水性丙烯酸低播焰船舱漆的研制

前言
目前包括我国在内的世界各国对环境保护的意识越来越强,法规日趋严格。为此各行各业都在致力于符合环保要求的产品开发。涂料从有毒到低毒,从低毒到环保,已经有了质的飞跃,作为精细化工和新材料的一个重要分支,涂料的发展必然要遵循时代的要求,按照可持续发展的道路和循环经济的发展模式,不断前进,不断更新。水性丙烯酸低播焰船舱漆正是在这种市场需求下促生的,其目的是为了更加突出环保理念,提升市场竞争力。

1 实验部分
纵观目前国内市场上可见到的主要三大水性防腐蚀涂料体系,即水性丙烯酸树脂体系、水性环氧树脂体系和水性醇酸树脂体系的新材料、新技术的开发,其中以水性丙烯酸树脂类发展最快,逐渐成为环保型涂料发展的主流产品。现有的水性丙烯酸树脂涂料的基料是丙烯酸共聚体的水分散体,这种树脂呈长链的三维网状形态,封闭在一个小型球体中(一般球径小于0.5 μm ) ,就好像胶囊一样分散在水溶液中,可以用化学的方法设计符合各种需要的丙烯酸树脂链段。用于防腐蚀涂料的水性丙烯酸树脂通常是高密度、柔韧性好、抗腐蚀、抗紫外线辐射优良的树脂。树脂分散在水和聚结剂里,在漆膜干燥过程中,聚结剂可使树脂分散体聚结成网状结构的漆膜。聚结剂属于有机溶剂类,在该水性涂料中只占0.5 ~6 % ,V O C 含量极低。水性丙烯酸漆成膜过程中有两个化学反应自动发生,一是作为乳化剂部分的水性丙烯酸树脂的铵盐自行分解,释放出羧基和氨气进入大气,从而使树脂的水溶性丧失。二是游离出的羧基与交联剂发生反应,使羧基的亲水性进一步降低,同时使相对分子质量在1 万左右的碱可溶性树脂分子发生交联,相对分子质量急剧增大,由热塑型向热固型转变,致使体系的亲水性显著降低,从而确保了涂料优异的耐水性能。成膜过程的化学反应可表述如下:

水性丙烯酸树脂流变性好,对颜填料的润湿性好,可制备成为防腐蚀涂料底漆、中涂漆和面漆,组成同类型配套体系。

1.1 设计与试验
1.1.1 成膜基料的选用
(1)改性丙烯酸乳液。
(2)纯丙乳液。
(3)改性丙烯酸弹性乳液。
(4)偏氯乙烯丙烯酸共聚乳液。
以上丙烯酸乳液,固体含量5 0 % 左右,P H 7 – 8 ,成膜温度5℃以上,粘度、密度、玻璃化温度适中,耐候性、耐水、耐温、防腐蚀,稳定性好,有优异的抗粘结、耐沾污性能。
1.1.2 颜料的选用
(1) 钛白粉,即二氧化钛,分子式为T i O 2 ,是最重要的白色颜料,性能稳定,对大气中各种化学物质的侵蚀呈惰性;对光的吸收少,而散射能力大,因此其光学性能非常好,耐候性特佳,耐热性好,熔点高达1 8 5 0 ℃。
(2)纳米氧化锌(ZnO),防霉、防菌性好,即使在无光照环境中对微生物也具有很强的杀菌能力;具有良好的耐光、耐候、耐高温性能,不粉化,热稳定性好,熔点高达1975 ± 25℃,特别适合于含硫化物环境,因为氧化锌能与硫结合成硫化锌,也是一种白色颜料。纳米氧化锌的加入,提高了漆膜的耐沾污性、耐洗性,同时可提高体系的CPVC(漆液的临界颜料体积浓度) ,降低基料用量,减少毒气和烟雾,提高了漆膜综合性能。
(3) 选用的体质颜料为超细沉淀硫酸钡,分子式为B a S O 4 ,惰性物质,化学稳定性好,耐热,熔点达1 5 8 0 ℃,在漆液中分散性、防渗透性好,吸油量低,不影响漆膜光泽,可以提高漆膜的厚度、硬度、耐磨性能和涂装施工性能。
( 4 ) 阻燃剂选用超细氢氧化铝,分子式为Al(OH)3 或Al2O 3·3 H 2 O 。不溶于水及酒精,遇高温烘烤或被燃烧时即分解成为金属铝离子氧化物和水蒸汽排出,具有减少毒气和烟雾、降温灭火的作用,同时价格低廉。

