单组份水性环氧防腐涂料实验分析

单组份水性环氧防腐涂料实验分析 夏 勇1,唐 操2(1. 上海振华重工(集团)股份有限公司长兴分公司,上海 201913;2. 立邦工业涂料(上海)有限公司,上海 201500) …

单组份水性环氧防腐涂料实验分析
夏 勇1,唐 操2(1. 上海振华重工(集团)股份有限公司长兴分公司,上海 201913;2. 立邦工业涂料(上海)有限公司,上海 201500)

本次实验的成膜物质选择为单组份水性环氧树脂,复合防锈颜料的选择为磷酸锌和三聚磷酸铝,选定具有防腐功能的改性蛭石作为填料,重点分析了颜填料配方体系对防腐涂料应用性能的影响。结果表明,当磷酸锌和三聚磷酸铝的用量比例为3 ∶ 2,添加8% 的改性蛭石时开发出来的涂料具有最强的防腐性能。

1 实验部分
1.1 原材料
选用由北京金汇利应用化工制品有限公司生产的水性环氧树脂HDAE-605 和催化剂HD-CG01,由广西新晶科技有限公司生产的三聚磷酸铝和磷酸锌;一般工业制品硫酸钡和氧化铁红少许;由实验室自制的改性蛭石粉;由德国Riter 公司生产的涂料助剂、润湿剂、分散剂、流平剂和消泡剂等。
1.2 主要仪器和设备
由天津精科材料试验机厂生产的漆膜附着力试验仪、漆膜干燥时间试验器和铅笔硬度计;由上海所谓机电设备有限公司生产的高剪切研磨分散剂;有上海家慈仪器实验设备有限公司生产的耐盐雾试验机。
1.3 蛭石样品的制备
通过抄袭粉碎设备将原矿蛭石进行粉碎性处理,再筛分到200 目留作备用;膨胀蛭石的制作需要通过电加热炉提供一个植被环境,升温标准高达900℃,从原矿蛭石中挑选片层结构较好的蛭石投入炉中,并在30s 后及时取出,取出后的即为膨胀蛭石,最后进行粉碎处理、筛分处理,同样筛分到200 目即可。
1.4 涂料及试样的制备
按照一定的比例要求,在分散机搅拌罐中加入水性环氧树脂、PH 调节剂、分散剂和离子水进行低速搅拌,搅拌时间在20min 左右,随后依照先后顺序加入适量的三聚磷酸铝、超细硫酸钡、炭黑、改性蛭石和磷酸锌进行低速搅拌,搅拌时间为15min 左右,随后以30μm 的标准将浆料高剪切砂磨进行分散处理,再添加一定量的助剂到浆料中,比如增稠剂、消泡剂和流平剂等,对其进行充分搅拌后加入离子水调控黏度,最终得到涂料样品。测试样板的制备方法以GB/T 1727-1992 规定为准。

