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预涂卷材用水性环氧聚酯底漆研究
李锐1冯全芬2郝龙1林安1甘复兴1’3
1．武汉大学资源与环境科学学院环境工程系，湖北武汉430079
2．武汉大学土木建筑工程学院市政工程系，湖北武汉430072
3．金属腐蚀与防护国家重点实验室，辽宁沈阳110016
1.引言
近年来，为了控制VOC的排放，适应不断严格的环保法规，水性涂料成为了涂料发展的重要方向和研究热点。预涂卷材用涂料作为涂料行业的重要领域，由于性能和经济方面的因素，其生产工艺仍以溶剂型占主导地位，仅有少数几条生产线使用水性涂料。因此，为满足环境保护的需要，开发性能优异的水性卷材涂料具有重要的意义。卷材涂料用树脂以饱和聚酯树脂和环氧树脂为主，二者具有较好的综合性能。本研究采用水性饱和聚酯和环氧树脂混拼的方法，综合二者的优异性能，研制出的低VOC水性卷材底漆，具有较好的附着力、柔韧性和一定的防腐能力。同时探讨了固化剂、颜填料、助剂等主要因素的影响。
2实验部分
2．1涂料配方
预涂卷材用水性环氧聚酯底漆配方见表1。
表1卷材水性底漆配方
2．2涂料的制备
根据涂料配方，先以部分水性树脂、颜料、去离子水按一定比例加入小型研磨机，研磨至刮板细度合格，出料，得到分散好的色浆。在上述色浆中加入其余的配漆用树脂、交联剂、助剂及去离子水，高速分散搅拌2小时，过滤，包装。
2．3涂层得制备
实验中选用10cmX5cm的厚度为0．5mm的镀锌板，经预处理钝化后。用刮棒辊涂上述方法配制好的底漆得到湿漆膜，在(220~230)℃烘40~45s，制得带底漆膜的样板。然后在此底漆膜上以上述相同方法施工自制面漆，得到所需的底面复合漆膜，在恒温恒湿室内调试后测试其各性能。
3结果与讨论
3．1底漆树脂品种及用量对涂膜性能的影响
环氧和聚酯树脂都是性能优良的底漆基料树脂，二者混拼后，可以将两种树脂的优良特性结合起来。但环氧的加入量不能太高，否则会影响漆膜的柔韧性。改变混拼树脂中环氧用量的比例，交联树脂采用氨基树脂(其他条件相同)，得到漆膜机械性能与耐盐雾性能结果如表2所示。表中环氧树脂用量为占树脂总质量的百分数(固／固)。
由表1可知，随着环氧用量提高，体系的耐盐雾性能呈上升趋势，用量提高到一定值，则不再明显提高，但漆膜柔韧性随环氧含量提高而下降。可能原因是：所采用的环氧树脂分子量较小，交联基团有限，用量加大交联密度没有上升，影响耐盐雾性能；虽然聚酯树脂分子中线性多元醇部分可以为漆膜提供很好的韧性，但环氧树脂刚性较大，加入量过多会降低漆膜的韧性。
综合考虑，环氧树脂用量确定为占树脂总固体分的15％。
3．2交联树脂品种及用量对涂膜性能的影响
卷材涂料中常用的交联树脂有氨基树脂及封闭型异氰酸酯树脂。表3所示为交联树脂品种对漆膜性能的影响。
