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水性无机富锌涂料施工性的研究
  加入时间:2012年12月18日16:10
 
    水性无机富锌涂料施工性的研究
    王秀玲 ( 天津渤海职业技术学院,天津 300402)
    摘 要: 重点研究了环境友好型双组分水性无机富锌涂料,其糖类改性剂加量对涂层耐蚀性及施工性的影响。结果表明: 蔗糖加入量在 10%左右可以明显改善施工性能,即延缓涂料的固化时间,使水性无机富锌涂料能在较高的温度下施工不起皮、不开裂,适宜刷涂和辊涂等施工方法。
    关键词: 水性涂料; 无机富锌; 防腐; 施工性; 蔗糖
    中图分类号: TQ 635. 2   文献标识码: A   文章编号:0253 -4312( 2012) 05 -0010 -03

    水性无机富锌底漆以其优异的防腐蚀、自修复性、耐热性、耐溶剂性、可焊性和低 VOC 排放,在大气和海洋重防腐工程中取得令人满意的效果,得到愈来愈多业内人士的认同。随着人们环保意识的增强,含挥发性有机溶剂的体系在应用中受到了严格的限制,水性涂料、无溶剂涂料等更是受到人们的重视。
    当前,水性无机富锌涂料备受关注,其技术市场潜力巨大,是今后防腐涂料发展的重点方向之一,尤其用作底漆,有着不可替代的优异性能。德国 Galvatech Led 公司开发了 Zin-ga 富锌涂料,含锌达 95% ,已使用多年,且防腐性能极好。近年来,国内已开发出水性高模数硅酸钾、硅酸锂富锌涂料,并逐渐在工程上应用,且品质仍在不断改进,作为一种低 VOC的环保防腐涂料[1],目前它已被人们普遍接受。
    然而,它的施工性能却一直很不理想,严重限制了对它的有效利用。水性无机富锌涂料的施工与固化受环境温度、湿度影响较大,多数水性无机富锌涂料产品在施工时,要求环境温度不低于 5 ℃、周围空气温度至少高于露点温度 3 ℃以上,而最高温度不超过 40 ℃,相对湿度低于 80%。在野外施工时,很难同时满足这些条件。本项目旨在通过研究尽可能获得适宜露天环境施工的性能良好、高环保的水性富锌涂料。重点是对涂料进行功能性改性,即延缓涂料的固化时间,使水性无机富锌涂料能在较高的温度下施工不起皮、不开裂,适宜刷涂和辊涂等施工方法,提高其综合施工性能。
    1 实验部分
    1. 1 原料及参考配方
    硅酸锂溶液: WZ -118 -3 型,天津化工研究院; 锌粉: 500目,泰州市创新锌业有限公司; 磷铁粉: 500 目,常州市乐环化工有限公司; 防沉剂: 4200 - 20,蒂斯巴隆; 改性剂( 糖类) 、防霉变剂: 陶氏公司。参考配方见表 1。
    1. 2 水性无机富锌涂料的制备
    组分 A: 按参考配方将原料混合均匀。
    组分 B: 将改性剂边搅拌边缓慢地加入到硅酸锂溶液基料中,加入完后,再搅拌 20 min,使其充分溶解均匀,可以看出两者很好地互容( 静置 1 周也不会出现沉淀) ,再加入防沉剂及防霉变剂。
    
    制板: 将组分 A 缓慢加入组分 B 中( 组分 A 与组分 B 按质量比 3∶ 1) ,并充分搅拌,粉料添加完毕后继续搅拌 10 min让其熟化。设计 5 组对比实验,观察表干、稳定性、按标准进行物理性能检测,结果如表 2 所示。
    从表 2 中可看出,不同的改性剂、不同加量对涂膜物理性能不产生影响,且表干时间延长,使用寿命延长。
    1. 3 涂料刷涂试验
    试验材质: 喷砂钢板,规格: 50 mm × 120 mm × ( 0. 45 ~0. 55) mm; 涂刷工艺: 采用手工涂刷的方式。
    
    1. 3. 1 室内高温( 试板) 涂刷试验
    将喷砂板放于烘箱上面,使钢板温度上升至( 50 ±5) ℃,在此温度下,用不同试样进行涂刷试验,涂膜厚度 50 ~80 μm,出现不同现象,见表 3。
    
    由表 3 可看出,1#涂层基本无开裂现象; 2#涂层有少量开裂现象; 3#涂层个别有开裂现象,但比 2#开裂少; 4#涂层开裂明显,而且有很多裂纹,淘汰。
    从表 3 还可看出,添加改性剂之后,会一定程度地解决涂装时钢板温度过高出现起皮、开裂等现象,随着改性剂加入量增多,开裂现象越少,改性剂达到基料 10% ( 质量比) 时,加入蔗糖的涂料涂膜较好,基本无开裂现象。同等的加入量下,加入蔗糖比葡萄糖效果优异。
    1. 3. 2 室外环境涂刷试验
    试验条件: 室外,晴天,风力 2 ~3 级。
    将喷砂板放于试板架上,自然阳光照射 0. 5 h,测试板面温度为 39 ~41 ℃,使用刷涂和辊涂方法对不同试样进行平行试验。结果如表 4 所示。
     
