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钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料制备
发布时间: 2017-04-15

  符合环保、节能理念的高固体份防腐蚀环氧涂料具有优异的附着性、防腐蚀性、低VOC排放及良好的施工性能,而且采用新型无危害有机溶剂,极大改善了施工环境,特别适合在封闭舱室、储罐内壁等有限空间的钢结构表面作高性能低表面处理的防腐蚀涂料,已成为该领域的最佳选择。
        前言
        2008年我国涂料总产量近640万吨,向大气排放的有机挥发物(VOC)就达300万吨,直接对大气环境造成污染,破坏人类生存环境,损害人体健康,造成巨大的资源浪费,与当今再生可持续发展的经济模式格格不入,世界各国政府相继对涂料中VOC含量进行了严格限制。鉴此,粉末、水性、无(少)溶剂性涂料得以快速的发展。针对钢结构表面防腐蚀涂层体系,粉末涂料、无溶剂涂料由于施工条件比较苛刻,从而制约了其在钢结构表面防腐蚀涂层领域的发展。
        水性涂料施工时极易引起闪锈,而且成膜后其防腐蚀性能一般均不理想,不能用于具有高防腐蚀要求的钢结构表面的涂装。符合环保、节能理念的高固体分防腐蚀环氧涂料具有优异的附着性、防腐蚀性、低VOC排放及良好的施工性能,而且采用新型无危害有机溶剂,极大改善了施工环境,特别适合在封闭舱室、储罐内壁等有限空间的钢结构表面作高性能低表面处理的防腐蚀涂料,已成为该领域的最佳选择。
        1 实验部分
        1.1 配方组成
        钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料是双组份反应型涂料,由涂料主剂、涂料固化剂两组份构成。主剂由828环氧树脂、稀释剂、颜填料、助剂、混合溶剂等组成。固化剂由卡德莱NX-2003、促进剂和部分混合溶剂组成,见表1。

 

        1.2 涂料的制备 主剂制备时,将828环氧树脂、稀释剂、充分混溶;在搅拌下依次加入颜填料、助剂组合、混合溶剂,充分混合均匀后,用卧式砂磨机研磨二道,涂料细度为55~60μm,适度调节粘度即可包装。固化剂制备时,将NX-2003、促进剂和部分混合溶剂加入搅拌釜,搅拌溶解后即可包装。涂装时将主剂与固化剂按质量比(6:1)混合均匀,即可进行施工。
        1.3 产品性能及用途
        1.3.1 产品技术指标 钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料的主要技术指标见表2。



