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新型水性環氧體系在防腐涂料中的應用前景,指出了舊的水性環氧涂料因成膜不佳和抗水性較差等弊病,影響了它在鋼鐵防腐中的應用
2019年10月31日    閱讀量:334    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

金屬腐蝕每年給世界經濟帶來很大的浪費。在人類幾千年的文明歷程中,為了防止金屬腐蝕,人們采取了多種方法,其中涂覆涂料是最方便,最經濟也是使用最廣泛的方法。


近年來,隨著各項環保法規的頒布以及人們環保意識的增強,相繼開發了多種低VOC 的涂料,包括水性體系、無溶劑體系等中國建材網cnprofit.com。其中水性涂料作為環保型涂料中的一個重要研究領域,最早廣泛用于建筑領域。隨著人們對自身健康要求的提高,在防腐蝕領域,水性涂料的應用也日益增多。


從歐洲涂料市場來看,重防腐涂料中水性涂料的使用比例正在不斷增加,水性涂料的平均增長率正在超過傳統的溶劑型涂料,越來越多的成功應用案例也證明,即使在惡劣條件下,水性涂料也可為鋼材提供良好的防腐蝕性能。


另外,水性涂料的干燥/ 覆涂時間短,無稀釋劑成本,停工時間短(使用較少的涂層和產生較少溶劑氣味問題),所以其真正的優點是涂料的高性能和高效施工帶來的低成本。


作為防腐涂料中常用的基料體系,環氧/ 胺組合物的水性化是人們關注的重點。它的發展可追溯到20 世紀70 年代,Anchor 公司發布了第1 代可行的水性環氧涂料。它基于液體雙酚A/F 環氧樹脂,采用改性的脂肪族聚酰胺- 胺(Casamid 360)固化。十多年后,市場上才出現固體環氧樹脂分散體(Epi-Rez3520),1998 年,市場上出現了采用聚胺加成物的環氧樹脂分散體。


我國水性環氧涂料的研究起步較晚,也相對較為落后,直到1996 年,上海市涂料研究所才推出了水性環氧涂料產品,但其性能與傳統溶劑型環氧涂料相比相差甚遠,這也制約了它的市場應用。為此,我們詳細分析了其中的原因,并研制成新一代的水性環氧涂料產品。

 

1 實驗部分

1.1 原材料

STW602 新一代水性環氧分散液,STW703 新一代水性環氧固化劑,水性防銹顏料,鈦白粉,氧化鐵黑,填料,潤濕劑,分散劑,活性稀釋劑,助溶劑,去離子水等。

1.2 水性環氧防腐涂料配方

水性環氧防腐涂料的配方如下:

原料 質量分數/%

A 組分  

STW602 47.7

去離子水 12.1

分散劑 1.6

填料 22.7

水性防銹顏料 6.0

鈦白粉 6.3

氧化鐵黑 0.6

活性稀釋劑 0.8

助溶劑 2.0

潤濕劑 0.2

合計 100.0

研磨至細度≤ 30 μm。

B 組分  

STW703 7.5

去離子水 12.5

合計 20.0

1.3 性能比較

將新一代水性環氧體系,與舊水性環氧體系和傳統的溶劑型環氧體系進行性能對比,具體結果見表1。

不同環氧體系的性能比較

新型水性環氧體系在防腐涂料中的應用前景,指出了舊的水性環氧涂料因成膜不佳和抗水性較差等弊病,影響了它在鋼鐵防腐中的應用 中國建材網,cnprofit.com

2 結果與討論

從表1 中可見:新一代水性環氧體系與溶劑型環氧體系的性能相近,完全可以取代溶劑型環氧體系應用在鋼鐵防腐中。舊水性環氧體系之所以性能較差,主要是由于成膜不完整造成的,而水性環氧體系的成膜過程主要受以下2 方面因素影響。

