水性环氧聚酯防腐涂料的研究

0 前 言
传统的防锈涂料多为溶剂型涂料,常见的品种有醇酸、环氧、丙烯酸、聚氨酯等,其中均含有大量的有机溶剂。国外自20世纪70年代初就已开展高固体分、无溶剂、粉末和水性涂料等环境友好型防锈涂料的研制,其中水性涂料因成本较低,施工安全方便,得到了较多的研究;80年代中期以来,世界各国环境保护法规对涂料中挥发性有机溶剂含量的限制日益严格,引起水性涂料研究的热潮,由于环境保护越来越受到人们的关注,对无毒、低毒的水性防锈涂料的研究已成为当前防锈涂料发展的重要方向之一。

1 试验部分
1.1 水性环氧聚酯树脂的制备
1.1.1 原材料
聚醚204,南京;新戊二醇、三羟甲基丙烷、己二酸、四氢苯酐,均为进口;二甲苯、二乙醇胺,工业品;环氧E-44,岳阳石化总厂;丙二醇甲醚,江苏;DMAE(N,N'-二甲基乙醇胺),上海试剂厂;去离子水,自制。
1.1.2 制备工艺
将多元醇、多元酸加入到带有温度计、搅拌器、冷凝器的反应釜中,开始加热,等物料熔化后启动搅拌,慢慢升温到190 ℃,保持3 h后测酸价,当酸价小于25后,开真空抽30 min,降温到70 ℃加入环氧树脂溶液,再降温到40 ℃以下加入中和剂、助溶剂和水。

1.2 水性环氧聚酯防腐涂料的配制
水性环氧丙烯酸浸涂漆配方见表1。生产工艺:将水性环氧聚酯树脂投入缸中,启动搅拌,在搅拌状态下依次加入分散剂、消泡剂、稀释剂,搅拌10 min后,加入各种颜料、防锈填料,高速分散均匀后,入机研磨至细度≤35 μm,抽入调漆缸中,在搅拌状态下加入甲醚化氨基树脂、催化剂等余料,搅拌均匀后,过滤,包装。
表1 水性环氧聚酯防腐涂料配方

1.3 水性环氧聚酯防腐涂料性能指标
研制的水性环氧聚酯防腐涂料的性能指标见表2。

2 结果与讨论
2.1 原料的选择
环氧树脂的引入是本配方的关键,本试验通过叔胺的催化作用,让环氧树脂部分开环后接入聚酯中,从而提高其附着力和防腐性能,表3是环氧树脂用量对合成树脂后性能的影响。

由表3可以看出,环氧树脂质量分数在5%左右,不影响水性聚酯树脂的透明度。

2.2 中和剂的选择
中和剂不同,能明显影响树脂的水溶性、黏度、贮存稳定性等指标,因此选择合适的中和剂也是十分重要的,本试验合成的树脂是阴离子型树脂,需要采用碱性中和剂,从水溶性的角度来比较,氨水、氢氧化钾的助溶效果不如乙醇胺的效果好,从涂料的稳定性来考虑,选用叔胺比较好,它不会使聚酯产生胺解反应,故本试验选用N,N'-二甲基乙醇胺作为中和剂。

2.3 分散剂的选择
分散剂的选择非常重要,很多分散剂都会降低涂膜的耐蚀性,防腐蚀性和分散性的最佳平衡是选择分散剂的关键,强疏水性的分散剂吸咐在颜料颗粒表面,通过电荷排斥和空间位阻排斥,使颜料颗粒稳定分散,防止颜料颗粒形成,不会产生诸如附着力降低、柔韧性不良、耐水性差等问题,本试验采用了聚羧酸盐类分散剂。

2.4 助溶剂的选择
助溶剂的作用是增加树脂在水中的溶解度,同时提高涂料的稳定性,改善涂膜的外观和流平性,常用的助溶剂有长链的醇类、醇醚类、仲丁醇,可以使树脂得到较低的黏度,但气味较大。乙二醇醚类助溶效果也很好,但是它们对血液系统、淋巴系统、生殖系统有严重的损害,国家已对该类产品的应用作出了限制;丙二醇醚类具有低气味、毒性低、助溶效果优异,故本试验选择丙二醇甲醚为助溶剂。
2.5 水性氨基树脂及用量的选择
常用的水性氨基树脂有高度甲醚化三聚氰胺树脂和部分甲醚化三聚氰胺树脂,如CYMEL303和CYMEL325,高度甲醚化三聚氰胺树脂反应活性低,需要强酸催化反应,聚合的涂膜具有很好的交联密度和柔韧性,部分甲醚化三聚氰胺树脂反应活性高,不需要催化剂就能反应,适于低温烤漆,但形成的涂膜较脆。本试验采用了高度甲醚化三聚氰胺树脂CYMEL303,选择水性氨基树脂与水性聚酯树脂交联成膜,使之成为不熔不溶的涂膜;氨基树脂的用量对涂膜的物理性能如耐冲击性、柔韧性、硬度、附着力等有影响,不同用量的氨基树脂对涂膜性能的影响见表4。

由表4可见,水性聚酯树脂与氨基树脂配比为(3~4)∶1时,涂膜的综合性能较好。

2.6 防锈颜料的选择
在金属防锈颜料中,防锈能力最好且性价比较高的是红丹粉,但是由于红丹中铅的含量很高,造成严重的环境污染,目前国家已经将其列为必须替代的防锈颜料品种,因此本试验所采用的是无公害的防锈颜料。氧化铁系列为物理防锈颜料,提高涂膜的致密性,三聚磷酸铝遇水发生离解生成三聚磷酸根离子,它具有很好的化学活性,能与二价三价铁离子络合成三聚磷酸铁保护膜,磷酸锌由于分子中含有结晶水,它能逐渐水解生成氢氧化锌和二代磷酸盐离子,这些水解形成络合物,使金属表面磷化,在阳极范围内形成有效的保护,可增强防腐性、耐水性和附着力,复合铁钛粉也有类似的防锈原理,也作为本试验的防锈原料之一,不同防锈颜料所制涂料配方组成见表5。按表5制备的涂料其性能列于表6。

从表6可以看出,单一防锈颜料所产生的防锈作用差别不是很大,复合铁钛粉略好一些,而把防锈颜料搭配使用,其耐盐雾性大大提高,磷酸锌和复合铁钛粉搭配使用效果最好,抗盐雾的时间最长。

3 结 语
采用水性聚酯氨基烤漆,提高了成膜物的交联密度和强度,加上环氧树脂的引入,对附着力和耐蚀性又大大提高了,配合高性能的环保防锈颜料,所制水性防腐涂料性能可以和溶剂型涂料相媲美,符合环保要求,可用于高档金属的防护,作为一种新型的涂料,具有良好的应用前景。

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