
2022年07月07日    阅读量:9726    新闻来源:涂层与防护杂志  |  投稿

0 引言

防腐涂料是指以有机或无机树脂为成膜物,添加颜填料和助剂而制备的用于对金属进行保护的涂料, 目前其产值规模已经超过了建筑涂料位居行业首位。防腐涂料广泛使用在海洋船舶、轨道交通、石油炼化、基础设施建设中。随着“全面实施海洋战略, 发展海洋经济”的规划提出,海洋经济今年得以长足发展,成为国民经济新的增长点,其中海洋环境配套的防腐涂料需求也大幅增加,为行业发展带来了契机涂料在线coatingol.com


目前,溶剂型防腐涂料在防腐涂料中仍然占据着绝大部分比重,溶剂型防腐涂料以有机溶剂作为溶剂,施工后有机溶剂挥发在空气中造成污染。同时在运输和存储环节,有机溶剂属于危险易燃物,会带来安全隐患。水性涂料是以水全部或部分替代有机溶剂作为主要分散介质的涂料,现场施工后,水挥发到空气中,树脂反应成膜。水性涂料具有绿色环保的特点,能够降低有机溶剂对环境的污染,是防腐涂料的发展趋势之一。此外,国家财政部在2015 年对 VOC>420 g/L 的涂料征收消费税。旨在促进防腐涂料向低 VOC 化、 水性化转型,对可持续发展具有重要的意义。


环氧涂料目前是防腐涂料中使用量最大的单品品类,环氧涂料的水性化具有重要的意义,目前水性环氧防腐涂料主要有 2 个工作方向,一个是树脂合成,制备一种性能优异的水性环氧树脂或固化剂,来提高防腐涂料的综合性能,例如丙烯酸改性,聚乙二醇改性等;另一种是在涂料的制备过程中,对配方的原材料选择、复配来进行性能改善和工艺优化, 制备出综合性能优异的防腐涂料产品。本文重点研究了适用于工业防腐领域的水性环氧铁红底漆、水性环氧中间漆和水性环氧面漆。以不同的环氧乳液和固化剂为原材料,考察配方涂层的耐盐雾性、机械性能和施工性等性能指标。


1 环氧乳液和固化剂的合成


(1)环氧乳液的合成在一定温度下,将乳化剂树脂和溶解均匀的E- 20 环氧树脂一起加入到带保温套的分散设备中,搅拌速度控制在 2000~2500 r/min,乳化温度控制在 40~50 ℃,缓慢加入去离子水,注意观察相反转前后现象,乳化、分散完毕后即得到相对应的环氧当量的环氧乳液产品。环氧乳液配方如表 1 所示。 


表 1 环氧乳液配方

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(2)专用环氧乳化剂树脂的合成将配方量的 PEG-4000(已脱水处理)和甲基六氢苯酐先加到反应瓶中,缓慢升温至 120 ℃反应控制酸值合格后(理论酸价)降温再加入环氧树脂,缓慢升温至 140 ℃反应 3 h,控制酸价基本为零。然后加水兑稀至固含量为 60%,出料备用。


水性环氧铁红底漆的制备


2.1 制漆工艺


在不锈钢料筒中加入水,开启分散机,在搅拌状态下依次加入去离子水、消泡剂、分散剂、防闪锈剂、滑石粉、沉淀硫酸钡、氧化铁红、磷酸锌等,2500 r/min 研磨 2 h,细度<60 μm 后出料,加入水性环氧乳液,搅匀后过滤出料。水性环氧铁红底漆的基本配方如表 2 所示。


表 2 水性环氧铁红底漆基本配方

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2.2 测试与对比


(1)环氧乳液与固化剂的比例测试。在水性环氧涂料中,固化剂中的活泼氢能够与环氧基团发生开环聚合反应,最终交联成膜,环氧与胺固化剂的比例对漆膜的最终性能有着重要的影响,本文以自制的环氧乳液和固化剂为例,讨论了水性环氧乳液与固化剂的最佳配比。表3为环氧固化剂配比对涂料性能的影响。 


表 3 环氧固化剂配比对涂料性能的影响

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(2)分别以 2 种环氧乳液 A,B 和固化剂为成膜物质,设计颜基比为1.2,E/A=1.4。制板测试性能,主要考察的指标包括:黏度、外观、干燥性、附着力、耐冲击、盐雾性以及贮存稳定性,性能见表4。


表 4 性能对比表

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从涂料的黏度对比来看,两种乳液制备的涂料基本无差异。两个配方的涂层物理机械性能、干燥时间基本一致,都能通过环氧防腐漆的测试标准。对比两个配方涂料的防腐性能显示,5%盐水浸泡 900 h 后,两种配方的涂层均无起泡,生锈等现象;划线处的扩蚀情况,乳液B配方稍微有优势。盐雾 1000 h 后,乳液 A 配方板面有一些起泡现象,乳液B配方仅划线处有起泡现象,从划痕处扩蚀 情况来看,两个配方没有明显的差别,见图 1。

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图 1 耐盐雾 1000 h 外观

 

水性环氧面漆的制备


3.1 制漆工艺


依次在不锈钢料筒中加入水、固化剂、分散剂、消泡剂,搅匀后加入滑石粉、钛白粉和水性膨润土,研磨 2 h,细度<40 μm 后出料。出料后 A 组分与 B 组分按比例混匀,加入水调节至合适的施工黏度,喷涂制板, 20 ℃养护 14 d 后考察性能。水性环氧面漆基本配方如表 5所示。


表 5 水性环氧面漆基本配方

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3.2 测试与对比


水性环氧树脂和固化剂的配比会影响成膜质量, 以及漆膜性能,特别是附着力、耐水、耐盐雾等性能, 通过对比环氧基和氨氢物质的量比,实验发现环氧/ 活泼氢物质的量比在 1.2~1.4 左右,漆膜的综合性能较好,过高或者过低都会影响漆膜的性能。主要原因是环氧乳液固化受扩散控制,固化剂在乳胶粒子边缘聚集,乳胶外部会先固化。当固化剂用量过高时, 乳胶边缘固化速度过快,导致固化剂进一步向内扩散受阻,乳胶内部固化不完全,漆膜的物化性能下降,残余的固化剂还会进一步降低漆膜的耐水性;当固化剂用量过低时,会影响环氧乳液的固化,导致漆膜交联密度降低,也会造成漆膜综合性能降低。水性环氧面漆性能对比如表 6 所示。


表 6 水性环氧面漆性能测试结果对比

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结 语

本文使用自制乳液制备的 3 种水性环氧漆,其性能与进口乳液配方对比没有明显的差异。各项性能测试结果达到了目前市场上通用的油性环氧涂料性能指标要求,完全可以替代目前的油性同类产品。水 性防腐涂料是一种绿色环保涂料,具有比溶剂型更低的 VOC 排放量,VOC 降低了 50%~90%,对于保护大气环境和施工作业人员的身心健康有着举足轻重的作用。随着各地环保条例的不断出台,上海振华港机等一部分重点地区的企业,对使用水性防腐涂料替换传统的溶剂型防腐涂料有着迫切的需求。本文研制的一系列水性防腐涂料产品在电力设备、石化储罐、 港口机械等领域获得实际应用的潜力。


参考文献(略)

作者 | 王 海

(中海油常州院上海海铠防腐工程技术分公司,上海 200050)


标签:工业涂料原材料固化剂涂装应用技术中心防腐涂料树脂涂料助剂
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