涂料技术
双组分水性环氧防腐涂料的研究
2结果与讨论
2.1树脂体系的确定
水性环氧树脂乳液的优化选择是制备双组分水性环氧防腐涂料的关键与前提。在开发过程中对国内外企业生产的waterpoxy751水性环氧固化剂、oer-95环氧树脂、1455水性环氧树脂、XY-600水性丙烯酸改性环氧乳液、水性环氧酯树脂乳液、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、AB-EP-20水性环氧树脂乳液等多种水性环氧树脂及固化剂进行了主要性能的对比和验证。经过性能及价格的综合比较,选择了水性环氧树脂乳液及水性改性胺环氧固化剂作为双组分水性环氧防腐涂料的成膜物,显示了优异的性能与优势。
2.2颜填料的选择及颜料体积浓度(PVC)的确定
双组分水性环氧防腐涂料的颜填料及PVC对涂层的电化学、防腐等性能有很大的影响。双组分水性环氧防腐涂料的颜填料考虑到水性改性胺环氧固化剂呈弱碱性,应当避免使用酸性和吸水性高的颜填料。经试验选用滑石粉、碳酸钙、云母粉为双组分水性环氧防腐涂料的填料,滑石粉的组成为水合硅酸镁,是一种羟基络合物,由于其羟基的作用可提高涂膜的附着力,也能和漆基中的极性基团形成氢键而使涂料具有一定触变作用,从而改善了涂料的涂刷性和防止涂料中颜料的沉底结块。此外滑石粉的颗粒构型为羽毛状,有助于增强涂膜的机械强度。碳酸钙水解能生成氢氧化钙,是一种碱性填料并具有化学活性,在底漆中可降低涂膜的起泡和开裂现象,提高涂膜的附着力,提高防霉性。云母粉是一种鳞片状的体质颜料,有助于降低涂膜的吸水性和渗透性,并增强反射紫外光的能力。化学防锈颜料主要有铅系颜料、锌系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料等,考虑到环保要求,双组分水性环氧防腐涂料中主要选用磷酸锌和三聚磷酸铝作为防锈颜料。磷酸锌其防锈机理在于能在金属表面和Fe3+形成附着牢固的络合物Fe[Zn3(PO4)3]沉淀层而抑制阳极反应,同时能与涂料中的羟基、羧基络合,使颜料-涂料-底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性。三聚磷酸铝为白色颜料,微溶于水,在涂层下溶解时电离出,在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜,该膜硬度高,附着牢固。本文为双组分水性环氧防腐涂料,选用的磷酸锌铅含量比普通磷酸锌低很多,远远低于国家强制性标准[铅(mg/kg)≤90]的限量要求,符合国家的环保要求。不同磷酸锌及加量铅含量的检测结果见表3。
2.1树脂体系的确定
水性环氧树脂乳液的优化选择是制备双组分水性环氧防腐涂料的关键与前提。在开发过程中对国内外企业生产的waterpoxy751水性环氧固化剂、oer-95环氧树脂、1455水性环氧树脂、XY-600水性丙烯酸改性环氧乳液、水性环氧酯树脂乳液、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、AB-EP-20水性环氧树脂乳液等多种水性环氧树脂及固化剂进行了主要性能的对比和验证。经过性能及价格的综合比较,选择了水性环氧树脂乳液及水性改性胺环氧固化剂作为双组分水性环氧防腐涂料的成膜物,显示了优异的性能与优势。
2.2颜填料的选择及颜料体积浓度(PVC)的确定
双组分水性环氧防腐涂料的颜填料及PVC对涂层的电化学、防腐等性能有很大的影响。双组分水性环氧防腐涂料的颜填料考虑到水性改性胺环氧固化剂呈弱碱性,应当避免使用酸性和吸水性高的颜填料。经试验选用滑石粉、碳酸钙、云母粉为双组分水性环氧防腐涂料的填料,滑石粉的组成为水合硅酸镁,是一种羟基络合物,由于其羟基的作用可提高涂膜的附着力,也能和漆基中的极性基团形成氢键而使涂料具有一定触变作用,从而改善了涂料的涂刷性和防止涂料中颜料的沉底结块。此外滑石粉的颗粒构型为羽毛状,有助于增强涂膜的机械强度。碳酸钙水解能生成氢氧化钙,是一种碱性填料并具有化学活性,在底漆中可降低涂膜的起泡和开裂现象,提高涂膜的附着力,提高防霉性。云母粉是一种鳞片状的体质颜料,有助于降低涂膜的吸水性和渗透性,并增强反射紫外光的能力。