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高性能水性環氧酯防腐涂料的研制(實驗報告)
發布:2023-4-10

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引言


為了應對氣候變暖、生態環境惡化等全球性公共問題,2020年9月,我國提出了“碳達峰、碳中和”的目標。因此在碳減排的背景下,傳統溶劑型涂料產能受到限制,行業壁壘也在不斷提高。目前綠色新型環保型涂料技術主要向水性涂料、粉末涂料以及高固體分涂料方向發展。其中,水性涂料因其VOC含量低,使用安全、便于貯藏運輸及施工等特點得到了快速增長,是工業防腐涂料在未來的一個重要發展趨勢。


水性環氧酯涂料和水性醇酸涂料在水性單組分工業防護領域有著極為廣泛的應用。與水性醇酸涂料相比,水性環氧酯涂料有著更加優異的腐蝕防護性能和耐水解性能。通過將植物油脂肪酸與環氧樹脂進行酯化反應可制得環氧酯樹脂,所以環氧酯樹脂可同時兼具環氧樹脂與干性油兩者優異的特點。目前,水性環氧酯涂料已廣泛應用于汽車板簧、車橋等車輛零部件領域。本研究主要選用了自制的自乳化水性環氧酯樹脂,復配丙烯酸乳液作為成膜物質,對不同助劑、防銹顏料及顏基比等因素進行了條件篩選測試,研制出了一種具有高性能的水性環氧酯防腐涂料,并對其中的關鍵因素進行了探討。


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實驗部分


1.1 涂料配方及制備工藝

高性能水性環氧酯防腐涂料配方如表1所示。

表1 高性能水性環氧酯防腐涂料配方

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制備工藝:(1)按順序將水性環氧酯樹脂、催干劑、pH調節劑和去離子水加入到分散容器中攪拌均勻;(2)攪拌均勻后按順序加入各種助劑、顏填料以及有機膨潤土,高速分散后加入鋯珠開始研磨;(3)漿料的細度≤30μm后出料;(4)將防閃銹助劑加入到研磨好的漿料中,攪拌均勻后加入聚氨酯增稠調節體系的黏度;(5)最后加入丙烯酸乳液,攪拌均勻后過濾出料待用。


1.2 樣板制備

在制備好的水性環氧酯防腐涂料中加入適量的去離子水,調節至施工黏度,噴涂在規定的樣板上。其中,采用馬口鐵板和冷軋鋼板進行沖擊、硬度等常規性能測試,中性鹽霧性能測試采用噴砂鋼板(粗糙度Sa2.5)。


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結果與討論

2.1 成膜物質對漆膜性能的影響

作為水性涂料體系中主要的成膜物質,水性環氧酯樹脂是決定涂膜性能及涂料性質的重要因素。本研究選用水性環氧酯樹脂與丙烯酸乳液作為復配的成膜樹脂,并且對比測試兩種成膜物質的不同配比對漆膜性能的影響,實驗測試結果如表2所示。

表2 樹脂復配比例對涂層性能的影響

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從表2可知,隨著樹脂復配比例中丙烯酸乳液含量的提升,漆膜的干燥速度、沖擊性能、耐候性能及耐堿性能不斷提高。相對的漆膜的硬度、附著力和耐腐蝕性能不斷下降。結合本實驗漆膜性能測試結果,當水性環氧酯樹脂與丙烯酸乳液的復配比例為6:4時,漆膜的整體性能最佳。


2.2 防銹顏料對漆膜性能的影響

防銹顏料不僅僅可以作為填料提升漆膜的致密程度,還能夠增強漆膜的機械強度。本研究探討了不同種類的防銹顏料對漆膜耐腐蝕性能的影響。測試結果如表3所示。

表3 不同種類的防銹顏料對涂膜耐腐蝕性能的影響

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通過測試發現當將鉬酸鋅與磷酸鋅鋁防銹顏料復配使用時,漆膜的耐腐蝕性能最佳。因為磷酸鋅鋁在水性體系中可以更多的釋放出Zn2+、PO43+離子,在金屬基材表面發生磷化反應,同時在水性涂料固化過程中,鋁離子能夠與羥基進行交聯形成更加致密的涂層,并且與鉬酸鋅協同作用時,可以降低金屬基材鈍化所需要的電流密度,使形成的鈍化膜更加穩定。