2.1 分散相粒徑對水性環氧涂料成膜過程的影響

乳膠粒子的大小對水性環氧涂料固化成膜過程的影響如圖1 所示。

環氧樹脂乳膠粒子的大小對成膜過程的影響

新型水性環氧體系在防腐涂料中的應用前景,指出了舊的水性環氧涂料因成膜不佳和抗水性較差等弊病,影響了它在鋼鐵防腐中的應用 中國建材網,cnprofit.com

由圖1 可見:固化劑與環氧樹脂的固化反應首先從乳膠粒子的界面處開始,完全反應則需要透過界面膜進入到乳膠粒子內部。乳膠粒徑較小時,乳膠粒子具有較大的比表面積,按比例配合的固化劑在乳膠粒子表面的分布濃度較低,固化反應速率相對較慢,固化劑有充分的時間與空間擴散進入乳膠粒子內部與環氧樹脂進行固化反應,能夠形成均一的、固化完全的硬膜。


相反,乳膠粒徑較大時,乳膠粒子的比表面積相對較小,固化劑在乳膠粒子表面的濃度相對較高,乳膠粒子表面快速固化。隨著固化的進行,界面殼層變硬,從而阻止了固化劑進一步向乳膠粒子內部擴散,導致乳膠粒子內部固化不完全,所得涂膜的物理化學性能下降,主要表現在涂膜的光澤度、硬度降低,涂層的滲透性增高,耐水性、耐化學品性下降,干燥時間延長。


因此,乳膠粒徑越小,分布范圍越窄,固化進行得越完全,形成的涂膜越致密均一,涂膜的物理化學性能越好。乳膠粒子的大小及其分布不僅是影響乳液穩定性的重要因素,也是影響涂膜最終性能的最主要因素。


2.2 固化劑對水性環氧涂料固化成膜的影響

水性環氧涂料的固化成膜反應由固化劑的擴散過程控制,分散相的界面黏度和玻璃化溫度會影響固化劑的擴散速率,有可能成為固化劑向乳膠粒子內部擴散的壁壘。黏度越大,玻璃化溫度越高,越不利于固化劑分子的擴散。隨著乳膠粒子表面固化反應進行和殼層的硬化,乳膠粒子內部的固化反應最終可能進行得不完全,導致涂膜性能的下降。另外,固化劑與水性環氧樹脂的相容性也直接影響著固化劑分子的擴散,相容性越好,擴散越好,涂層性能也越好。


2.3 乳化劑結構對成膜性的影響

在舊的水性環氧體系中,由于乳化劑為普通的非離子表面活性劑,它的親油端是8 個碳的壬基酚。該乳化劑與環氧樹脂的相容性不佳,易游離,所以乳化效果不佳,D50 在3 μm 左右,而新的水性環氧體系采用了一種新型非離子表面活性劑,它的結構如圖2所示。

新水性環氧體系用乳化劑分子結構

新型水性環氧體系在防腐涂料中的應用前景,指出了舊的水性環氧涂料因成膜不佳和抗水性較差等弊病,影響了它在鋼鐵防腐中的應用 中國建材網,cnprofit.com

從圖2 可見:新型乳化劑中,親油端是2 個雙酚A 環氧結構,在乳化環氧樹脂的過程中,親油的這部分結構可以深入到環氧樹脂體系中,并牢牢地與其錨定,再通過乳化劑中的親水鏈段將不親水的環氧樹脂部分拉入水相當中,形成穩定的乳液。用這種新的乳化劑乳化的環氧乳液,D50 在0.3 μm 左右,它的粒徑分布相當于舊體系的1/10。因此新的環氧體系具有更佳的成膜性。以新體系為基礎的漆膜呈現出了良好的性能,基本與傳統的溶劑型體系接近。

 

3 結語

本文著重分析了舊的水性環氧體系性能較差的原因,并通過新的乳化劑改善了粒徑分布,使得新一代的水性環氧體系無論在性能,還是在使用性方面,都有很大程度的提高。在早期,水性環氧防腐涂料的應用不是很成功,因為當時產品的性能欠佳,人們也沒有掌握正確使用水性涂料的方法。現在,新一代的水性環氧體系已經在技術方面取得了很大的進步,與溶劑型環氧涂料的性能相差無幾。在環保要求越來越高的今天,相信,水性環氧防腐涂料一定會得到市場的認可。


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