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水性底面合一防腐涂料的研究与制备
  加入时间:2012年12月14日17:31
 
    水性底面合一防腐涂料的研究与制备
    刘江涛,范基升,陈 萍,王亚红
    (杭州传化涂料有限公司,杭州 311231)
    摘要:介绍了国内外防腐涂料的研究和应用情况,阐述了用水性环氧酯改性丙烯酸树脂配制水性底面合一防腐涂料的方法,并分析影响涂料性能的各项因素。该涂料具有优异的机械性能和防锈性能,耐盐雾性可达到国外同类产品。
    关键词:水性;自干;环氧酯;丙烯酸树脂;耐盐雾性能;底面合一;防腐涂料
    中图分类号:TQ630.7+1 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2012)07-0036-04

    0 前 言
    进入21世纪,环保越来越受到世人的关注。目前,国内防腐涂料以溶剂型居多,含有机挥发物比较高,有些产品含有苯类、乙二醇醚类等有害溶剂,对于制造和涂装人员的身体伤害较大,对环境破坏比较严重。而且这类防腐涂料中多含有重金属盐类防锈颜料,如红丹、黄丹、锶铬黄、锌铬黄、四盐基锌黄等,会造成土壤污染并危及人类健康[1]。近年来,国外出现了一些水性环保底面合一防腐涂料,性能较好,但主要以烘干为主,能耗较高,涂装较复杂,耐盐雾性能一般。国内该类产品主要是以低温烘干为主,自干性能和耐盐雾性能较差,在涂装和使用性能上表现欠佳。根据汽车零配件,如传动轴、齿轮箱、汽车散热器、冰箱用压缩机等领域用涂料的要求,需要涂膜具有较好的自干性能,耐盐雾性能要达到360 h以上。
    环氧防腐涂料是目前世界上用量最大且最为重要的防腐涂料品种之一。酯化型环氧树脂是我国目前环氧树脂中生产量较大的一种,具有常温自干、极佳的附着力、优异的耐化学性能和物理机械性能等特性,而丙烯酸树脂有着优良的保光保色性及耐紫外线性。本试验将丙烯酸混合单体引入环氧酯分子中,合成水溶性环氧酯改性丙烯酸树脂,由此制成的水性底面合一防腐涂料兼有两种树脂的优点,可广泛应用于国内汽车零配件等领域的涂装。而且为单组分,贮存稳定性好,既可常温自干,也可烘干,涂装方便。以水作溶剂,对环境污染小,是一种具有发展前景的产品。
    1 试验部分
    1.1 水性环氧酯改性丙烯酸树脂的制备[2-3]
    1.1.1 主要试验材料
    环氧树脂E-20、亚麻油酸、丁烯酸、二甲苯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、丙二醇丁醚、链转移剂、十二烷基硫醇、二甲基乙醇胺,以上均为国产;催化剂DBTO,进口。
    1.1.2 环氧酯预聚物的合成
    将E-20环氧树脂、亚麻油酸、丁烯酸、催化剂DBTO、回流二甲苯按配方量加入装有搅拌器、温度计、惰性气体管、回流冷凝器的四口瓶,通入惰性气体,缓慢升温至200 ℃,保持回流,将酸价降至5mgKOH/g以下,蒸出二甲苯,降温至100 ℃,加入配方量的丙二醇丁醚,搅拌均匀,过滤包装备用。
    1.1.3 水性环氧酯改性丙烯酸树脂的合成
    将环氧酯预聚物加入装有搅拌器、温度计及直立冷凝器的四口瓶中,缓慢升温至(130±5) ℃,将配方量的链转移剂和80%过氧化苯甲酰溶解于混合单体(甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸)中,控制滴加速度,在2 h匀速滴加完。保温30 min,补加余下的过氧化苯甲酰至转化率达到98%以上。降温至50 ℃,加入配方量的叔丁基过氧化氢,降温至40 ℃,用二甲基乙醇胺中和至pH值7.5~8.5,并用配方量的去离子水,调整固体分至50%±2%,搅拌均匀,制得水性环氧酯改性丙烯酸树脂。
    1.2 水性底面合一防腐涂料的制备
    1.2.1 原料
    自制水性环氧酯改性丙烯酸树脂、去离子水、分散剂SMB、消泡剂、润湿剂、三乙醇胺、水性炭黑、500目云母氧化铁红、超细硫酸钡、磷酸锌、改性三聚磷酸铝、防锈剂827、BYK346、增稠剂PUR62、水性催干剂、防闪锈剂。
    1.2.2 参考配方(见表1)
    1.2.3 制备工艺
    将1~6加入分散缸中,搅拌均匀,边搅拌边加入7~12,中速分散20min,砂磨至细度为30μm以下,转
    
