水性環(huán)氧防腐底漆的制備及耐鹽霧性能的研究

崔曉帆，張博曉

（廣州集泰化工股份有限公司,廣東廣州510520）

水性環(huán)氧防腐底漆具有良好的附著力、耐水性、耐鹽霧性等特點,在工程機械、鋼結構、工程汽車、軌道交通等領域應用廣泛。

目前,研究水性環(huán)氧防腐底漆的耐鹽霧性能的思路有三種：第一種是從樹脂角度即從樹脂與固化劑的結構設計[1-2]、乳化劑的合成、單體選擇上研究,制備防腐性能更好的樹脂；第二種是復配改性的角度即添加防腐性能良好的其他樹脂[3-4]或者無機粉料[5-6]；第三種是配方的角度即研究各個原材料對耐鹽霧性能的影響,例如防銹顏料[7]、顏填料[8]、助劑[9]、PVC等等,選擇耐鹽霧性能良好的原材料及添加比例。第一種思路常見于高校科研院所與樹脂廠商,它們的優(yōu)勢是樹脂的合成能力,后兩種思路則常見于涂料廠商,它的優(yōu)勢是配方的調(diào)配能力。

隨著化工技術的進步,一般情況下水性環(huán)氧防腐底漆均能擁有良好的耐鹽霧性能。根據(jù)GB/T 1771-2007 《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》,市售的水性環(huán)氧樹脂與搭配的固化劑均能制備出耐鹽霧性能的良好的水性環(huán)氧防腐底漆,同時其耐鹽霧性能均能達到400h以上,甚至部分樹脂可以做到500h、1000h。原材料的區(qū)分度不大,同時測試時間也比較久。

結合上述內(nèi)容,本文選擇第三種思路,從原材料添加比例的角度研究水性環(huán)氧防腐底漆的耐鹽霧性能,同時改變耐鹽霧性能的測試方法。由于根據(jù)GB/T 1771-2007的耐鹽霧測試方法,很難在較短的時間內(nèi)區(qū)分結果,因此本文測試的耐鹽霧性能,基材均采用冷軋鋼板,養(yǎng)護7天并做劃線處理后再測試,主要觀察板面變化特別是劃線處起泡與生銹的情況。

用冷軋板測試水性環(huán)氧底漆的鹽霧性能,起泡是一個常見的現(xiàn)象。而起泡的原因是復雜的,整體來說與漆膜的連續(xù)性、封閉性以及耐水性有關。漆膜的連續(xù)性、封閉性與樹脂成膜過程有關,即與樹脂種類、反應基團比值、顏基比等因素有關。涂料的耐水性能除了與樹脂有關外,還與配方中的親水的原材料有關,而可溶水的原材料都具有一定的親水性,分散劑就是其中一個。因此,本文從環(huán)氧樹脂篩選、反應基團比值、顏基比、分散劑等角度研究水性環(huán)氧防腐底漆的耐鹽霧性能。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

E-pos 1011W55水性環(huán)氧樹脂,Q-RIT 1061固化劑,荷蘭QR-Polymers；TRASCITETM WE 3201-1 水性環(huán)氧樹脂,TRASCITETM WH 3926固化劑,美國赫爾茲新材；AERS? 6056水性環(huán)氧樹脂,AERS? 7013固化劑,無錫洪匯新材料科技股份有限公司；鈦白粉,山東東佳集團股份有限公司；硫酸鋇,宜昌中泰化工有限公司；云母粉,廣福建材精化有限公司；膨潤土,杭州海迪斯新材料有限公司；防銹顏料,江蘇合三弘納米科技有限公司；成膜助劑,陶氏化學；分散劑BYK-190,畢克化學；分散劑HP-2466,鞍山輝虹新材料化工有限公司；分散劑Addital DX 778、增稠劑,以化高科；消泡劑,上海深竹化工科技有限公司；附著力促進劑,陽光匯德；基材潤濕劑,迪高；防閃銹劑,阿斯科迪。

