环境友好型卷材底漆的研究

环境友好型卷材底漆的研究

李锐1,冯全芬2,郝龙1,林安1,甘复兴1,3
(1.武汉大学资源与环境科学学院环境工程系,湖北武汉430079;2.武汉大学土木建筑工程学院市政工程系,湖北武汉430072:3.金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁沈阳1 10016)

1前言
由于人们对环境保护意识的不断增强,许多国家颁发了严格控制VOC和重金属污染的环保法规,因此发展低VOC、低污染的环境友好型涂料成为涂料涂装行业的世界性课题。作为涂料行业的重要领域,预涂卷材势必向环保型方向发展,包括无铬颜料、无铅颜料、高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料、低温固化涂料、光固化涂料等。本研究选取水性聚酯树脂及无铬无铅颜填料,配制出环境友好型卷材涂料,并对其性能和影响因素进行了探讨。

2实验部分
2.1涂料的制备
先以部分水性聚酯、颜料、去离子水按~定比例加入小型研磨机,研磨至刮板细度<40 um,出料,得到分散好的色浆。在其中加入配漆用树脂、交联剂、助剂及去离子水,高速分散搅拌2 h,过滤,包装。
2.2涂层的制备
选用10 cm×5 cm×0.5 mm的镀锌板,通过超声脱脂一水洗一干燥一低铬钝化一干燥进行预处理。用刮棒辊涂按上述方法配制的底漆得到湿漆膜,在(220~230)ºC烘40—45 S,制得带底漆膜的样板,然后在此底漆膜上以上述方法施工自制的面漆,得到所需的底面复合漆膜,在恒温恒湿的室内调试后测试其性能。

3结果与讨论
3.1预处理对涂层性能的影响
常见的预处理工艺为脱脂一水洗一干燥一表面调整一化学转化膜处理一千燥。预处理作为卷材涂料涂装的重要步骤,对涂层的综合性能有一定的影响。为了研究预处理对涂层性能的影响,选取不同预处理条件的镀锌板作测试(其它条件如树脂、颜填料、施工条件等均相同),结果见表1。由表l可知,所制备的环境友好型涂料与其它卷材涂料一致,必须进行预处理,否则卷材表面的油脂、锈层会使涂料难以有效涂装,即在涂层上产生无法涂敷的空白处,严重影响涂层的耐蚀性能。相对于简单的脱脂前处理,进行低铬钝化的涂层在机械性能和耐蚀性方面都有了较大的提高,这说明形成的钝化膜有利于涂层对基材的附着,并能在有机涂层的防护条件下增加一层有效的保护膜【4】,从而使涂层的耐盐雾性能有了较大的提高。另外,在预处理中,活化(w=3.5%HN03溶液)对涂层的性能影响不大,这是由于镀锌板上无封闭性的氧化膜,可以直接进行钝化。为了实现简单而有效的涂装,实验采取脱脂一水洗—干燥—低铬钝化—干燥的前处理工艺。

3.2颜填料的选择对涂层耐盐雾性能的影响
卷材底漆中常用的防腐颜料为铬酸盐类,包括锌铬黄、锶铬黄、钡铬黄和钙铬黄。为了突出环境友好性,选取低毒的钼酸锌、磷酸锌、三聚磷酸铝APW.2、磷酸铝锌ZPA(凯佰公司生产)等替代铬、铅颜料,同时从遮盖、成本等考虑,还加入了适量的钛白、立德粉等。实验中以耐盐雾性考察各防腐颜料的耐蚀性能,同时涂料配方中采用相同的基料和助剂用量,颜基比为1.2:1,实验结果如表2所示。

1)划痕处腐蚀,起泡宽度<2 mm
由表2可知,钼酸锌、ZPA以及APW.2的防腐效果相当,而磷酸锌的效果相对较差。同时,通过各种防腐颜料的搭配,其耐盐雾时间相对于单一颜料延长了40~50 h。各种防腐颜料都有起耐蚀作用的离子、基团,如钼酸锌中的钼酸根离子附于金属表面,会生成一层保护膜,致使金属表面钝化;ZPA和磷酸锌中含有的磷酸根离子在涂膜中与溶解的亚铁盐作用,会形成由配合物组成的保护膜而实现阳极保护;而APW一2的加入能显著提高涂层的阳极极化度,使其阳极腐蚀过程受到明显阻滞。因此,将防腐功能各异的颜填料复配时,它们之间的协同作用使涂膜的耐盐雾性能得到了较大的提高。综合经济、耐蚀效果的考虑,底漆中各种颜料的含量(各种颜料质量与颜料总质量之比)为:30%钼酸锌,15%APW.2,15%磷酸锌,20%钛白粉,10%立德粉,10%云母粉。

3.3交联树脂对涂层性能的影响
卷材涂料中常见的交联树脂为氨基树脂及封闭型异氰酸酯【7】,从材料易得及与水性聚酯体系相容性综合考虑,选择湖北大学生产的封闭型异氰酸酯和江苏三木公司的水性氨基树脂SM5717和SM5747。在其它条件一致的情况下,将3种交联树脂与聚酯树脂按1/4分别配制涂料,性能对比见表3。

从表3可以看出,3种交联树脂的性能相差不大。采用氨基树脂体系时,漆膜比较脆而硬;而采用封闭型异氰酸酯树脂体系时,漆膜柔韧性较优。在耐腐蚀性方面,氨基树脂体系较优,这是由于在水性体系中,氨基树脂中的氨基与聚酯树脂中的羟基反应所生成的产物具有更大的键能,而异氰酸酯与聚酯形成的氨酯键在水溶液中易受影响。氨基树脂SM5717比SM5747的交联度更大,这表现在耐MEK(甲基乙基酮)性能上。由于SM5747为全甲醚化氨基树脂,相对于SM5717部分甲醚化氨基树脂需要更大的活化能,即需要更高的固化温度或更长的烘烤时间,才能达到相应的交联度。因此,在实验过程中选用SM5717氨基树脂。

3.4助剂的选择
由于所选树脂体系具有优异的剪切稳定性,可直接参与研磨色浆,且该树脂的结构有助于颜填料润湿,因此在分散研磨时只需加入少量的润湿分散剂。水性涂料相对于其它有机涂料,除了耐蚀性能较差外,由于水的表面能较大以及水溶液在烘烤过程中的挥发不均匀,加大了水性涂料施工控制的难度,同时涂膜表面性能差,易出现橘皮、小孔、起皱等现象,不够光滑,流平性差。为尽量克服这些弊端,在研究的涂料中加入一定量的水性表面润湿剂和流平剂,取得了不错的效果。

4环境友好型卷材涂料的配方及性能
实验得出的环境友好型卷材涂料配方见表4。

所得底漆涂层的膜厚为6—9 um,耐80次MEK擦拭,铅笔硬度2H,附着力0级,T弯测试0级,在w=3.5%的NaCl溶液中浸泡72 h后无变化,抗流挂性和流平性良好,配套10~15 um面漆后耐盐雾时间达360 h。

5结论
为适应环境保护的需要,就低VOC、低重金属含量的环境友好型涂料的研制进行了尝试。通过树脂体系、颜填料、助剂等主要因素的探讨,配制出环境友好型卷材涂料,其机械性能较优,具有一定的防腐能力。但涂膜表面性能、防腐性能、耐溶剂性等还有待提高,需进一步研究改进。

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