新型带锈防锈漆的研制

新型带锈防锈漆的研制

应鹏展1 ,  王雅晴2
(1. 中国矿业大学 机电学院 材料科学系,江苏 徐州 221008 ;2. 杭州师范学院浙江杭州310036)

1  前言
  金属表面的除锈效果直接影响到漆膜的附着力及耐久性,目前,主要采用手工、酸洗、喷砂、喷丸等除锈方法,但这些方法都存在一些缺陷。手工除锈主要用于船舶、管道、桥梁的二次除锈。该方法劳动强度大、效率低、成本高、除锈效果也不理想,且严重影响人体健康。酸洗除锈易产生“过蚀”和“氢脆”,且易产生二次生锈,废液排放易造成环境污染。喷砂、喷丸除锈设备投资大、成本高。为克服上述方法的缺陷,我们查阅了大量的国内外文献,经过多次实验,研制出一种新型带锈防锈漆,克服了除锈施工中的缺点。

2  实验部分
211  乳液的合成
21111  配方(质量的组成)
EMA – 11 (乙烯顺酐共聚物) 100
TexoforB1 [十六烷基乙烯醚] 100
Gafac – RE610 (月桂醇醚磷酸盐) 50
叔十二碳硫醇80
氨水① 60
过硫酸铵① 40
水① 8060
过硫酸铵② 20
水② 1000
氨水② 60
甲基丙烯酸甲酯4600
丙烯酸丁酯5200
甲基丙烯酸200
  注: ①、②表示加药剂的顺序

21112  工艺
在90 ℃下先将100 g EMA – 11 溶解,冷却后加入氨水60 g 形成相应的聚合酸之铵盐。硫醇80 g、十六烷基乙烯醚100 g、月桂醇醚磷酸盐50 g 直接加入到8060 g 水相中,过硫酸铵40 g 在约50 ℃时加入。甲基丙烯酸200 g 与甲基丙烯酸甲酯4600 g 混合,加入至78~80 ℃的水相中,补加1000 g 水,十六烷基乙烯醚100 g 与丙烯酸丁酯5200 g 混合,过硫酸铵20 g 在3 h 以后缓慢加入。产物最终在86~90 ℃保温20 min ,用氨水约60g 调pH 值至9。

212  带锈防锈漆的配制
防锈填料为磷酸锌、氧化磷、三聚磷酸铝、铬酸钡、云母氧化铁红。体质填料为硅灰石粉、滑石粉、高岭土。催干剂为环烷酸钴、锰盐。
配比(质量组成)

水50
催干剂315 g
其他助剂:少量
各料搅拌均匀后,经砂磨机砂磨至颗粒细度小于50μm ,加入乳液及催干剂慢速搅匀。
用氨水调pH = 815~912 和用FRH – 2型增稠剂调至粘度合格。

3  防锈漆性能的影响因素
311  铁酸钙
铁酸钙还原性很强,能使铁锈转化成稳定的磁性氧化铁。
312  磷酸锌
磷酸锌能和金属表面的Fe3 + (铁锈) 反应,形成附着牢固的络合物Fe[ Zn3 (PO4) 3 ]沉淀层而抑制阳极反应,同时能与漆料中的羟基、羧基络合,使颜料———漆料———底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性,且无毒。
313  氧化锌
氧化锌与水作用,能生成氢氧化锌,而氢氧化锌是一种两性氧化物,与金属表面反应,可形成锌系磷化膜,ZnO 还可以稳定底漆的pH 值。
314  铬酸钡
铬酸钡在水中有一定的溶解性,同时能电离出CrO2 -4 。在阳极区,由于CrO2 -4 与金属表面作用,发生阳极微区钝化,形成钝化膜,提高了金属的防锈能力。在阳极区,CrO2 -4 与氧反应,被氧化成不稳的过铬酸,然后与铁反应,生成Fe3 + ,Cr3 + 氧化物组成的复合氧化物,呈稳定状态:

过铬酸与铁反应,可形成稳定的络合物。铬酸钡的防锈性能与其用量,溶解度及成膜物质的抗渗性,耐蚀性有关。
315  三聚硼酸铝
结构式为:

  三聚磷酸铝为白色颜料,微溶于水,在涂层下溶解时电离出P3O5 -10 ,在阳极部位与金属离子结合形成不溶的钝化膜,该膜硬度高,附着牢固。三聚离子如水解成二聚或磷酸根离子,因仍含反应性基团 ,仍能形成类似的钝化膜。

316  其他主要颜料的选择
云母氧化铁屏蔽性好,耐光、耐候性优良,尤其适用于海洋气候区和湿热带地区使用。
滑石粉: 具有润滑性, 耐火性, 抗酸碱性,绝缘性等优良特性。我国滑石粉蕴藏非常丰富,且价格低低廉。
硅灰石粉:抑制腐蚀,耐候性较好,耐粉化性强。悬浮性好。
高岭土:遮盖力好,增强涂膜硬度,防止颜料结块。

4  催干剂
催干剂不仅影响漆膜的干燥速度,而且对漆膜性能也有影响。水性防锈漆与油性漆干燥机理基本相同,但由于在水的体系中,催干剂的水解问题相当严重,而且对催干剂的吸附也比油性漆大,长期贮存易产生失干现象,我们在合成树脂中加入了带有催干作用的改性剂,巧妙地解决了失干问题,只需在配料中加入0.05 %~0.10 %(质量分数) 的环氧酸钴、锰盐,便有良好的干燥效果,而且长期贮存后干燥性能无任何变化。

5  防锈漆的贮存稳定性
防锈漆在长期的贮存过程中,易产生颜料沉淀结块,催干剂吸附、增稠以及树脂水解等弊病。为此,我们对样品进行了稳定性试验;取两组样品,一组在室内避光处放置一年,另一组进行了加速试验,即在55 ±1 ℃保持两周,然后对两组试样制片进行性能测试,结果表明,两组试样数据基本相同。与未经贮存的漆相比,贮存后漆的粘度由50 s下降到48 s ,干燥时间不变,其他物理机械性能未受影响,因而可以认为该防锈漆的贮存是稳定的。

6  防锈漆的技术指标及性能测试结果
按国家对防锈漆性能测试标准,对所制防锈漆的性能进行测试,结果见表1。
表1  带锈防锈漆技术指标与测试结果

7  结论
①以丙烯酸、云母铁红为主要原料生产的水性带锈防锈漆,工艺路线确定合理,配方科学,生产工艺简单,无三废排放,经测试性能满足标准要求,是红丹底漆的良好代用品。
②由于加入了铁酸钙、磷酸锌、氧化锌、铬酸钡、三聚磷酸铝等磷化、钝化物质,可有效地将铁锈转化为钝化膜,可带锈施工。
③合成水性树脂中,加入了改性剂,彻底解决了水性防锈漆的吸附失干问题,并提高了防锈漆的综合性能,具有一定的独到性。
④由于采用了大量性能稳定,价格低廉的填充料,大大降低了产品的造价,有利于推广使用。

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