乳香在涂料中的应用

陈斌, 张玉兴, 张东阳, 李焕 (中海油常州涂料化工研究院, 江苏常州213016)

0 引言

乳香又称为玛帝脂、熏陆香、浴香等, 来源为橄榄科卡氏乳香树的树皮部渗出的油胶树脂。多呈小型乳头状或不规则的小块, 有时粘连成团块。颜色为淡黄色或牙白色, 半透明,表面有一层类白色粉尘, 粉末粘手, 无光泽, 气微芳香, 味微苦, 可入药。乳香是一种重要的油漆的原料, 特别适用于提琴油漆中, 因为它的附着力好, 透明度高, 与其他的树脂的相容性优, 而且, 乳香树脂含有部分的挥发油和树胶, 形成的漆膜比较有弹性。在近代意大利油漆中, 乳香树脂是主要成膜物质; 在中国的提琴制作界里, 乳香漆更是赫赫有名。除此之外, 乳香用在防腐、装饰涂料中, 对提高涂料的附着力, 降低涂料黏度, 具有很好的效果。

1 乳香树脂的结构和性能

1. 1 乳香成分
乳香含树脂60% ~ 70%、树胶27% ~ 35%、挥发油3% ~8%。树脂的主要成分为游离α, β- 乳香脂酸及其衍生物约33%, 结合乳香脂酸1.5%, 乳香树脂烃33%。树胶为阿糖酸的钙盐和镁盐20%, 西黄芪胶粘素6%, 此外, 还含苦味质0.5%。挥发油呈淡黄色, 有芳香, 含蒎烯、α- 水芹烯、二戊烯。树脂挥发油有α- 樟脑烯醛、d – 马鞭草烯醇及马鞭草烯酮等。其主要的芳香成分未明。

1. 2 乳香树脂的溶解性

乳香树脂可溶于醇、醚、松香水类溶剂, 不溶于烃、酯、酮类溶剂, 使用前先将乳香树脂与溶剂混合, 加热, 待溶解完全,除去残渣, 才可用于涂料中。

1. 3 乳香树脂的混容性

乳香树脂相对分子质量小, 成膜性不好, 不能单独使用,在涂料中必须与其他树脂混合使用。乳香树脂能与多种树脂相容, 表1为乳香树脂与其他树脂的混容性。

1. 4 乳香树脂的相对分子质量大小和分布

表2是通过凝胶渗透色谱( GPC) 测量的乳香树脂的相对分子质量大小和分布。

表2中的乳香树脂的数均相对分子质量和质均相对分子质量是仪器的估值, 因为乳香树脂的相对分子质量小于1 000,小于仪器的最小测量范围, 数据是仪器通过计算得出的。

1. 5 乳香树脂的DSC图

图1为乳香树脂的DSC图。
乳香树脂的DSC 图

乳香树脂的成分较复杂, 从图1 中可以看出, 曲线具有多条斜率, 其玻璃化温度不够明显。

2 乳香树脂的应用

2. 1 乳香在环氧底漆中的应用

过去10年中, 乳香在环氧涂料中的应用取得了巨大的成功。乳香树脂提高了环氧涂料的耐水性、柔韧性和润湿性能。具体地说, 乳香改性提高了环氧涂料如下性质: 乳香树脂具有优异的渗透性能, 涂料基本上能用于所有的金属底材; 涂料固含量高, 减少有机挥发物( VOC )的排放; 涂料具有更长效的防腐和保护效果; 良好的通用性能。乳香树脂黏度低, 具有良好流动性, 作为涂料粘结剂, 具有非常好的渗透性能。因此乳香改性环氧涂料可以成功地应用到各种不同方法处理的表面。图2显示了大小不同的分子渗入钢铁基材状况, 而较大的环氧树脂等分子停留在钢铁表面。
不同大小的分子渗入钢铁基材状况

乳香树脂为小分子, 所以环氧乳香涂料能够深入渗透基材, 对处理较差的表面也有很好的附着力。乳香改性环氧涂料具有良好的表面耐受性和耐磨性, 保证了持久的涂料性能和更长的使用寿命。如果涂料在使用过程中发生损坏, 乳香改性环氧涂料良好的渗透性能就可以防止出现切口腐蚀, 从而使乳香改性环氧涂料比纯环氧涂料具有更好和更长的防腐性能。加入20%乳香树脂代替环氧树脂进行改性的环氧底漆与不加乳香树脂的纯的环氧底漆的性能对比见表3。

乳香树脂与环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、氨基树脂、聚乙烯缩丁醛树脂、硝基树脂等都有很好的混容性, 用于底漆可以与不同的面漆配伍。乳香树脂良好的渗透性保证了乳香改性环氧涂料可用于一系列不同的底材, 如裸钢、镀锌钢、不锈钢和铝等。而且乳香改性环氧涂料可以在寒冷和温暖的气候条件下施工, 四季通用及灵活的涂覆间隔, 因此, 乳香改性环氧涂料具有良好的通用性能。

2. 2 乳香树脂在醇溶性无机富锌底漆中的应用

醇溶性无机富锌涂料大量用作新建造的船舶、海上钢结构、集装箱、仓罐容器等长效防腐蚀保护。富锌涂料的防蚀机理主要是锌的电化学保护作用, 锌元素在保护钢铁防止腐蚀时以牺牲锌来达到保护铁的目的。在醇溶性无机富锌底漆中, 一般在辅剂中要加入一定量的聚乙烯缩丁醛( PVB )来提高漆膜的柔韧性和附着力, 用乳香树脂代替部分PVB, 可明显降低涂料黏度, 提高漆膜附着力和增强防腐蚀能力。表4为乳香树脂代替PVB 对漆膜性能影响。

从表4中可以看出, 用乳香树脂部分代替PVB树脂, 能降低辅剂黏度, 提高辅剂与主剂的比例, 增加漆膜的厚度和遮盖力, 提高漆膜的耐盐雾性能, 乳香树脂的良好流动性也改善了漆膜的流平效果。但乳香属于软性树脂, 配制漆时加进乳香的量不适宜时, 漆膜不容易干、松散, 成膜性差, 影响漆膜的耐盐雾性。乳香树脂代替一半PVB 时效果最佳。

2. 3 乳香树脂在丙烯酸树脂中的应用

丙烯酸涂料具有很好的耐候性、干性和施工性能, 但聚丙烯酸涂料一般是热塑性涂料, 由于分子不能交联成膜, 柔韧性和附着力不是很好, 一般需要加入氯化石蜡或邻苯二甲酸酯等增塑剂, 改进漆膜机械性能, 但氯化石蜡或邻苯二甲酸酯相对分子质量小, 时间长容易从漆膜中挥发出去, 影响漆膜性能, 而且该类增塑剂具有一定的毒性, 对环境和周围人体肾功能具有一定伤害。乳香树脂与丙烯酸树脂有很好的混容性,而且, 乳香树脂相对分子质量比一般增塑剂相对分子质量大,不易挥发, 无毒性, 用乳香树脂代替增塑剂加入丙烯酸涂料中, 能提高漆膜机械性能, 改善漆膜性能。乳香树脂相对分子质量小, 改性丙烯酸树脂能够降低涂料黏度, 提高丰满度, 提高光泽, 表5为加入树脂量10%的乳香树脂和不加乳香树脂的涂料性能对比。
加入树脂量10%的乳香树脂和不加乳香树脂的丙烯酸树脂涂料性能对比