自干型环氧酯水分散体防锈底漆的研制

溶剂型防锈涂料除含有大量有机溶剂外,而且还含有大量有毒颜料,给环境造成严重的污染。为此,研究开发新型环保、性能优异的水性防锈涂料符合当前涂料发展的趋势。环氧酯防锈涂料由于其优异的耐盐雾性能而在防腐领域有着广泛的应用。环氧酯树脂是由环氧树脂与植物油脂肪酸通过酯化反应而制成的。在制备环氧酯树脂的过程中,环氧树脂部分被酯化,因此,环氧酯同时具备了环氧树脂与干性油的许多优良特性。与醇酸树脂相比,环氧酯树脂具有更高的耐水解性,并且具有优良的耐腐蚀性能。目前,将环氧酯树脂水性化制备防腐性能优异的水性环氧酯防锈涂料受到了颇多的关注[1-4]。本文以自制的具有核- 壳结构的自干型环氧酯水分散体乳液为基料,配以无毒高效的防锈颜料,制备出防锈性能优良的水性防锈底漆,并对影响底漆性能的各种因素进行了探讨。

1 实验部分
1.1 环氧酯防锈底漆的制备
1.1.1 底漆配方
底漆配方见表1。

1.1.2 制备方法
(1) 在容器中加入计量的去离子水、助剂和中和剂,用可调式高速分散机搅拌均匀。
(2) 加入防锈颜料色浆和填料浆,搅拌均匀。
(3) 加入环氧酯水分散体乳液。
(4) 加入催干剂,调节粘度,过滤,得环氧酯水分散体防锈底漆。

1.2 性能指标
环氧酯水分散体防锈底漆的性能指标见表2。

2 结果与讨论
2.1 自制环氧酯水分散体乳液的特性
自制环氧酯水分散体乳液的结构特点是以环氧酯树脂为核,以反应性非迁移表面活性剂为壳。该乳液的制备方法不同于成盐法,它不需要大量的有机溶剂,它的酸值很低,不需要用胺中和;它的制备也不同于自乳化法,由于使用的是反应性非迁移表面活性剂,而且用量少,所得乳液的固含量较高,所以漆膜耐水性好、成膜性能及防腐性能好。以此乳液为基料与防锈颜料、助剂配合制成的高防腐蚀性环氧酯水分散体防锈底漆,其施工性能、自干性和漆膜机械强度均可与溶剂型环氧酯涂料相媲美。

2.2 防锈颜料的选择
为了制备环保、无毒、高效的防锈底漆,体系中就不能采用毒性较大的含铬、铅的颜料。由于氧化铁红具有优异的防腐性能、化学性质比较稳定、耐热性好、对碱及电解质都有一定抵抗力、具有一定的着色力和遮盖力,因此,氧化铁红是很好的无毒防锈颜料。磷酸锌作为防锈颜料具有很好的稳定性、耐水性、无毒性和防腐性能,并具有一定的阻燃性。ZP-10 是经过特殊处理的正磷酸锌的水合物,一般用作防护涂料中的白色防锈颜料。

2.3 催干剂的选择
自干型环氧酯水分散体防锈底漆体系中必须加入催干剂,以促进其氧化交联。目前使用的典型催干剂为油性的,可溶于芳烃或脂肪烃,在水中很难分散,因此可采用将其提前加入助溶剂中,然后再分散到水中的方法。即便如此,也难以得到快干、高光泽的良好涂膜。目前市场上已经出现具有自乳化性的催干剂(如首诺公司的VXW-4940 催干剂),该类催干剂作为氧化催干剂可用于水性涂料中,并与水性涂料具有良好的混溶性,用该类催干剂所得涂料的干燥性能已达到或接近溶剂型涂料的水平。笔者采用自乳化技术也合成了该类型的水性催干剂,它的添加量一般为漆总量的1.5%~2%。

2.4 中和剂的选择
之所以在体系中添加中和剂,主要是为保持体系的酸碱平衡,以防破乳。表3 中列出了几种常用的中和剂,通过筛选,AMP-95 具有最佳的性能,氨水的性能次之。考虑体系的中和剂用量少,成本不大,所以选用AMP-95。

2.5 颜料体积浓度(PVC)对耐盐雾性能的影响
防锈底漆的颜料体积浓度(PVC)对其耐盐雾性能有重要影响。将不同PVC 的防锈底漆制成膜厚为50 μm 的样板进行耐盐雾试验,时间为240 h,试验结果见表4。从表4 中可以发现:随着PVC 的增加,耐盐雾性能有先增大,后减小的趋势。对于该防锈底漆体系,PVC 在37%~38% 之间的耐盐雾性能最好,经过筛选,PVC 以37.7% 为最佳。

2.6 其他助剂的选择
助剂在涂料体系中用量虽少,但其作用却非常显著。由于水性涂料体系表面张力较大,非常容易出现回缩、火山口、针孔等涂膜病态。因此,助剂的选择及用量确定尤为重要。笔者通过实验确定:润湿分散剂用BYK-190;消泡剂用T-034;成膜助剂用Texonal;增稠剂用WT-202。

3 结语
采用自制的具有核- 壳结构的自干型环氧酯水分散体乳液为基料,配以无毒高效的防锈颜料,制备出防锈性能优良的水性防锈底漆。该防锈底漆有如下优点:(1)良好的耐水解性能和储存稳定性能。(2)良好的耐水性能和防腐性能。(3)使用安全方便。本防锈底漆以水为溶剂,配以无毒高效的防锈颜料,因此,该底漆无毒、不燃,对环境无污染,对施工人员身体健康无害,既改善了施工环境,又避免了火灾隐患。该底漆可采用刷涂、喷涂、浸涂等多种方法施工。(4)漆膜具有良好的自干性、优良的附着力及柔韧性。漆膜机械强度高,防腐性能优异。(5)该防锈底漆原料来源广泛,成本低,便于大规模推广应用。其各项性能指标均已达到或超过溶剂型防锈底漆的水平,完全可以取代溶剂型防锈底漆,用于火车、汽车、船舶、桥梁、管道、储罐等设施中的钢铁构件防护。

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