您现在的位置是:首页 >> 技术专栏 >> 技术文章
一种新型带湿带锈型环氧底漆的研制

                               一种新型带湿带锈型环氧底漆的研制
                                           向永华,张松
                           ( 中国人民解放军92117 部队,北京100072)
    [摘要] 为满足海防工程低表面处理涂装要求,制备了以环氧树脂为成膜物质,改性环氧带锈树脂为转化剂,乙酰丙酮为渗透剂,三聚磷酸铝、氧化锌、磷酸锌为防锈颜料,集稳定型、转化型、渗透型为一体的带锈钢铁涂料。涂料的各种性能均达到国家标准,可带锈涂装且湿固化,耐盐雾时间可达500 h,防腐蚀性能优异。
    [关键词] 带锈涂料; 带湿涂料; 环氧底漆; 转化剂; 渗透剂; 防腐蚀性能
    [中图分类号] TQ633. 9 [文献标识码] A [文章编号] 1001 - 1560( 2014) 12 - 0052 - 04
    0· 前言
    根据不同带锈涂装机理,带锈涂料可分为稳定型、渗透型、转化型及综合型4 类,研究最多的为兼具锈蚀稳定、渗透、转化作用的综合型带锈涂料。该型涂料组分包括稳锈型颜料、锈蚀渗透剂及转化剂,基料绝大多数采用环氧树脂[1]。但是其中的稳锈型颜料多为铬系颜料,毒性较大、不环保; 转化剂多为磷酸-单宁酸或者磷酸-植酸组合,用量不好控制,且酸性物质会损害树脂性能,导致涂料的防腐蚀性能下降[2,3]。
    本工作以改性环氧带锈树脂为转化剂,采用三聚磷酸铝、磷酸锌等非铬系稳锈型颜料,通过正交试验对转化剂和渗透剂的含量进行了优化,并对环氧带湿固化剂进行了优选,获得了一种新型的带湿带锈型环氧底漆。
    1· 试验
    1. 1 生锈铁板制备
    铁板尺寸为75. 0 mm × 150. 0 mm × ( 0. 4 ~ 0. 6)mm; 在3%NaCl 溶液浸泡2 个月后,暴露在空气中自然生锈,按照GB /T 8923 - 88 评定应达到D 级锈蚀程度,锈厚200 ~ 300 μm; 手工除锈至St2 级,锈厚30 ~ 60μm。
    1. 2 涂料配制及涂膜
    1. 2. 1 涂料配制
    涂料基础配方: 50. 0 ~ 70. 0 g 环氧树脂( E -20) ,20. 0 ~ 40. 0 g 改性环氧带锈树脂( X800 -1) ,9. 0 ~ 12. 0g 三聚磷酸铝,6. 0 ~ 8. 0 g 磷酸锌,5. 0 ~ 7. 0 g 氧化锌,30. 0 ~ 35. 0 g 氧化铁红,18. 0 ~ 22. 0 g 绢云母粉,45. 0 ~ 50. 0 g 二甲苯,10. 0 ~ 14. 0 g 正丁醇,5. 0 ~16. 0 g 乙酰丙酮, 12. 0 ~ 16. 0 g 无水乙醇,2. 0 ~ 4. 0 g助剂( BYK163,BYK220S) ,15. 0 ~ 19. 0 g 环氧固化剂。
    按基础配方,在JB -1000 高速搅拌机中加入质量比4 ∶ 1的二甲苯与正丁醇组成的混合溶剂、环氧树脂E -20、改性环氧带锈树脂X800 -1 后以1 400 r /min 转速高速搅拌,直至完全溶解; 降低转速至600 r /min,依次加入颜填料( 三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化锌、氧化铁红、绢云母粉) 、助剂( BYK163,BYK220S) ,高速搅拌( 1 400 r /min) 2 h; 加入SG -150 型砂磨机中研磨2 h,再输入WJ -2. 2 型低速搅拌机以600 r /min 低速搅拌,加入剩余混合溶剂以及乙酰丙酮和无水乙醇,为保证涂料对锈蚀的渗透性,调整黏度至40 ~ 70 s 形成涂料A 组分。将环氧固化剂与无水乙醇按质量比3 ∶ 1 混合均匀,作为涂料B 组分。涂料施工前,将A 组分与B组分按质量比10 ∶ 1 混合均匀,成漆。
    1. 2. 2 涂膜
    ( 1) 带锈样板用软毛刷刷涂涂料,单层膜厚30 ~50 μm,共刷2 道,于25 ℃, 50%相对空气湿度下,放置7 d。
    ( 2) 带湿带锈样板用自来水浸泡后取出用干布擦拭1 遍,用软毛刷刷涂涂料,单层膜厚30 ~ 50 μm,共刷2 道,于25 ℃,( 95 ± 3) % 相对空气湿度下,放置7 d。
    1. 3 测试表征
    参照GB /T 5210 - 2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》,采用F106 附着力测试仪测试漆膜附着力; 参照GB /T 1731 - 93《漆膜柔韧性测定法》,采用QTX 漆膜柔韧性测试仪测试漆膜柔韧性; 参照GB /T 1732 - 93《漆膜耐冲击测定法》,采用QCJ50 漆膜冲击器测试漆膜耐冲击性; 漆膜耐盐水性测定参照GB 1963 - 79《漆膜耐盐水性测定法》; 参照GB 1771 - 2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》,采用CCT600 盐雾箱测试漆膜耐盐雾性能; 按GB /T 1733 测试漆膜耐蒸馏水性;按GB /T 1734 测试漆膜耐汽油性。
    带锈涂装效果分为5 个级别: ( 1) 好除锈彻底,刮开涂层,底层无任何锈斑,并有鲜亮金属光泽; ( 2) 较好基本除锈彻底,刮开涂层,底层锈斑不明显,并有金属光泽; ( 3) 一般除锈不彻底,刮开涂层,底层有明显锈点,金属光泽不明显; ( 4) 差只有部分铁锈转化,刮开涂层后,底层锈斑明显,金属光泽不明显; ( 5) 很差铁锈基本没有转化,刮开涂层后,几乎无金属光泽,锈迹十分明显。
    2 ·结果与讨论
    2. 1 涂料配方优化
    2. 1. 1 基体树脂
    环氧树脂属于双酚A 树脂。双酚A 环氧树脂的结构中带有大量含有极性的羟基和醚键,耐化学介质稳定性好,不易受酸碱侵蚀,在含水表面也有很好的附着力; 对各种金属、非金属及绝大多数涂膜有良好的附着力,有利于和其他类型的涂料配套使用。
    2. 1. 2 固化剂
    表1 为10 种环氧带湿固化剂的性能对比。由表1可以看出: 腰果壳油改性胺类环氧树脂固化剂均具有较好的带湿固化效果,而酚醛胺及腰果酚系列固化剂性能要差一些; 综合性能最好的是JT -6060,其次是JT -6015A,NX-2028M,NX -2028MA。事实上, JT -6060是由腰果壳油改性的天然长链取代酚醛胺,结构上为长碳链,不仅提高了固化体系的柔韧性,还提高了固化体系的憎水性,降低了水的表面张力,从而增大了该固化体系在被涂表面的流动性和渗透性。当其用于锈蚀和带水表面时,可以很好地渗入锈表面,并将水分挤出锈和钢铁的表面,随溶剂一起挥发,对湿表面有很好的附着力,从而特别适用于带湿和带锈表面的涂装,且生产成本适中。所以选用JT -6060 作为本涂料体系的固化剂。
    