除交联树脂外，基料树脂采用3．1的混拼树脂，其它组分均相同。交联树脂中，使用氨基树脂时，混拼树脂／氨基树脂为80／20(1#)；使用封闭型异氰酸酯树脂时，混拼树脂／封闭型异氰酸酯树脂为80／20(2#)；使用氨基树脂与封闭型异氰酸酯时，混拼树脂／氨基树脂／封闭型异氰酸酯为80／10／10(3#)。从上述结果可以看出，采用氨基树脂体系时，漆膜比较脆而硬；而采用封闭异氰酸酯树脂体系时，漆膜柔韧性要优于采用氨基树脂体系类型；将两种交联树脂混合使用，漆膜硬度、柔韧性和耐盐雾性能均优良。这可能是由于在两种交联体系的情况下，如果反应条件合适，就可形成互穿交联网络(IPN)结构，在树脂中引入大量氨酯键，这样漆膜整体性能都得到提高，例如水解稳定性、耐盐雾性、耐酸性等晗。此外，考虑到交联树脂的用量问题，对于上述所用各种交联树脂，本研究对用量做了试验，发现在一般用量范围内，即对氨基树脂为5—15％，对封闭异氰酸酯为10-～30％，交联树脂的用量对复合漆膜机械性能稍有影响，但没有明显变化。从成本和漆膜性能考虑，我们选定氨基树脂与封闭型异氰酸酯分别占总树脂质量(固体分)的10％。
3．3流变防沉助剂对涂膜性能的影响
水性涂料相对于其它有机涂料除了耐蚀性能较差外，由于水的表面能较大，以及水溶液在烘烤过程中，水分挥发不均匀，致使涂膜表面性能差，易出现桔皮、小孔、起皱现象，不够光滑7流平性差。另外，颜填料在水性树脂中亦难以长时间分散，一定时间后易出现团聚现象，影响涂层性能。本研究通过采用实验窒自制的插层改性累托石作为流变防沉助荆，利用其巨大的内表面和架桥作用，使颜填料更有效地分散于基料树脂中，防止其沉降．同时改善了该底漆的流平效果。通过扫描电镜表征了插层改性累托石含量为0%(A)和2％(B)的涂层断面(图1)的分散情况。
结合图1所示的扫描电镜，可以清楚的看到，在未加幕托石浆料的水性涂料体系(图1A)中，经过研磨分散后，制威的涂层分散效果差，能看到多处存在着团聚现象，涂层表面小孔较多且粗糙，相比加入景托石浆料的涂料体系(图2B)，虽然在滁屡新面的扫描电镜照片上同样存在着团聚的现象，但要比未加入累托石浆料的分散效果好，同时涂层显得更加致密光滑。
3．4颠基比对涂膜性能的影晌
考虑到防腐效果和遮盖力的要求，实验中选用的颜填料为锯黄、兰聚磷酸铝、锌铬黄、钍白糟、立德粉、滑石粉。为实现涂料的昂佳性能，颜填料的最佳含量需进一步的测试确定。在涂料配方设计中，基料与颜料间的比例即颜基比(V／B)是重要的影响因素。在低P／B涂辩中，颜填料粒子分散在基料聚合物的连续相里。但随着颜填料的增加，P／B超过一定极限时．基料聚合物就不能将颜料和填料之弼的空隙完全充满，基料被空气所取代，因而涂膜的物性以该极限值为界限，表现出不同的性能嗍。考察颜料，基料(P／B)值对耐盐雾性能及附着力的影响，结果如图1。由图1可以看出，随着Pm的增加，涂层的耐盐雾性能上升，附着力．F降，到P／B=I 4／1时达到耐盐雾与附着力的综合性能最好。其原因是；当P／B<1．4／1时，随着P／B的增加，漆膜内颜料粒子相对增多，起防锈作用的颜料粒子就增多，故耐腐蚀能力上升；当P／B=I．4／1时，耐盐雾能力达到最大i当P／B>l 4／1时，基料相对减小不足以润遐包裹全部颜料粒子，这时空气就取代一部分基料形成多孔空气团，跗着力与耐盐雾能力璇之下降。
综上所述，本研究选定底漆中颜蔗比确定为1. 4／1。
4涂层性能测试
通过前面的讨论，选择各影响因素的最佳条件配置涂料，测试其性能见表4。
表4水性卷材涂层性能
5.结论
为突出环保意识，本研究选用低VOC的水性树脂，配以性能优良的交联固化剂，采用合适的助剂和颜基比，制得的水性卷材涂料性能优异，附着力、T弯等机械性能达到了相关工业要求。具有了一定防腐性能，但防腐效果与溶剂型涂料还有较大差距，该涂料还需要在耐候性和耐蚀性方面进一步研究。