1.2 實驗儀器

BGD 750/1型攪拌砂磨分散多用機、刮板細度計、流掛儀、劃格板等,廣州標格達試驗室儀器用品有限公司； CZ290A型精密型鹽水噴霧試驗機,眾志檢測設備有限公司。

1.3 水性環(huán)氧防腐底漆的制備

水性環(huán)氧防腐底漆是雙組份水性涂料,分為主漆A組份與固化劑B組份。其中表1為A組份的基礎配方,表2為固化劑B組份的基礎配方。

表1 A組分基礎配方Table 1 Basic formula of component A

表2 B組分基礎配方Table 2 Basic formula of component B

按照表1 A組分的基礎配方,先將去離子水加入分散缸內(nèi),然后加入膨潤土,高速分散10～15 min,將膨潤土分散成溶液；然后加入分散劑、消泡劑,高速攪拌10～15 min；將鈦白粉、硫酸鋇、云母粉、防銹顏料依次加入分散缸內(nèi),高速分散10～15 min,然后研磨至細度小于50nm,即得到漿料。將環(huán)氧乳液、成膜助劑、防閃銹劑、消泡劑、基材潤濕劑,依次加入漿料中并低速分散至均勻。然后加入增稠劑調(diào)節(jié)黏度,即得到A組份。

按照表2固化劑組分基礎配方,將胺固化劑、助溶劑、去離子水,攪拌分散至均勻,即得到了B組份。

1.4 施工工藝

將A、B組份以合適比例在容器中攪拌均勻,加入雙組份總量為5%～20%的去離子水,攪拌均勻并稀釋至合適黏度,并熟化10～20 min再進行噴涂施工。

1.5 樣板制備

按 GB/T 9271-2008《色漆和清漆 標準試板》制板。基材分別為馬口鐵板、冷軋鋼板、噴砂板等。

1.6 測試標準

按照GB/T 1724-1979《涂料細度測定法》,ASTM D3363-2005《鉛筆試驗法測定涂膜硬度的標準試驗方法》,GB/T 1733-1993《漆膜耐水性測定法》,GB/T 1732-1993《漆膜耐沖擊測定法》,GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》,GB/T 6753.3-1986《涂料貯存穩(wěn)定性試驗方法》,GB/T 1728-1979(1989)《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》等測試液漆與漆膜的性能。

耐鹽霧性能測試的基材是冷軋鋼板,測試前經(jīng)過劃線處理,養(yǎng)護7天測試、觀察起泡生銹等情況。

2 結果與討論

2.1 水性環(huán)氧樹脂的選擇

水性環(huán)氧樹脂與固化劑是水性環(huán)氧防腐底漆的成膜物質(zhì),對水性環(huán)氧防腐底漆的的綜合性能有重要影響。本文選擇了幾款常用的環(huán)氧樹脂與固化劑作為研究對象,按照表1與表2的配方制備了水性環(huán)氧防腐底漆。并測試了耐水性、耐鹽霧性等性能,測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同環(huán)氧樹脂的測試結果Table 3 Test results of different epoxy resins

由表3可以看出,所有樹脂的耐水性均良好,耐鹽霧性能也都超過了10天,說明制備的水性環(huán)氧防腐底漆具備良好的防腐性能。但是,在同等條件下美國赫爾茲新材的TRASCITETM WE 3201-1環(huán)氧樹脂與TRASCITETM WH 3926胺固化劑的耐鹽霧性能最好。因此,我們選擇TRASCITETM WE 3201-1環(huán)氧樹脂與TRASCITETM WH 3926胺固化劑作為水性環(huán)氧防腐底漆的成膜物質(zhì)。

2.2 反應基團比值對鹽霧性能的影響

反應基團的比值就是環(huán)氧基團與活潑氫的比值。環(huán)氧基團與活潑氫的比值對樹脂能否反應形成大分子,能否致密成膜有重大的影響,對涂料的耐性有著至關重要的作用。特別是對耐鹽霧性能的影響。一般情況下環(huán)氧基團與活潑氫的比值范圍為0.6～1.0,環(huán)氧基需要過量,而大部分樹脂廠商推薦的比值為1：0.8。不同基團比對漆膜耐鹽霧性能影響見表4.。

