无溶剂环氧自流平重防腐地坪涂料

无溶剂环氧自流平重防腐地坪涂料

梁剑锋,周子鹄,刘戎治,李赉周　(广州秀珀化工有限公司, 511495)

0　引　言
自1934年德国I G Farben公司的P Schlack发现了双环氧化合物可以用胺固化生成大分子物质以后,由于其卓越的粘附力、耐化学介质腐蚀能力等优异性能,环氧树脂广泛用于粘结剂、灌封材料、涂料等行业。目前涂料工业所用的环氧树脂约占其总产量的一半,用于制备多种高性能涂料。环氧防腐蚀涂料中以溶剂型涂料所占份额最大,但常规溶剂型环氧树脂涂料多以芳烃、酯类、酮类等为溶剂,这些溶剂大多具有毒性,挥发后对环境污染较大。世界各国政府相继对挥发性有机化合物含量进行限制。鉴于此,粉末涂料、水性涂料、无溶剂涂料得以快速发展。针对工业地坪系统,粉末涂料因固化条件较为苛刻(一般在160 ℃以上热固化或用紫外光等固化) ,从而限制了它在地坪涂料领域的发展。水性涂料成膜后其防腐蚀性能一般均不理想,也不能用于具有防腐要求的地坪系统。因此,研制新型的无溶剂环氧重防腐地坪涂料已成为工业地坪涂料领域的最佳选择。目前我国市场上推出的无溶剂环氧防腐蚀地坪涂料由于黏度大,不适用自流平施工,而且在重防腐性能欠佳,急需改进。为此,本文采用一种防腐性能优异的丙烯酸改性环氧树脂作为甲组分,以腰果壳油改性的不挥发非活性的环氧树脂稀释剂为溶剂调节施工黏度,以在重防腐领域具有优异使用效果的天然腰果壳油合成的固化剂作为乙组分,制成了黏度适中、适合自流平施工的双组分环氧重防腐地坪涂料。既解决了环保问题,又克服了当前无溶剂自流平地坪涂料在防腐性能上的缺点。

1　涂料制备
1. 1　基本配方
基本配方如表1所示。
表1　无溶剂环氧自流平重防腐地坪涂料基本配方

1. 2　生产工艺
环氧自流平色漆的生产工艺流程见图1,固化剂的生产工艺流程见图2。

1. 3　性能检测
产品性能检测结果见表2。

2　配方设计及分析
2. 1　树脂的选择
环氧树脂具有力学性能好、粘结性能高、固化收缩率低以及综合性能优异等特点,是目前应用最为广泛的地坪涂料用合成树脂。环氧树脂的类型及其相对分子质量对涂料的性能的影响很大,双酚F型环氧树脂黏度低、各种性能较好,但价格偏高;环氧E – 44 (双酚A型)为半固态,流平性差,不适合制备无溶剂型涂料。目前大多数生产无溶剂环氧自流平地坪涂料都是采用E – 51液态环氧树脂(双酚A型) ,但是单纯的双酚A型环氧树脂的重防腐性能较差,以致于此涂料不能广泛应用于需要重防腐的工业地坪领域。为此本文选用了一种改性的液体环氧树脂BYD – 7201 [环氧当量169～178,黏度20 000～40 000 mPa·s (25 ℃) ,泰国有机化学公司生产]。BYD – 7201是丙烯酸改性的双酚A型液态环氧树脂,其固化后具有较高的交联密度,优异的防腐性能,特别适用于需耐浓度较高的强酸、强碱性介质的场合。

2. 2　固化剂的选择
固化剂是影响自流平地坪涂料表面状况和防腐性能的主要因素之一,因此固化剂的选择至关重要。由腰果壳液合成的改性环氧树脂固化剂(NX – 2007)作为重防腐的应用已经有近20年的历史,它是在20世纪80年代首先由卡德莱公司前身3M公司开发出来的。目前世界各国特别是船舶和重防腐涂料正在大量采用这种固化体系,以达到小投入、大产出、高效率的重防腐涂装效果。这种固化剂既有低相对分子质量脂肪胺体系的硬度和优良的耐化学腐蚀性能,又有低相对分子质量聚酰胺体系的长适用期、良好的韧性以及低毒性能,此外还有一般酚醛胺体系的快速固化和优良的附着力。而且它是世界上第一个获得美国FDA和NSF认可,可作为与食品或饮用水直接接触的防腐蚀涂料的固化剂。NX – 2007 与各种常规固化剂相比具有明显的防腐、防护和快干性能,综合性能优异(见表3) 。用NX – 2007的传统的改性脂肪胺类固化剂(ANCAM INE1618)配漆后的防腐性能比较见表4。


　按理论配比与E – 51环氧树脂混合,涂于马口铁片,室温固化7d;干膜厚度100～150μm;室温下浸泡于上述试剂4 周后,测增量百分率。
由表4的实验数据可见,NX – 2007的耐化学腐蚀性能明显优于传统的改性脂肪胺类固化剂,适合于无溶剂环氧自流平重防腐地坪固化系统。
2. 3　稀释剂的选择
无溶剂环氧地坪涂料由于黏度大,不适合自流平施工,所以在制备自流平涂料时需要添加一定量的稀释剂来调节环氧树脂涂料的黏度, 现在大多使用AGE、BGE型环氧活性稀释剂。这种类型的稀释剂具有较大的气味和毒性,并且对环氧树脂的性能有一定的影响,不适合大量加入。而以腰果壳油改性的不挥发非活性环氧稀释剂NX – 2020,其加入比例可高达树脂量的30% ,具有很好的调节黏度的作用而又能保证涂膜的理化性能,同时还能调节施工操作时间和涂膜的韧性。它独特的结构使它能与各种环氧体系有极佳的相容性,对施工表面有很强烈的浸润性能,对涂层的防腐、防护具有很好的促进作用。