    2. 1. 3 带锈涂装组分
    选择稳锈型颜料,并通过正交试验对具有锈蚀转化作用的改性环氧树脂和渗透剂含量优选,完成带锈涂装组分的设计。
    ( 1) 颜料的选择将三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化锌、氧化铁红等颜料进行有效复合,作为颜料体系。
    磷酸锌能和金属表面的Fe3 + ( 铁锈) 反应,形成附着牢固的配位化合物Fe[Zn3( PO4)3]沉淀层而抑制阳极反应,同时能与漆料中的羟基、羧基配位,使颜料-漆料-底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性,且无毒。氧化锌能与水作用生成氢氧化锌,氢氧化锌是一种两性氧化物,与金属表面反应可形成锌系磷化膜; 氧化锌还可以稳定底漆的pH 值。三聚磷酸铝能释放出配位能力强的三聚磷酸根( P3O5 -10) ,与二价和三价铁离子有很高的配位能力,在铁基表面形成以MexFey( PO4)z表示的致密钝化膜,从而起到稳锈及防锈作用。氧化铁红的遮盖力很强,成分是三氧化二铁( Fe2O3) ,呈红色粉末状,具有很高的化学稳定性,耐酸、耐碱,稳定性好,能强烈吸收紫外线,还可以堵塞环氧涂层本身的一些微观孔管,适当地阻挡或延缓了腐蚀介质的吸入,使耐蚀性能增强。
     ( 2) 锈转化剂与渗透剂的选择将改性树脂作为涂料的转锈剂,涂料体系稳定,对涂料生产及包装无特殊要求。为提高涂层的附着力,需加入一定量的渗透剂,使涂料能够渗透到钢铁的基体,将锈蚀包裹起来。通过试验筛选,选取X800 -1 改性环氧带锈树脂作为转锈剂,选取EDTA 及乙酰丙酮作为渗透剂,结合基础配方通过正交试验进行优化。正交试验的因素水平见表2,试验结果见表3。
    