表4 不同基團比對漆膜耐鹽霧性能影響Table 4 Effect of different group ratios on salt spray resistance

從表4可以看出,隨著環(huán)氧基團與活潑氫的比值的增大,漆膜的耐鹽霧性能也越好。說明比值越高,固化反應形成的大分子的分子量越大,樹脂的致密性越好。同時1：0.8、1：0.9與1：1的耐鹽霧數(shù)據(jù)相差不大,說明當環(huán)氧基團與活潑氫的比值大于1：0.8時,漆膜在干燥固化過程中,樹脂的分子量與漆膜的致密性相差不大。

根據(jù)表中的數(shù)據(jù),我們知道當環(huán)氧基團與活潑氫的比值為1：1時,耐鹽霧性能最好。故我們選擇環(huán)氧基團與活潑氫的比值為1：1。

2.3 顏基比對鹽霧性能的影響

顏基比即顏填料與樹脂的質(zhì)量比。液漆成膜都是樹脂包裹著粉料,樹脂能夠形成連續(xù)的膜。顏基比越大即粉料越多,樹脂越少,則會造成有限的樹脂無法完全包裹所有粉料。液漆成膜后則會很粗糙,漆膜表面則會因為粉料無法被包裹而變得粗糙,漆膜的連續(xù)性就會受影響,漆膜的耐性則會變差。本文研究了不同顏基比對漆膜耐鹽霧性能的影響,結果見表5。

表5 不同顏基比對漆膜耐鹽霧性能的影響Table 5 Effects of different pigment-base ratios on salt spray resistance

從表5可以看出,顏基比越低漆膜的耐鹽霧性能越好。其原因為顏基比越低,樹脂的添加量越大,漆膜的連續(xù)性、致密性越好,所以漆膜的耐性越好。同時,顏基比為1.15與顏基比為1.45時耐鹽霧性能差別不大,說明當顏基比降低到某一程度時,樹脂足以形成連續(xù)性好、致密性好的漆膜,再增大樹脂的添加量,對耐鹽霧性能的改善不明顯。同時,環(huán)氧樹脂的成本在水性環(huán)氧防腐底漆的成本中占比較高。因此,顏基比越低,樹脂越多,涂料的成本也就越高。綜合考慮,本文制備的水性環(huán)氧防腐底漆的顏基比為1.45。

2.4 分散劑對鹽霧性能的影響

分散劑是一種表面活性劑,具有一定親水性,親水性則會帶來耐鹽霧起泡的風險。本文選擇了分散劑BYK-190、HP-2466和Addital DX 778做對比實驗,其對比實驗結果見表6。

表6 不同分散劑對耐鹽霧性能的影響Table 6 Effects of different dispersants on salt spray resistance

從表6可以看出,不同的分散劑對耐鹽霧性起泡的影響較大,分散劑BYK-190的耐鹽霧測試結果為500h不起泡。因此,分散劑選擇BYK-190。

2.5 水性環(huán)氧防腐底漆的綜合性能

水性環(huán)氧防腐底漆其綜合性能見表7。

表7 水性環(huán)氧防腐底漆的性能測試結果Table 7 Performance test results of waterborne epoxy anticorrosive primer

3 結論

選擇TRASCITETM WE 3201-1水性環(huán)氧樹脂與TRASCITETM WH 3926胺固化劑作為水性環(huán)氧防腐底漆的成膜物質(zhì),分散劑選擇BYK-190,環(huán)氧基與活潑氫的比值確定為1：1,配方的顏基比確定為1.45,制備一款水性環(huán)氧防腐底漆。其具有良好的貯存穩(wěn)定性、良好的附著力、良好的耐水性能,以及較快的干燥時間、優(yōu)異的耐鹽霧性能,能夠使其在工程機械、鋼結構、軌道交通等領域具有廣闊的應用前景。