    入调漆缸。边搅拌边加入13~16,中速搅拌10min,缓慢加入17,搅拌10min,用18调整黏度,合格后过滤包装。
    1.3 性能检测(见表2)
    1.4 耐盐雾试验
    依照国标GB/T1771-79进行盐雾试验,将试验样板以15°~25°角放置在盐雾试验箱内,每48 h观察一次试验结果,每96 h测1次喷雾量。
    水性底面合一防腐涂料与同类溶剂型涂料耐盐雾性能试验对比,结果如表3。
    2 结果与讨论
    2.1 成膜物质的选择
    水性环氧酯改性丙烯酸树脂作为水性底面合一防腐涂料的成膜物质,其性能直接影响涂料的性能。在设计水性环氧酯改性丙烯酸树脂的过程中引入了环氧酯预聚体,这样有利于提高产品附着力,改善涂膜的氧化干燥性能。但是,环氧酯预聚体不能太多,否则,树脂分子间内聚力增强,导致树脂黏度增大,制得的涂膜水溶性变差。其次,通过调整甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸-2-乙基已酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸在树脂中的配比,来调整水性环氧酯改性丙烯酸树脂的干性、硬度、柔韧性、耐湿热、抗老化性能,以满足所需的性能指标。同时,还要考虑水性环氧酯改性丙烯酸树脂所制备涂料的稳定性。
    
    
    2.2 颜填料体系的选择[2]
    常用的含铅、铬等重金属颜料具有较好的防锈性能,但是有毒,因此其使用范围受到限制。采用云母氧化铁红-磷酸锌-改性三聚磷酸铝-防锈助剂827颜填料体系,云母氧化铁红为物理防锈颜料,能够提高涂膜的致密度与屏蔽作用。磷酸锌-改性三聚磷酸铝具有较好地稳定性,无毒,耐水性和防腐蚀性较好,能与铁离子进行络合,起到防锈的作用。防锈助剂827能很好地提高涂膜的耐盐雾性能,填料能降低成本,改善涂膜的物理机械性能。
    颜料体积浓度(PVC)对防腐性能有很大的影响,随着PVC的增加,防腐蚀性能增加涂膜光泽下降,而超过CPVC值防腐性能反而下降,因此一般实际应用均是低于CPVC值。选择合适的体积颜料浓度是制备符合质量要求涂料的关键。
    2.3 分散剂的选择
    在水性工业涂料中,分散剂对涂膜耐水性能影响较大,因此分散剂的选择及用量是制备水性工业涂料的关键之一。不同分散剂对涂膜耐水性能的影响如表4。
     
    从表4可见,SMB/磷酸酯类润湿剂配合使用,对于体系有较好的分散效果,对涂膜的耐水性具有帮助作用。
    2.4 催干剂的选择
    催干剂是涂料生产中的一种重要助剂,它能加速不饱和油类的氧化聚合,提高涂膜的干燥性能,用量极少,但是作用显著。传统催干剂是钴、锰、铅、锌、钙的有机羧酸盐,其中,使用最多的是锰、铅盐,而铅盐的使用量占催干剂问题的1/3,造成了人体及环境的毒害和污染。当前稀土催干剂成为众多催干剂中综合性能较好的产品,稀土催干剂具有特殊的外层电子结构,不仅能通过其自身价态的变化将干性油氧化,而且对树脂中的极性基团羟基、羧基具有络合作用。
    2.5 其他助剂
    水性工业涂料用于金属防护涂装时,其干燥过程中存在闪锈问题,因此水基涂料系统中需引入防闪锈剂。另外,根据需要还要进行消泡、防沉、pH值调节剂等的选择,起到平衡涂料性能的作用。
    3 结 论
    (1)本试验通过水性环氧酯改性丙烯酸树脂的合成,同时筛选具有环保防锈性能的颜料、助剂以及具有屏蔽作用的填料,制成水性底面合一防腐涂料。该涂料性能优异,同时具有面漆的装饰性效果,在组成中基本不含有机溶剂(尤其是对人体有害的苯类溶剂),用水作分散介质及稀释剂,不燃烧,不爆炸,无金属盐污染,符合国家环保要求。
    (2)本试验产品耐盐雾性能优异,常温自干较快,特别适用于有环保要求的汽车零配件,如传动轴、齿轮箱、汽车散热器、冰箱压缩机等,工件表面形成的涂层具有一般溶剂型防锈涂料的性能,确保和提高工件的使用寿命,也可应用和扩大到类似工件涂装。
    (3)本试验产品为单组分自干型,以水为稀释剂,涂装方便。
    参考文献
    [1] 黄伟.水性环氧酯的防锈分析.中小企业管理与科技,2009(12):198-199
    [2] 侯佩民,刘秀芝.水性环氧酯防锈底漆.中国涂料,2005,20(6):27-28
    [3] 周立新,程江,杨卓如,等.几种水性防锈漆的性能比较.合成材料老化与应用,2004,33(2):23-25
    [4] 赵金榜.对环境友好的防锈颜料及作用机理[J].颜填料,2002(01):37-46
文章来自:中国防腐网
文章作者:信息部
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