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淺談水性鋼結構漆配方設計要素,根據鋼結構用涂料特點,從水性醇酸樹脂
2020年03月10日    閱讀量:29864    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

目前國家對環境保護的要求越來越高,涂料工業及涂裝向低污染化方向發展, 水性涂料正在日益興起,金屬材料的防腐蝕涂料引起國內外關注,溶劑型涂料存在大氣污染、毒性和火災危險等幾個方面的問題,因此發展環境友好型的水性涂料受到了重視。目前,大部分鋼構廠家使用水性漆都在考慮以下幾方面因素:


(1)價格低廉的油性防銹漆,使用水性防銹漆成本會大大增加;

(2) 如何解決施工中出現的閃銹問題;

(3)施工過程中對溫度、濕度如何控制;

(4)大型鋼構一般對底材處理不到位,表面含有油污,水性漆如何實現對底材的充分潤濕并有相當的附著力;

(5)如何實現膜厚一般,初期耐水性好,并能夠具有較長防銹性能的水性漆;

(6)是否能與丙烯酸、聚氨酯、氟碳等面漆兼容,不會出現咬底脫落等問題。針對以上問題, 本研究采用不同的水性醇酸樹脂、苯丙乳液、純丙乳液、聚氨酯乳液等進行復配互相改進測試,最終選定了自產水性醇酸樹脂與丙烯酸乳液復配互相改進干性、硬度、耐水性等問題中國建材網cnprofit.com。采用迪高的KL245 與油污乳化劑解決了對含輕微油表面基材的潤濕附著問題。


1 實驗部分

1.1 原材料

水性醇酸樹脂、丙烯酸乳液:自制;醇酯-12、苯甲醇、乙二醇丁醚、pH 調節劑:市售;基材潤濕劑270、消泡劑810:迪高;緩蝕劑、水性膨潤土、分散劑760W、水性催干劑:市售;防閃銹助劑179:海明斯;增稠劑、氧化鐵紅粉、沉淀硫酸鋇、云母粉、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、油污乳化劑(十二烷基苯磺酸鈉):市售。


1.2 涂料制備工藝

將去離子水與水性有機膨潤土先預制成漿,往攪拌缸中加入定量的水性醇酸樹脂、催干劑、分散劑、消泡劑、pH 調節劑,低速攪拌均勻后,加入氧化鐵紅粉、沉淀硫酸鋇、三聚磷酸鋁、云母粉、磷酸鋅繼續攪拌20~30 min 后研磨至細度<35 μm, 研磨過程視黏度情況適當添加去離子水予以調整。最后低速攪拌,補加丙烯酸樹脂、成膜助劑、防閃銹劑、基材潤濕劑、增稠劑調整到適宜黏度。


1.3 性能測試

樣板在室溫條件下自干24 h 后測試物理性能,7 d后進行型式檢驗項目測試,測試標準參照國標。


2 結果與討論

2.1 水性樹脂及用量的選擇

選擇自產的油度為53%~56%的水性醇酸樹脂進行測試,實驗設計不同用量水性醇酸樹脂配制成底面合一鐵紅漆對漆膜干燥時間、光澤、耐性等性能的測試。鐵紅底面合一漆的配方見表1,性能測試見表2。

鐵紅底面合一漆配方

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漆膜的基本性能

從表2 可以看出,水性醇酸樹脂與丙烯酸樹脂混拼時,可以互相改進干燥性、耐水性及鹽霧性能,而且在選用配方3,即樹脂比例為1∶8 的時候,漆膜各項性能指標達到最優,干燥性、防腐性、耐水性、光澤最優。


2.2 緩蝕劑的選擇

在水性涂料的金屬防護涂裝中,其干燥過程中經常出現閃蝕現象,因此在配方中挑選一款合適的緩蝕劑尤為重要。

緩蝕劑一般分為5 類,(1)無機緩蝕劑,亞硝酸鹽類,其成本低、毒性大、相容性差(2)有機緩蝕劑,氮氧雜環化合物,毒性也大,也存在相容性問題(3)硅酸鹽類,該類添加量較大,對漆膜性能有影響(4)三乙醇胺等,該類緩蝕效果不太明顯(5)堿金屬磺酸鹽類,該緩蝕劑既有緩蝕效果,還能增強附著力,涂料的穩定性。不同緩蝕劑測試配方如表3,性能對比如表4。

