双组分水性环氧防腐涂料的研究与制备

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1、双组分水性环氧防腐涂料的研究与制备 刘建颖,刘素敏(天津灯塔涂料工业发展有限公司,天津 300400摘要:采用水性环氧树脂乳液作为环氧 基料, 水性改性胺作为 , 低铅含量防 锈 、 等配制成双组分水性环氧 。 该涂料达到 环氧 涂料的 理化性能要求,同时 VOC 低,符合国家强制性标准可溶性重金属的限量要求,适用于对环 保要求严格的工业钢结构防腐领域。关键词:;防腐蚀;低铅含量;双组分0前言近年来, 随着国家对环境保护工作的重视及人们环保意识的日益增强, 水性涂料成为涂料发 展的重要方向和研究热点。环氧树脂因其品种较多,性能优异,广泛应用于涂料生产中。 水 性环氧防腐涂料除了具有溶剂型环氧涂

2、料的诸多优点,如对多种底材具有极佳的附着力、 固 化后的涂膜 性 和耐化学药品性能优异、涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘 性能优异等;还具有有机溶剂或 VOC 含量较低,不会造成空气污染,满足环境保护要求; 同时 以水作为分散介质,价格低廉、无气味、不燃、储存、运输和使用更安全;施工工具 可用水直接清洗;水性环氧防腐涂料的突出优势还表现在该混合体系可在室温和 潮湿的环 境中固化, 有合理的固化时间, 并保证有很高的交联密度, 这是通常的水性 丙烯酸 涂料和水 性 涂料所无法比拟的。 本文讨论了水性环氧树脂乳液、 水性改性胺环氧固化剂、 低铅 含量防锈颜料及环保型助剂所配制涂料的性能。 随

3、着我国环保法规的日益完善, 水性环氧防 腐涂料作为环保型钢结构防腐涂料具有更为广泛的应用前景。1试验部分1.1原料水性环氧树脂乳液、 水性改性胺环氧固化剂、 低铅含量防锈颜料、 着色颜料、 填料、 润湿剂、 分散剂、 剂、醇醚类助剂、增稠流变剂、防腐剂、防闪锈剂、 pH 调节剂、水性附着力 等。1.2双组分水性环氧防腐涂料配方双组分水性环氧防腐涂料配方如表 1所示。表 1双组分水性环氧防腐涂料配方 表 1双组分水性环氧防腐涂料配方1. 3双组分水性环氧 制备工艺(见图 1 图 1双组分水性环氧 制备工艺流程图图 1双组分水性环氧 涂料制备工艺流程图1. 4施工方法该双组分水性环氧防腐涂料可与多

4、种水性和 涂 料配套。施工前,所有待涂覆的表面 根据 ISO8504:1992标准进行评估和处理。如有油脂,应用溶剂清洗至 SSPC-SPI 标准。涂 覆双组分水性环氧 防腐涂料时必须严格遵守所有的清洗度标准。建议采用无气喷涂和空气 喷涂。刷涂和辊涂仅适合于小范围修补,干膜厚度 5060m。1. 5性能测试经过大量的试验及性能检测, 确定了双组分水性环氧防腐涂料的生产配方。 双组分水性环氧 防腐涂料及涂层的性能, 按企业标准的规定进行自测, 同时通过天津市技术监督局第十一检 测站的检测,检测结果见表 2。表 2双组分水性环氧防腐涂料性能检测结果 表 2双组分水性环氧防腐涂料性能检测结果2结果与

5、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 、 oer-95环氧树脂、 1455水性环氧树脂、 XY-600水性 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 体积浓度 (PVC的确定双组分水性环氧 的颜填料及

6、 PVC 对涂层的电化学、 等性能有很大的影响。双 组分水性环氧 的颜填料考虑到水性改性胺环氧 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

7、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(PO43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

8、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

9、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的选择助剂是双组分水性环氧 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、 剂、 水性附着力 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

10、双组分水性环氧防腐涂料以水为 , 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。2.3.2硅烷偶联剂的选择硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物。常见分子式为R

11、 n S i X 4-n ,其中 R为不能水解的反应性有机官能基,X为可水解基团。此类硅 烷能通过化学或物理作用, 在原先相互惰性的高分子聚合物与无机底材之间形成分子桥,把二者牢固地粘附在一起, 使涂料的附着力有很大提高。试验中通过对一系 列硅烷偶联剂的选择对比,最终确定选用某 类特殊硅烷偶联剂, 添加该硅烷偶联剂后, 附着力提高了一个等级, 从而提高了双组分水性 环氧防腐涂料涂膜的理化性 能。2.3.3成膜助剂(醇醚类助剂的选择成膜助剂又称聚结剂, 它能促进水性环氧树脂乳胶粒子的塑性流动和弹性变形, 改善其聚结 性能, 能在广范的施工温度范围内成膜。常用的成膜助剂包括二醇 类、 醇醚类、醚酯

12、类等。 双组分水性环氧防腐涂料因选用可较低温度成膜的水性环氧树脂乳液, 可不加或少加成膜助 剂,结合环保要求,选用进口高沸点(250 以上的低气味醇醚类成膜助剂。2.3.4防闪锈剂的选择在钢材表面直接涂覆水性涂料时, 会产生闪锈。 为克服双组分水性环氧 的闪锈问题, 试验中筛选了多家公司生产的防闪锈剂, 通过性能价格对比, 最终选用科宁公司的水性防闪 锈剂,其加量为 0.5%1.0%。3结语(1通过对双组分水性环氧 的配方优化和研究,使其与 环氧 涂料在理化 性能、施工适应性、配套性等方面性能相当或接近。 (2优选低铅含量磷酸锌,使研制的双 组分水性环氧防腐涂料,既达到了较好的耐盐雾性(500h ,又满足了国家强制性标准可溶 性重金属的限量要求。 (3筛选低 VOC 醇醚类 等有效地降低了研制产品的 VOC 含量, 符合环保要求。双组分水性环氧防腐涂料满足了对环保要求较高的工业防腐领域的需要。 作 为环保涂料, 双组分水性环氧防腐涂料必将得到人们的认可和广泛使用, 是防腐涂料的发展 方向。