2.3 顏料體積濃度對漆膜性能的影響

適當的顏料體積濃度(PVC),能夠提升漆膜的致密程度,并且產生很好的隔氧隔水效果,可以有效抑制氧分子和水分子從漆膜內部滲透到金屬基材的表面,降低其發生陰陽極反應的可能性。

表4 不同PVC對涂膜性能的影響

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由表4的測試結果可以看出,顏料體積濃度(PVC)是影響水性環氧酯涂料性能的十分重要的因素。通過性能測試分析,當體系中顏料體積濃度在30%左右時,漆膜的綜合性能最佳。


2.4 防閃銹助劑對漆膜性能的影響

本研究測試了不同種類的防閃銹助劑對漆膜性能的影響,如表5所示。

表5 不同種類的防閃銹助劑對漆膜性能的影響

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本實驗通過對比測試,篩選FA-179助劑作為水性環氧酯防腐涂料體系中的防閃銹助劑。


2.5 增稠劑對涂料體系的影響

為了提升涂料體系的遮蓋力及其他性能,需要在水性防腐涂料中添加一種或多種顏填料,但在貯存過程中發生團聚、凝結、沉降現象,因此需要在體系中添加一定量的增稠劑來保持顏填料始終處于穩定分散的狀態。本研究測試分析了不同種類的增稠劑對涂料體系性能的影響,如表6所示。

表6 不同種類的增稠劑對涂料體系性能的影響

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本實驗將有機膨潤土與聚氨酯增稠劑進行復配使用,為水性環氧酯防腐涂料體系提供了優異的增稠和觸變效果。


2.6 不同種類環氧樹脂涂料性能測試

對配方篩選優化后,分別與市售的幾款單組分水性環氧酯防腐涂料進行了性能測試對比。按照相同的標準進行制板測試,其性能結果如表7所示。

表7 不同種類的水性環氧酯防腐涂料性能測試

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通過測試對比發現,自制的水性單組分環氧酯涂料的性能在各方面都明顯優于市售的兩款水性環氧酯涂料。特別是在腐蝕防護方面,自制水性環氧酯涂料的防腐性能要遠遠高于市售同類產品以及大部分客戶對鹽霧性能的要求。



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結 語

本研究通過選用自乳化型水性環氧酯樹脂CTW-6070和特定的水性丙烯酸乳液作為主要成膜樹脂及輔助成膜物質,添加適量環保型的防銹顏料,調整體系的最佳顏填料體積濃度(PVC),同時添加合適的涂料助劑,研制出了具有高性能的水性環氧酯防腐涂料:


(1)選取水性環氧酯樹脂復配丙烯酸乳液作為成膜基料,可以同時兼具環氧酯樹脂優異的耐鹽霧性、耐水性、附著力性能以及丙烯酸乳液干燥快、耐候性和耐堿性好的特點,綜合性能優異。


(2)研制出的高性能水性環氧酯防腐涂料,通過采用水性環氧酯樹脂對顏填料進行分散研磨,添加磷酸鋅鋁和鉬酸鋅防銹顏料復配使用,在制漆過程中加入有機鋅螯合物防閃銹助劑FA-179,并調整涂料的顏填料體積濃度至30%,輔以有機膨潤土和聚氨酯增稠劑來提高體系的流變性能,可以很好的綜合涂料的物理機械及防腐性能?沙浞值貪M足汽車板簧、車橋等車輛零部件對腐蝕防護性能的要求,并且體系采用水性化更加安全環保,應用前景十分廣泛。

參考文獻(略)

作者|左慧明,張漢青,劉明,等

中海油常州涂料化工研究院有限公司,江蘇常州 213016


本文轉載自:涂層與防護

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