2. 4　颜填料的选择
颜料在涂料中除着色和遮盖作用外,有时也起防腐蚀的作用。因此,底漆中可以选择一些具有一定的防腐蚀能力的颜料,如氧化铁红、磷酸锌、四盐基锌黄等;面漆则选择二氧化钛、炭黑、汉沙黄、酞菁系列颜料等,这些颜料都具有优异的耐化学介质性能。填料(体质颜料)除降低成本外,主要用于改善涂层的物理机械性能。考虑体质颜料的防腐蚀性能,可选用滑石粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉、石英粉、云母粉作为该涂料的填料。由填料的晶形结构可看出,云母粉、滑石粉和石英粉具有一定的鳞片结构,可提高涂层的抗渗能力,所以主要选用该类填料。但是云母粉的吸油量较高,不适合高比例添加,需要与其他低吸油量的填料搭配使用,才能保证涂料的自流平性能。

2. 5　助剂体系
无溶剂环氧自流平地坪涂料对涂膜的要求极高,施工时既要使涂膜在有限的时间内充分流平,避免浮色发花等,又要求厚膜中的气泡迅速排出而漆膜表面不留下任何缺陷。因此,分散剂、流平剂、消泡剂等助剂的选择及用量是极为关键的。一方面通过加入各类助剂,消除涂料施工中的各种弊病;另一方面,助剂的加入只可提高或至少不降低涂层的防腐蚀能力,保证对涂层性能的理化体系不产生影响。经过实验,分散剂选用荷兰埃夫卡公司的4050和5065;流平剂选用荷兰埃夫卡公司的3239 和日本楠木化成的L -1982;消泡剂选用荷兰埃夫卡公司的2720,这一助剂组合具有很好的施工效果和防腐性能。

3　防腐性能分析
3. 1　涂层的防腐性
涂层的防腐性能如表5所示。由表中数据可看出,该地坪涂料对各种酸碱物质及常用的溶剂(除了氰氟酸和50%的硝酸外)都具有良好的防护性,能满足各种需要防腐性能要求的工业厂房的地坪。
表5　无溶剂环氧自流平重防腐地坪涂料的防腐性能指标

　按理论配比混合均匀后,涂刷于马口铁片,室温固化7 d;干膜厚度100～150μm;室温下浸泡于上述试剂规定天数后,取出晾干,测质量,计算增减质量分数。

3. 2　涂层的致密性
涂层的致密性是影响涂层防腐性的重要因素。涂料固化后,涂层的致密性越高耐化学介质的渗透性越好。图3和图4是无溶剂环氧自流平地坪涂料涂层表面的扫描电镜照片,图3扫描尺度为5μm,图4为2μm。由图3和图4可以看出,该无溶剂环氧自流平地坪涂料涂膜是非常致密的。因为该涂料不含有任何挥发性有机溶剂,杜绝了涂料成膜过程中由于溶剂挥发而形成的空隙,也由于选用的树脂和固化剂固化后具有较高的交联密度,减少了涂膜本身与分子结构有关的结构空隙,这些因素的共同作用使涂层具有较高的致密度,从而增强了涂层耐化学介质渗透的能力。


3. 3　片状填料与涂层防腐的关系
片状体质颜料(如云母粉、滑石粉等)在涂膜交联固化过程中将会平行交叉地分布在涂层中。在有足够厚度的涂层里将会形成数十层的鳞片状排列,形成了涂层内介质复杂曲折的渗透路径(如图5 所示) ,从而有效延长了介质渗透至基体的必要时间,从而大大增强了涂层的防腐性能。

图5　介质在片状填料涂层中渗透示意图

3. 4　涂层厚度与防腐的关系
根据介质在涂层内的扩散理论,其扩散渗透过程一般均符合Fick定律,通过一系列数学推导和简化,可得到渗透时间与扩散系数和涂膜厚度之间的关系式1所示。
　　T =L2 /6D (1)
其中, T为涂层耐腐蚀的寿命; L 为涂层的厚度;D为液体介质在涂层内的扩散系数。
上式说明,介质渗透达到涂层- 基体界面的时间(即涂层的寿命)与涂层的厚度的平方成正比,与扩散系数成反比,这就是涂层厚膜化长效性的理论依据。一般重防腐涂料的干膜厚度在200～300μm,甚至可达500～1 000 μm。而这种环氧自流平地坪涂料施工,干膜厚度一般达到1 000μm以上,甚至达到2 000～3 000μm,可见这种环氧自流平地坪涂料在涂层防腐的长效性上是有绝对保证的。

4　结　语
无溶剂环氧自流平重防腐地坪涂料及其涂装系统的防腐性能优良、持久;涂膜表面平滑、美观,达镜面效果;耐磨、耐压、耐冲击;生产施工过程简单、方便,基本无VOC排放,有利于环保。该地坪涂料及涂装系统优良的防腐性能能满足现代科技和生产发展对地坪高度洁净和防腐性能的要求,具有显著的经济效益和社会效益,应用现状和前景十分广阔。