    由表3 看出: 带锈树脂与乙酰丙酮对附着力影响较大,且随两者含量的增加,涂层附着力逐渐增大,说明带锈树脂同时作为渗透剂来使用; 随着带锈树脂含量的增加,涂层的转锈能力逐渐增强,而EDTA 和乙酰丙酮对转锈能力基本无影响。由于EDTA 对涂层附着力及转锈能力均影响不大,因此本涂料体系只选取乙酰丙酮作为渗透剂。正交试验优化的带锈树脂含量应为40. 0 g,乙酰丙酮含量为16. 0 g。乙酰丙酮作为渗透剂使用,含量不宜过高,过高时会明显影响涂层的固化时间; 当其含量> 6% 时,涂层的表干时间会大大延长( 约12 h) 。最终将乙酰丙酮的含量确定为10. 0 g,约占涂料总质量的5%。
    2. 1. 4 带湿涂装组分
    仅依靠环氧树脂及其固化剂在微湿表面直接涂装溶剂型防腐蚀涂料是不够的。通过添加可与水共沸的溶剂,如小分子的醚、酮、醇类,在溶剂挥发过程中与水共沸,可带走表面的水分。可以与水共沸的有机醇类溶剂主要有无水乙醇、异丙醇等。将二甲苯、正丁醇质量比4 ∶ 1 的混合溶剂作为涂料的主体溶剂,并加入乙醇作为带湿涂装溶剂组分,进行溶解性能试验: 当混合溶剂与小分子醇质量比≤4 ∶ 1 时,其溶解环氧树脂的能力与常用的甲苯、正丁醇质量比4 ∶ 1 的混合溶剂相当,溶解速度略有下降。经试验优化采用了混合溶剂与乙醇质量比4 ∶ 1 的方案,其性能对比见表4。
    
    可见,采用新的溶剂体系后,涂层的力学性能未受影响,但防腐蚀能力却得到了提高,这是由于新溶剂体系中的乙醇在挥发时将试样表面的水分带出所致。
    2. 2 技术性能指标
    涂料优化配方见表5。
     
    其制成的底漆的力学性能、耐盐水性能和耐盐雾性能等见表6。
    
    由表6 可以看出,所研制出的防腐蚀涂料在带湿带锈涂装的条件下具有优良的防腐蚀性能与力学性能。
    3· 结论
    以环氧树脂为成膜物质,腰果壳油改性胺类固化剂为本涂料体系的固化剂,改性环氧带锈树脂为转化剂,乙酰丙酮为渗透剂,三聚磷酸铝、氧化锌、磷酸锌为防锈颜料,集稳定型、转化型、渗透型为一体的带湿带锈型涂料,可以在带湿带锈表面涂刷,对锈层转化彻底,漆膜的附着力、柔韧性、耐水性好,耐盐雾时间可以达到500 h,耐腐蚀性能良好。该涂料生产设备简单,原料广泛易得,性能可靠,施工操作方便,具有广泛的使用价值。
[参考文献]
[1]傅正怀. 带锈涂料在重防腐涂料维修施工中的应用[J].安徽化工, 2007( 5) : 44 ~ 45.
[2]谭臻意. 带油带水带锈涂料[J]. 材料保护,1997,30( 12) : 44 ~ 45.
[3]高景龙,刘艳辉. 钢铁带锈带油带水涂料的研制[J]. 化学与黏合, 2008, 30( 5) : 78 ~ 80.[编校: 郑霞]

关闭窗口


信息反馈 | 交流合作 | 服务项目 | 广告刊登 | 关于我们
电话:0371-63920667 传真:0371-63696116
版权说明:本站部分文章来自互联网,如有侵权,请与信息处联系
E-mail:fsp214@126.com 版权所有:防腐涂料网 技术支持:中国化工联盟
豫ICP备10204082号-2

豫公网安备 41010502003722号