氨基树脂与二丁酯并用对丙改醇中黄面漆附着力影响的研究

氨基树脂与二丁酯并用对丙改醇中黄面漆附着力影响的研究

吕钊1,2,李伟华1,侯保荣1
(1.中国科学院海洋研究所,青岛266071;2.青岛科技大学,青岛266000)

0 引言
在化工、石油、食品、轻工等行业中,绝大多数设备、管道由于存在腐蚀介质而很易发生腐蚀,造成很大的经济损失,导致社会资源的浪费。据美国、日本、加拿大等国前几年公布的数据显示,腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济生产总值的1%~4%,每年腐蚀掉的钢铁约占年总量的20%,约有30%的设备因腐蚀而报废[1]。根据柯伟院士主持开展的中国腐蚀调查的结果,我国的年腐蚀损失为5 千亿元,相当于600 多亿美元。以2000 年为例,我国年腐蚀损失约占国民生产总值的6%[2]。在各种防腐技术中,涂料防腐施工简便,适应性广,不受设备面积、形状的约束,重涂和修复方面费用低,应用最为广泛[3]。据日本腐蚀和防腐蚀协会调查表明,在涂料、金属表面处理、耐腐蚀材料、防锈油、缓蚀剂、电化学保护、腐蚀研究等七大防腐技术投资中,涂料防腐蚀投资的经费占60%以上,由此可见涂料防腐的重要地位和研究开发的活跃程度。在涂料防腐领域,经过多年的实践,人们认识到腐蚀与防腐蚀,二者相互依赖,缺一不可。腐蚀过程是热力学自发过程,是不可逆的,防腐蚀实质是替代过程。一劳永逸的防腐蚀是不可能达到的,防腐蚀就是有代价的。以较少代价换得较多的回报,是防腐涂料发展的一个趋势。丙改醇中黄面漆在实际应用中出现了硬度未达到用料单位要求的问题。为改善丙改醇中黄面漆的硬度,保持涂层的附着力水平,不提高生产成本,设计了性能改善方案。本文主要研究氨基树脂与二丁酯使用比例对丙改醇中黄面漆附着力的影响,并从机理上予以解释。

1 试验仪器与材料
1.1 试验材料
丙烯酸树脂,改性醇酸树脂,氨基树脂,二丁酯,中黄色浆,高效催干剂,分散剂,防沉剂,防结皮剂,二甲苯。
1.2 实验仪器
高速分散机,涂层测厚仪,刮板细度计,压敏性胶带,刀片,涂-4 黏度计,柔韧性测定器,冲击试验器,铅笔硬度计,马口铁板,玻璃槽,鼓风恒温箱。

2 实验方法
2.1 涂料制备
(1) 加入丙烯酸树脂后,慢速搅拌,再依次加入中黄色浆、助剂,高速搅拌2 h,进行恒质量,补加二甲苯搅拌均匀。
(2) 降温至40 ℃,加入改性醇酸树脂,搅拌均匀。
(3) 用二甲苯调黏度。
2.2 性能测试
根据氨基树脂与二丁酯的加入比例不同,制成5 种涂料。分别测试其在马口铁板上的附着性能。
2.3 试验方法
2.3.1 试验环境
(1) 取样:按GB 3186 的规定进行。
(2) 试验的环境条件:按GB/T 9278 的规定进行。
(3) 漆膜制备:按GB/T 1727 的规定进行。
(4) 除另有规定外,漆膜常规性能测试应干燥48 h 后进行。耐盐水性、耐油性、耐汽油性、耐酸碱性能测试应干燥7 d 后进行。
2.3.2 涂膜性能测试方法
(1) 测漆膜厚度:按GB/T 1345.2—2008 的规定进行。
(2) 测定涂料细度:按GB/T 6753.1—2007 的规定进行。
(3) 测定涂料黏度:按GB/T 1723—1993 的规定进行。
(4) 测定涂膜附着力:按GB/T 9286—1998 的规定进行。
3 附着力检测结果
氨基树脂与二丁酯加入比例对附着力的影响见表1。

4 结果与讨论
4.1 丙改醇面漆所用树脂的选择
丙改醇面漆是以丙烯酸树脂为主,以改性醇酸树脂为辅的一种面漆。丙烯酸树脂在成膜过程中不会进一步发生交联,因此它的相对分子质量较大,具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便,易于施工重涂和返工。为了提高丙烯酸面漆的耐候性,在配方中加入了一定量的改性醇酸树脂,有效地改善了丙烯酸面漆的耐候性,且在一定程度上降低了丙烯酸面漆的成本。
4.2 改善丙改醇面漆所加树脂的选择
丙烯酸树脂本身在耐水耐化学性能方面性能优越,其保光保色性好。但由于丙烯酸树脂在成膜过程中不会发生进一步的交联,这导致了丙烯酸涂层的硬度不足。为了改善丙烯酸涂层的硬度,添加了氨基树脂。氨基树脂本身也可单独制成涂层使用,但是单独使用氨基树脂制成的涂层既硬又脆,抗冲击性能差,对底材的附着力也很差。因此通常作为交联剂。改性醇酸树脂与丙烯酸树脂均能与氨基树脂互容,且可通过加热发生进一步的交联。交联后得到的涂层光泽好、保色性好、硬度高、韧性好,耐水性、化学药品性好且耐候性好。二丁酯可以起增塑剂的作用。二丁酯与醇酸树脂并用,可以提高涂层的柔软性。但若单独使用,其挥发性大以及水抽出性大的缺点会影响涂层的性能。二丁酯分子结构见图1。

图1 二丁酯分子结构
4.3 氨基树脂与二丁酯添加比例对丙改醇面漆附着力的影响机理
由表1 可以发现,如果只加入氨基树脂,随着用量的提高,丙改醇面漆的附着力呈下降趋势。这是因为,氨基树脂作为交联剂,同时与丙烯酸树脂与改性醇酸树脂发生交联反应,从而有效提高涂层硬度。但如果使用量过多,交联程度过高,反而导致涂层偏硬偏脆,最终降低了涂层的附着力。二丁酯作为增塑剂,可以与丙改醇面漆中的改性树脂并用,提高涂层的柔韧性。缓解由于氨基树脂丙烯酸树脂、丙改醇树脂发生交联反应,对涂层脆性的影响。从表1 可以看出,当氨基树脂用量不变时,添加二丁酯前后,涂层的附着力改善很明显。这说明理论推断与实际是相吻合的。但同时也可看出,将氨基树脂与二丁酯用量提升幅度相同时,丙改醇涂层的附着力反而下降了。通过配方中树脂的用量可以发现,随着氨基树脂与二丁酯所占比例的提高,丙烯酸树脂用量减少。丙烯酸树脂所占比例的减少,变相地提升了氨基树脂对涂层脆性的提升;此时,二丁酯对涂层柔韧性的提升,不足以抵消过度的涂层脆性的提高,最终导致涂层脆性偏高,附着力反向降低。当氨基树脂用量保持1.5%不变,进一步提高二丁酯用量,涂层的附着力达到0 级。这说明,此时二丁酯对涂层柔韧性的改善,消除了氨基树脂对涂层脆性过度的提高,使涂层在保持硬度提升的条件下,达到了很高的附着力性能。样品5 的测试结果,验证了对样品4 附着力反向降低解释的合理性。

5 结语
综上所述,氨基树脂与二丁酯并用,可以有效地改善丙改醇面漆的附着力性能。当丙烯酸树脂∶氨基树脂∶二丁酯达到96%∶1.5%∶2.5%时,丙改醇中黄面漆的涂层附着力最佳。

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