鐵紅底面合一漆配方

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漆膜的基本性能

從表4 可以看出, 在本水性底面合一漆體系中,緩蝕劑5 為最佳使用原料。


2.3 成膜助劑的選擇

在設計配方時, 成膜助劑的選用是極其關鍵的,其影響了漆膜的光澤、干性、耐水性和耐腐蝕性,對貯存狀態也非常關鍵。本文選用苯甲醇、十二碳醇酯、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚做對比試驗。


成膜助劑與水性丙烯酸乳液相容性測試說明,苯甲醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚在苯丙乳液中相容性較好,但都需要緩慢加入,否則會出現絮凝現象;十二碳醇酯在任何乳液中的相容性都挺好,而且添加方式簡單,不易破乳,具有廣泛適用性。


十二碳醇酯是乳液聚合物的強溶劑,并且水解穩定性非常好,聚結性能非常好,能十分有效的降低最低成膜溫度(MFFT)、擴大適用高玻璃化溫度(Tg)的聚合物的使用范圍。與其他成膜助劑相比,易于被乳膠粒子吸附,易于膠粒的溶脹,揮發速率低,成膜前保留在漆膜中,成膜的連續性好,又有適宜的揮發度,不影響漆膜的光澤與硬度。幾個成膜助劑的特性對比如表5。

成膜助劑特性比較

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用十二碳醇酯為成膜助劑的水性漆中,漆膜的各項指標達到了一個平衡。


2.4 表面活性劑的選擇

大型鋼構表面存在較多的油污、助焊劑等,某些廠家為了降低成本,對底材處理不到位,不除油污,對于油性涂料噴涂而言,問題不大,但是對于水性涂料噴涂增加了難度, 影響了涂層對基材的潤濕與附著。一般會選擇有機硅類流平劑降低水性涂料的表面張力達到流平效果, 但是嚴重影響了漆膜的附著力與重涂。


本研究采用表面活性劑(十二烷基苯磺酸鹽)作為油污乳化劑,將鋼材表面的油污直接乳化,使得漆膜直接接觸底材。單純靠油污乳化劑只是解決了油污的問題,但是對基材的潤濕還是不夠充分,本實驗選擇與迪高270 基材潤濕劑混拼, 解決了漆膜的潤濕流平問題,同時帶來了良好的底材附著力,在帶油污底材上的附著力達到了1 級, 而且具有優異的耐水性與耐鹽霧性。


3 結語

(1) 實驗對比了不同比例自產水性醇酸樹脂與丙烯酸樹脂混拼時,可以互相改進干燥性能、耐水及鹽霧性能,而且在選用樹脂比例為1:8 的時候,漆膜各項性能指標達到最優,干燥性、防腐性、耐水性、光澤最優;

(2) 實驗對比了不同緩蝕劑對漆膜性能的影響,結果表明利用磺酸鹽與鐵銹的“鰲合作用”使得水性涂料能夠在帶銹底材施工,而且能夠阻止閃銹現象的發生;

(3) 實驗對比并選用十二碳醇酯作為成膜助劑,能十分有效的降低最低成膜溫度(MFFT)、擴大適用高玻璃化溫度(Tg)的聚合物的使用范圍,其易于被乳膠粒子吸附,易于膠粒的溶脹,揮發速率低,成膜前保留在漆膜中,成膜的連續性好,又有適宜的揮發度,不影響漆膜的光澤與硬度;

(4) 實驗選擇油污乳化劑與迪高270 基材潤濕劑混拼,解決了漆膜的潤濕、流平問題,同時帶來了良好的底材附著力, 漆膜在帶油污底材的附著力達到了1級,而且具有優異的耐水性與耐鹽霧性。

通過以上實驗最終確定了一款適用面廣的水性鐵紅底面合一漆,而且成本較低,可以替代溶劑型的醇酸防銹漆,達到環境保護的要求。


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