2 结果与讨论
2.1 防锈颜填料体系的设计与选择
要想提升水性防腐涂料的应用性能就必须对防锈颜填料配方体系进行合理的选择,并且在设计上进行合理的优化。在社会发展和进步的过程中,人们的环保意识逐渐增强,在早期生产过程中使用到的锌铬黄、红丹等防锈颜料,都含有铬、铅等有毒物质,已经不符合时代发展要求。近年来,人们都致力于开发类似铁钛粉、偏硼酸钡、磷酸锌、三聚磷酸铝等无毒防锈颜料,目前在生产活动中应用较为广泛的就是三聚磷酸铝、磷酸锌和复合铁太粉等。
(1)防锈颜料的选择与配比优化。磷酸锌是一种具有环保性的无毒防锈颜料,且防腐性能超强,因为磷酸根附着于金属表面会形成一层致密的复合保护膜,为金属提供了有力的防腐“保护伞”,不仅如此,磷酸锌还能同时在阳极区和阴极区产生积极的作用。由此不难看出磷酸锌是水性防腐涂料中必不可少的防锈颜料,三聚磷酸铝本身就是一种具有极强防锈性能的颜料,主要是因为其能释放出具有超强鳌合能力的三聚磷酸根离子(P3O105-),能同时与二价铁离子和三价铁离子生成鳌合物,最终形成一层致密的保护膜,其中所含物质都是以三聚磷酸铁为主体。不仅如此,协同防锈效应也是磷酸锌和三聚磷酸铝具有的一大优势。本次颜填料的加入量是固定的,均为20%,但每次实验的磷酸锌(ZP)和三聚磷酸铝(AWP)的配比有所不同,用这唯一的变量对水性环氧防腐涂料的性能进行了测试,测试结果如表1 所示。
不同配比磷酸锌和三聚磷酸铝的防腐性能
从表1 的数据中不难看出,不同配比三聚磷酸铝和磷酸锌会涂料具有不同的防腐性能。100% 的三聚磷酸铝相比于磷酸锌,防锈能力要弱很多,但两种物质组合配比制作出的颜料,要比单纯度的防腐性能强。防腐效果最好的配比值为:磷酸锌∶三聚磷酸铝=3 ∶ 2,而这一结果也再次验证了磷酸锌和三聚磷酸铝之间具有协同防腐效应。当然,本次实验结果与有关实验结果还是存在一定差距的,但这并不影响最终结论的主要观点。对于出现实验数据差距的原因,主要有以下两点:第一,采用了不同环氧树脂体系;第二,选用了不同类型的三聚磷酸铝。
(2)功能填料的制备与应用。功能填料应用恰当与否对防腐涂料应用性能的改善有着极大的影响作用,填料功能的体系主要体现在物理防腐和化学防腐两方面,比如锌粉的防腐功能是通过阴极保护实现的,鳞片和云母的防腐功能是通过“迷宫效益”实现的,即片层在涂膜中呈横向分布。蛭石属于一种硅酸盐矿物材料,其内部结构呈现纳米层状。蛭石拥有非常丰富的纳米片层,所以通过插层、剥离等手段就能让其改性。同时,由于蛭石具有化学稳定性高的特点,所以其成了应用于水性防腐涂料开发中功能填料的优选之一。
该实验环节主要研究了水性防腐涂料在不同的改性蛭石应用中的不同性能,填料分别为膨胀蛭石、有机改性蛭石和原矿蛭石。
实验结果表明:涂料防腐性能的提升可以通过添加原矿蛭石和有机改性蛭石实现,两者相比而言,有机改性蛭石的防腐性能提升功能更为显著,而主要是因为有机改性蛭石的有机集团可以通过插层操作在蛭石层间进行修饰,进而提升其在树脂中的分散性,插层操作能有效的增加层间距,让“迷宫效应”更好地发挥出来。膨胀蛭石却表现出了相反的效果,随着膨胀蛭石的加入涂料防腐性能反而降低了,这主要是因为膨胀后的蛭石吸油性提升,对涂料成膜的性能造成了影响,还有可能是因为膨胀蛭石本身的密度小,难以在树脂中被均匀的分散。
改性蛭石的添加量对涂料防腐性能的影响是一个多变的过程,涂料防腐性能会随着蛭石添加量的增加先升后降,细心观察记录后发现添加8% 改性蛭石时,涂料将拥有最佳防腐性能。除此以外,实验过程还发现了一个与之前大部分实验结果相同的问题,即改性蛭石的添加量过多,会在一定程度上影响涂膜的致密性,而这一点也极有可能是导致过量添加改性蛭石量反而会降低涂料防腐性能的原因之一。
2.2 水性防腐涂料性能测试
在优化配方的基础上,通过再次制备得出单组份水性环氧防腐涂料,并将应用性能的最终结果如表2 所示。
 水性防腐涂料性能测试
2.3 结论
(1)磷酸锌+ 三聚磷酸铝在一定比例下的组合属于优良的防锈颜料组合,且两种物质之间拥有明显的协同防锈效应。防锈性能最佳的物质配比为:磷酸锌∶三聚磷酸铝=3 ∶ 2。
(2)蛭石粉属于一种具有极强防腐功能的填料,其防腐功能的发挥在很大程度上受到制备方法的影响。提升涂料防腐性能的有效方式之一就是对改性蛭石进行有机插层处理,防腐效果最大化所需要的改性蛭石添加量为8%。
(3)本次实验制备出的单组分水性环氧防腐涂料具有超强的耐候性和防腐性,可以直接应用于钢结构防腐底漆或者重防腐配套体系中的面漆。

3 结束语
总而言之,今后涂料的主要方向必然是环保和节能。水性涂料在市场上的占有率会随着国民对环境重视度的提升而越来越高,水性涂料将逐渐替代传统溶剂型涂料。在选择防腐涂料时,保证防腐性能是前提,同时环保性也是必须考虑的因素之一。具有优异性能、高度环保性、合理市场价格的水性环氧防腐涂料在今后的防腐领域中必然会扩大应用范围,并成为防腐领域的重点发展内容。

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