    刷涂与辊涂效果相同。
    1. 4 涂层耐蚀性测定
    1. 4. 1 中性盐雾实验
    根据 GB/T 1765—1979《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》,将样品暴露于盐雾实验箱中,对试样进行盐雾实验。漆膜厚度: 70 ~100 μm。
    连续实验 24 h 检查 1 次,2 次检查后,每隔 72 h 检查 1次,每次检查后,样板变换位置。至样品出现锈蚀痕迹,记录时间。
    1. 4. 2 耐水性实验
    每个样品制备 3 个试样,干燥 48 h 后进行浸泡试验,将平行试样面积的 2/3 浸泡在去离子水中,观察试样表面涂层的状态变化及腐蚀情况,观察溶液的颜色、沉淀物或絮状物的变化,凡试样表面出现锈点、鼓泡或渗黄色现象均为涂层失效。涂层对基体金属的平均有效保护寿命用涂层失效前的浸泡时间来表示,结果如表 5 所示。
     
    加入改性剂的涂料虽可以延长表干时间和使用寿命,但并不是改性剂的加入量越多越好,当加入的蔗糖达到为基料10% ( 质量比) 时的盐雾性能比 5% 的稍差一些,因此蔗糖的加入量达到 5% ~10%时,既延缓表干时间和使用寿命,便于施工,又不影响涂膜的防腐蚀性能。
    2 结果与讨论
    水性无机富锌底漆经常以有机乳液改性,而硅酸锂溶液碱性很强( 通常 pH≥12) 与有机乳液颗粒的表面电荷不同,选择不当易引起破乳[2]。本研究使用的蔗糖溶于水且成中性,与硅酸锂溶液有很好的混溶性。
    水性无机富锌底漆成膜机理的特殊性在于硅酸盐与锌粉反应的同时还与钢铁反应形成硅酸锌铁络合物[3],因而对钢铁表面形成很强的化学键,从而可抵抗水、海水、有机物、氯化物等的侵蚀。但水性无机富锌底漆 CPVC 大,涂层的微观孔多。蔗糖可填入在微孔中,加入蔗糖后有利于延长表干时间和使用寿命,对涂料施工有益,但蔗糖易吸水,加入量过大,不利于富锌底漆的自修复反应,只能适当加入。
    糖加入后原漆及漆膜变质趋势增加,在原漆中加入防霉变剂,通过加速贮存对比实验,选用合适的防霉变剂可以有效的防止霉变的产生,且原漆与漆膜的性能不变。
    相关研究表明[4 -5],由于水性无机富锌涂料的特性使得其在施工性方面还存在很大缺陷,尽管本实验已对施工性进行很大程度改善,但对于夏季强烈阳光照射、风力在 4 级以上条件下施工,还缺乏有效数据,无法解决高压无气喷涂施工问题,因此需进行大量后续实验去解决这些问题,才能使此产品的优越性得到最大程度的发挥。
    3 结 语
    在传统水性无机富锌涂料中添加蔗糖做为改性剂与其他糖类( 如葡萄糖) 添加剂相比,具有相对较大的优势: ( 1) 同样作为碳源和能源物质,蔗糖较葡萄糖能更好地维持基体内的低渗环境; ( 2) 蔗糖较葡萄糖更具提高抗微生物侵蚀的能力;( 3) 从能源供应来说,相同物质的量浓度下,蔗糖比葡萄糖提供的能量多。
    在蔗糖加量达到基料 10% ( 质量比) 时,既可延缓表干时间、增长使用寿命,便于施工; 又可以适应室外有光照条件下( 板温 50 ℃,风力 4 级以下) 刷涂及辊涂施工,解决开裂、翘起、重复涂刷等问题。
    参考文献
    [1] 周文涛. 水性无机富锌涂料的进展[J]. 上海涂料,2006,44 ( 8) :23 - 25.ZHOU W T. Progress in water - borne inorganic zinc rich paint[J].Shanghai Coatings,2006,44( 8) : 23 - 25.
    [2] 王兆安,田玉廉,刘佰平. 水性无机富锌底漆的研究及几种富锌底漆的比较[J]. 防腐蚀涂料与涂装专刊,2007,10 ( 2) :14 - 15.WANG Z A,TIAN Y L,LIU B P. Study on waterborne inorganic zinc- rich primer and comparison among several zinc - rich primers[J].Modern Paint & Finishing,2007,10( 2) : 14 - 15.
    [3] 陈海洪,陈中华,夏正斌,等. 快干型水性环氧富锌底漆的研制[J]. 电镀与涂饰,2010,29( 9) :53 -55.CHEN H H,CHEN Z H,XIA Z B,et al. Preparation of quick - dr-ying waterborne epoxy zinc - rich primer[J]. Electroplating & Fin-ishing,2010,29( 9) : 53 - 55.
    [4] LS MILES. Multicomponent polymers systems[J]. Longman,1992.
    [5] HARE,CLIVE H. Zinc - rich primers I: design principles[J].Protective Coatings & Linings,1998,15( 7) : 17 - 38.
文章来自:中国防腐网
文章作者:信息部
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