        1.3.2产品特性及用途
        高固体份防腐蚀环氧涂料具有优异的耐水性、防腐蚀性、耐化学药品性、强韧性和附着性,特别是低VOC排放,而且采用新型无危害有机溶剂,极大改善了施工环境,特别推介在封闭舱室、储罐内壁等有限空间的钢结构表面作高性能低表面处理的防腐蚀底漆。
        2、配方设计及分析
        2.1树脂的选择
        环氧树脂的类型及分子量大小对涂料性能的影响很大。因双酚A型环氧树脂分子中含有极性高脂肪族羟基和醚键,使其对底材具有较高的浸润性和粘附力,而且耐化学品性能也高。又因其结构为刚性的苯核和柔性的烃键交替排列,从而赋予漆膜较好的物理机械性能,达到便于施工的目的,所以应为首选类型。同时为了获得良好的流动性,选用了低分子量液体环氧树脂。我们选用美国壳牌828作为高固体分防腐蚀环氧涂料用树脂,其固含量高,粘度较底,综合性能优良,且价格适中。
        2.2固化溶剂的选择
        固化剂是影响高固体份防腐蚀环氧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。胺类固化剂是环氧涂料的主要固化剂,常用固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚胺加成物、酮亚胺、改性酚醛胺等。由美国卡德莱公司开发生产的由腰果壳液合成的环氧固化剂(NX-2003)属于改性酚醛胺固化剂,通常的环氧涂料在固化过程受温度的影响很大,温度低于5℃时固化就很慢甚至停止。
        改性酚醛胺固化的环氧涂料可以在-18℃的低温环境下固化,由于温度太低而溶剂无法挥发限制了这一体系的进一步低温施工性。当75%以上的环氧基团交联时,涂料性能就接近完全固化时的性能。在常温下,环氧树脂通常只能达到90%的交联度。采用改性酚醛胺固化剂的环氧树脂在5℃时,3d左右就可达到基本完全固化的状态,而传统的聚酰胺固化剂,很难达到40%左右的固化状态[1]。卡德莱酚醛改性胺环氧树脂固化剂作为重防腐的应用已经有20年的历史,是目前世界各国特别是船舶和重防腐涂料正在大量采用的固化体系,以达到小投入,大产出,高效率的重防腐涂装效果。NX-2003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。 
        2.3稀释剂的选择
        高固体份防腐蚀环氧涂料即使是使用了低粘度的环氧树脂,但其粘度仍然较大,达不到空气喷涂效果,所以在制备高固体份环氧涂料时必需要添加一定量的稀释剂来调节环氧树脂涂料的粘度。现在大多使用AGE、BGE型环氧活性稀释剂,这类活性稀释剂多数为低分子量环氧化合物,环氧基含量高且具有挥发性,其毒性作用远大于双酚A环氧树脂,并且对环氧树脂的性能有一定的影响,不适合大量的加入。而以腰果壳油改性的不挥发非活性环氧稀释剂LITE-2020,是一种新颖的非活性不饱和长链醇醚,固体分为100%,在降低涂料VOC含量的同时又能保证漆膜的理化性能,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
        颜料在涂料中起着色和遮盖作用,高固体份防腐蚀环氧涂料属于厚浆型涂料。若涂料施工表干时间较长,则使用有机颜料易产生浮色、发花等问题,因而宜选用耐化学介质性能和耐候性能好的无机颜料如钛白、氧化铁红、氧化铬绿等。
        填料的选用对涂层最终的性能影响极大,适量的加入不仅能提高涂层的机械强度、耐磨性和遮盖力,而且能减少环氧树脂固化时的体积收缩率、降低成本,并赋予涂料良好的贮存稳定性。过量加入则会增加涂料粘度,难以流平,造成施工困难。填料应以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片状填料为主。如:重晶石粉、碳酸钙、天然矿物粉、云母粉和石英粉。
        2.5助剂组合
        钢结构高固体份环氧涂料固体含量高,而且对涂装质量、涂膜性能要求极高。为保证涂料良好的储存稳定性、涂装质量及涂膜性能,必需添加一定量的助剂。在高固体防腐蚀环氧涂料体系中常选用的助剂有湿润分散剂、触变剂、偶联剂、抗流挂剂、消泡剂等。
        湿润分散剂属于表面活性剂,用于促使颜填料湿润、分散,对已分散的颜填料粒子保持分散状态,防止涂料出现絮凝、返粗、沉淀、浮色发花等弊病,在该体系中我们选用BYK-Anti-Terra-U作为分散剂,用量为0.2%~0.8%。 
        触变剂是一种具有很大表面积的不溶性添加剂。气相二氧化硅的表面和流动态聚合物母体之间可以形成氢键,因此,它是最有效的触变剂之一,在该体系中可以得到明显的触变效果,添加量为0.5~1%。
        偶联剂是一种由亲水(极性)基团和疏水(非极性)基团组成的表面活性剂,其分子中的亲水基团与无机物表面起化学反应形成化学键,从而提高颜填料在基料中的分散性和润湿性,另一部分疏水基团与基料(有机物)的活性基团进行加成或聚合反应生成化学键。
        经偶联剂改性后,降低了颜填料与基料间的结构化作用,使涂料的粘度大幅度降低,消除了絮凝,提高了临界颜料体积浓度(CPVC)。常用的偶联剂按其化学结构可分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类和锆类等,在环氧涂料中以应用硅烷类和钛酸酯类为主,添加量为1~2%。偶联剂的加入不但不会影响涂膜的柔韧性和涂料流平性,而且可以明显提高涂膜光泽、硬度、附着力和耐蚀性。
        大量的实际应用和实验证明,包括抗流挂剂、消泡剂等助剂的加入,大大改善了涂料的性能,满足了施工要求。
        2.6混合溶剂使用
        高固体份环氧涂料体系中的溶剂用量少,要求溶剂的溶解能力强、粘度低、表面张力适宜、挥发速度适中。通常采用醇(或醇醚)和芳烃组合成混合溶剂,钢结构高固体防腐蚀环氧涂料采用高环烷烃类、二元酸酯类等无危害性混合溶剂替代含三苯(苯、甲苯、二甲苯)和无支链酮类。从而降低溶剂型环氧涂料的有机溶剂污染、改善生态环境,保证了人身安全。 
         3、钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料的施工
        高固体份环氧涂料推荐采用高压无气喷涂,亦可采用空气喷涂、刷涂或辊涂。
        高压无气喷涂参数:
        喷嘴口径0.60~0.80mm;
        喷出压力15~20MPa(约150-200kg/cm2);
        喷幅40~80°,滤网确保干净。
        空气喷涂:选择适宜的喷嘴口径与气压,用极少量的稀释剂调节漆浆粘度即可达到良好的雾化效果,漆膜均匀。
        4、高固体份环氧涂料的特点
        高固体份环氧涂料作为环境友好涂料具有以下主要特点:
        1)低污染化。目前全世界油漆和涂料的总产量为3660万吨,有机挥发物(VOC)的排放已达千万吨。高固体份涂料明显减少VOC排放量,为进化大气、减少污染、改善生态环境做出贡献。
        2)省资(能)源。我国主要涂料品种总产量约600万吨,生产与施工应用中消耗有机溶剂在300万吨以上,所用有机溶剂如苯类、烃类、酯类、酮类及醚类,都是重要的基本化工原料,按价格0.5~2.0万元/t算,有机物的挥发不仅对大气造成污染,而且浪费近百亿元的化工资源。
        3)提升效率。高固体份涂料的生产与涂装工艺、设备、检测评价的仪器和传统的溶剂型涂料相同,无需增加设备投资。但由于固体含量高,一次涂装的膜厚是传统涂料的1~4倍,可以减少施工次数,提高效率。并且,高固体份涂料具有高耐久性、高装饰性,能适应各种工业如石油化工、海洋事业与国防高新技术发展的需要。
        4)应用特性。以液态双酚A型环氧树脂作基料的高固体份涂料,具有涂膜有效交联密度高、抗化学腐蚀介质渗透能力强、耐蚀性好等特点。
        5、结论
        在涂料的生产和使用过程中,大量排放的有机挥发物(VOC)已经引起国家有关部门和社会大众的高度关注,《涂料行业“十一五”发展规划》中提出:大力推广和开发清洁工艺、节能工艺,将涂料制造、施工及使用全过程中的环境污染以及对人体的危害减少到最低程度;船舶、集装箱和重防腐涂料增加高固体份涂料(VOC<400g/L)的比重,由现在的小于50%提高到70%以上。高固体份防腐蚀环氧涂料具有的优异附着力、防腐蚀性及良好的施工性能,并且低VOC排放,符合环保理念,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。


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