1.1.3 助剂的选用
水性树脂涂料必须配以多品种的水性涂料专用助剂,在水性丙烯酸低播焰船舱漆配方设计中所选用的各种助剂均是水性丙烯酸树脂漆专用助剂。经过对比试验,在配方中我们选用的助剂具有对颜料分散效果好、消泡效用明显、流平性好、漆液稳定性能优异的特点。
1.1.4 实验和测试
(1) 制备漆浆
实验配方如下:
原材料用量/ %
去离子水适量
多功能助剂2~3.5
分散剂 0.4~0.6
消泡剂0.3~0.4
纳米二氧化钛 3~4
R 型二氧化钛15~17
沉淀硫酸钡16 ~19
纳米氧化锌4~6
超细氢氧化铝40~45
高色素碳黑 0.05~0.07
制浆工艺:先将水和助剂混合均匀,再依次将各种粉料投入,经分散,研磨至细度≤4 0 μ m ,即得色漆浆,备用。
(2) 制漆
实验配方如下:
原材料用量/ %
丙烯酸乳液 48~51
漆浆48~50
多功能助剂1.5~1.8
增稠剂1.8~2.0
流平剂0.4~0.6
消泡剂0.3~0.5
制漆工艺:按比例投入,搅拌分散均匀即可过滤包装。

1.1.5 丙烯酸乳液的选用:
对于不同品种的丙烯酸乳液的选用,是经过分别以其作为成膜基料,按照上述配方工艺制成样品漆,再制成试验用漆膜样板,干燥后分别作耐水和耐3%NaCl 盐水浸泡试验,试验情况如表1 所示按照工艺配方制成漆液后,刷涂在马口铁片上,封边,漆膜厚度为25 ~30 μ m,经自然干燥7 5小时后,分别浸泡在水和盐水中,5 天后取出观察漆膜状况。

从表I 可以看出改性丙烯酸乳液性能较好,因此选定它作为生产水性丙烯酸低播焰船舱漆专用原料。

2 结果与讨论
2.1水与有机溶剂的物理性质比较及对水性漆的影响
由表Ⅱ可以看出,水的表面张力大,故水性漆的表面张力也较大,在施工过程中要加强管理,否则涂装时易产生流挂、缩孔、针孔等缺陷,水的高蒸发热和热容值使水性漆的水蒸发慢。

2.2水性丙烯酸低播焰船舱漆与传统溶剂型低播焰船舱漆性能比较:
2004 年,我们开发出C43-33各色醇酸低播焰船舱漆,自2005 年该漆投入市场以来取得了较好的社会效益和经济效益。表Ⅲ性能对比说明水性丙烯酸低播焰船舱漆的性能不低于溶剂型醇酸低播焰船舱漆的性能。

2.3新型纳米材料对涂料性能的影响
国内纳米材料的开发主要集中在改善建筑涂料的耐候性和建筑内墙的抗菌性方面,在工业涂料等的研究开发和产业化应用方面要落后于发达国家。将纳米材料用于涂料中可起到一些特殊的功能:一方面可提高涂料的力学性能,如漆膜附着力、耐冲击性、柔韧性等;另一方面可提高漆膜耐老化、耐腐蚀、抗辐射、抗静电和阻燃等性能。纳米二氧化钛、纳米氧化锌对紫外线还有较强的吸收作用,防霉防菌性好,对微生物(细菌、霉菌、病毒,广义上还包括藻类和原生物)具有很强的杀菌力。

3 结语
低播焰性能是船用饰面燃烧性能的一个重要指标。水性丙烯酸低播焰船舱漆无毒无味,不含苯、甲醛、铅、汞等有害物质,用水代替有机溶剂,解决了漆膜在高温烘烤或燃烧时释放的烟气与毒性物质对人体的危害及对环境的污染问题,提高了产品的安全性能与耐温性能,适应了环保、生态和市场的需求,其开发和运用是当前船舶涂料的发展方向。随着人们环保和健康意识的日益增强,水性涂料必将以其安全、无毒、低VOC 等特点而逐步取代溶剂型涂料,具有巨大的发展潜力和无限的市场应用前景。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注