化学防锈颜料主要有铅系颜料、锌系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料等,考虑到环保要求,双组分水性环氧防腐涂料中主要选用磷酸锌和三聚磷酸铝作为防锈颜料。磷酸锌其防锈机理在于能在金属表面和Fe3+形成附着牢固的络合物Fe[Zn3(PO4)3]沉淀层而抑制阳极反应,同时能与涂料中的羟基、羧基络合,使颜料-涂料-底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性。三聚磷酸铝为白色颜料,微溶于水,在涂层下溶解时电离出,在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜,该膜硬度高,附着牢固。本文为双组分水性环氧防腐涂料,选用的磷酸锌铅含量比普通磷酸锌低很多,远远低于国家强制性标准[铅(mg/kg)≤90]的限量要求,符合国家的环保要求。不同磷酸锌及加量铅含量的检测结果见表3。

表3不同磷酸锌及加量铅含量的检测结果
从表3可以看出,不同磷酸锌其铅含量差异很大,所选用的低铅型磷酸锌在配方中加量较大时,可溶性铅含量远低于国家强制性标准的限量要求。双组分水性环氧防腐涂料的颜料体积浓度(PVC)对涂层防腐性能具有明显的作用与影响。试验证明,随着双组分水性环氧防腐涂料PVC的提高,涂层的附着力、耐盐水、耐盐雾性均有一定程度的降低,兼顾涂层性能及该产品生产应用的经济性,研究中确定双组分水性环氧防腐涂料的PVC为30%~40%。
2.3助剂的选择
助剂是双组分水性环氧防腐涂料生产、储存及施工过程中不可缺少的组分之一,应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用,有针对性地选用各种助剂的品种和用量。双组分水性环氧防腐涂料应选用的助剂有成膜助剂(醇醚类助剂)、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠流变剂、防闪锈剂、防腐剂、水性附着力促进剂等,具体选择时应考虑与水性环氧树脂体系的相容性,避免出现凝胶和涂膜缺陷。同时应尽量筛选不含VOC或少含VOC的助剂,在满足各项性能要求的前提下,尽量减少助剂的用量。
2.3.1润湿剂的选择
双组分水性环氧防腐涂料以水为稀释剂,水的表面张力较高,水性涂料的消泡,也减小了水性涂料对底材的湿润能力、渗透能力和铺展能力。对底材的润湿不好将会导致严重缩孔等表面缺陷的发生,影响涂料对底材的附着力,从而导致水性环氧防腐涂料的耐防腐性能差。应适当加入润湿剂,以降低涂料体系的表面张力来提高水性环氧防腐涂料的润湿性能。研究中通过选用一系列的水性润湿剂,最终确定选用气体化学的润湿剂,该润湿剂能大大降低水性涂料的表面张力,提高涂料体系对底材的湿润性能和渗透性能,使涂膜外观及性能满足要求。
2.3助剂的选择
助剂是双组分水性环氧防腐涂料生产、储存及施工过程中不可缺少的组分之一,应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用,有针对性地选用各种助剂的品种和用量。双组分水性环氧防腐涂料应选用的助剂有成膜助剂(醇醚类助剂)、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠流变剂、防闪锈剂、防腐剂、水性附着力促进剂等,具体选择时应考虑与水性环氧树脂体系的相容性,避免出现凝胶和涂膜缺陷。同时应尽量筛选不含VOC或少含VOC的助剂,在满足各项性能要求的前提下,尽量减少助剂的用量。
2.3.1润湿剂的选择
双组分水性环氧防腐涂料以水为稀释剂,水的表面张力较高,水性涂料的消泡,也减小了水性涂料对底材的湿润能力、渗透能力和铺展能力。对底材的润湿不好将会导致严重缩孔等表面缺陷的发生,影响涂料对底材的附着力,从而导致水性环氧防腐涂料的耐防腐性能差。应适当加入润湿剂,以降低涂料体系的表面张力来提高水性环氧防腐涂料的润湿性能。研究中通过选用一系列的水性润湿剂,最终确定选用气体化学的润湿剂,该润湿剂能大大降低水性涂料的表面张力,提高涂料体系对底材的湿润性能和渗透性能,使涂膜外观及性能满足要求。
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