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水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能研究,介紹了鹽霧腐蝕機理及影響水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能的各種因素, 解決了一般水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能差的問題, 其涂料性能與溶劑型防腐涂料基本接近
2019年11月04日    閱讀量:469    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1 前 言

以水為主要稀釋劑和溶劑的水性環氧防腐涂料在國內經過近20 年的研究開發, 工藝技術已經日益成熟, 由于它符合環保和節能要求, 已成為現代防腐涂料的一個重要發展方向, 目前在一些工業領域如化工防腐、汽車零部件、大型工業設備配件、集裝箱及海洋防腐等方面已采用水性環氧防腐涂料。


水性環氧防腐涂料的耐鹽霧試驗是模仿含有大量鹽分的海洋大氣, 對金屬材料及其保護層具有強烈的腐蝕性特點,考驗涂膜在惡劣環境下的抗腐蝕能力。該方法是在1939 年開始使用的, 此后經過改進, 使其不斷完善, 到目前已被普遍用來作為檢驗涂膜耐腐蝕性的方法中國建材網cnprofit.com


鹽霧腐蝕的三要素是水、氧和離子。涂層是一種高聚物薄膜, 能不同程度地阻緩上述三要素的通過而發揮防腐作用。


在一般情況下, 只要水中有014mol/ L 以上鹽的濃度, 鈉與氯離子就可以穿過涂膜擴散, 因此在噴鹽霧的情況下, 下述陰極反應是不能抑止的:

水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能研究,介紹了鹽霧腐蝕機理及影響水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能的各種因素, 解決了一般水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能差的問題, 其涂料性能與溶劑型防腐涂料基本接近 中國建材網,cnprofit.com

在無防腐蝕劑的情況下, 對應的陽極也發生如下反應:

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陽極和陰極反應的結果, 導致下列反應產生:


隨后氧化為氧化鐵造成了鐵銹。總反應式如下:


 

離子透過涂膜比水和氧要慢得多, 涂膜所含羥基離解后使其帶負電, 因而會選擇性地吸收陽離子透入涂膜, 經研究證實, 一般涂膜會大量吸收陽離子( 如Na+ ) 透入涂膜, 而陰離子( 如Cl- ) 則不易透入。離子透入涂膜的結果便使涂膜起泡、脫落[ 1] 。

 

2 實驗部分

2.1 水性環氧防腐涂料的配制

該涂料體系是由低分子量的環氧樹脂和水性環氧固化劑組成。屬?型環氧樹脂體系, 一般由水性環氧固化劑、顏填料、助劑和水組成漆料組分( 甲組分) ; 由環氧樹脂和少量助溶劑組成另一組分( 乙組分) 。這類體系中環氧樹脂一般預先不乳化,而是在施工前將兩組分混合攪拌, 通過水性環氧固化劑來乳化油性環氧樹脂, 因此在此體系中, 水性環氧固化劑既是交聯劑又是乳化劑[ 2] 。其基本配方見表1。

水性環氧防腐涂料基本配方

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2.2 主要性能指標

水性環氧防腐涂料與溶劑型環氧涂料技術指標見表2。

表2 水性和溶劑型環氧涂料主要技術指標檢測結果

表2 水性和溶劑型環氧涂料主要技術指標檢測結果

水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能研究,介紹了鹽霧腐蝕機理及影響水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能的各種因素, 解決了一般水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能差的問題, 其涂料性能與溶劑型防腐涂料基本接近 中國建材網,cnprofit.com

2.3 鹽霧試驗

按國標GB/ T1771 進行試驗。將試板以15b~25b角放置在鹽霧箱內, 每48h 觀察一次試驗結果,每96h 測定一次噴霧量。水性環氧防腐涂料的耐鹽霧化性能與溶劑型環氧涂料對比, 試驗現象及結果如表3 所示。

水性環氧防腐涂料的耐鹽霧性能與溶劑型環氧涂料對比

水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能研究,介紹了鹽霧腐蝕機理及影響水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能的各種因素, 解決了一般水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能差的問題, 其涂料性能與溶劑型防腐涂料基本接近 中國建材網,cnprofit.com


3 結果與討論

3.1 樹脂體系的確定

研究中選用的水性環氧固化劑是一種改性多元胺, 其中含有親環氧樹脂的結構, 同時又可作為陽離子乳化劑完成對環氧樹脂的乳化, 由于環氧樹脂組分不需要進行親水改性, 所以涂膜的耐腐蝕性能良好。


環氧樹脂宜選用低分子量的液體環氧, 這樣不僅有利于環氧固化劑對它的乳化, 還能提高涂料體系的交聯密度, 涂料體系交聯密度提高后, 大大降低了水和氧的透過速率, 能有效減緩底材的腐蝕。


同時交聯密度提高后, 涂膜的玻璃態轉化溫度得到了提高, 涂膜浸水后由于吸水起增塑作用, 其T g 約會下降30oc , 若涂層浸水后其Tg 仍超過試驗環境溫度, 則附著點并不因涂層松弛而移動, 仍固定于原附著點, 即濕附著力良好[ 3] 。


同時研究發現, 環氧樹脂和固化劑的不同比例對涂膜性能也有很大影響, 其性能可通過調節環氧當量和活潑氫當量的比例來改變, 其當量比上下變動可高達20%[ 4] 。其環氧和活潑氫當量比對水性環氧防腐涂料性能的影響見表4。

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環氧和活潑氫當量比對水性環氧防腐涂料性能的影響

通過綜合考慮, 研究中使環氧基過量10%,從而提高了涂膜的耐鹽霧性能。


3.2 顏填料的選擇及體積濃度( PVC) 的確定

防銹顏填料分為物理防銹和化學防銹兩類。考慮到水性改性胺呈弱堿性, 應當避免使用酸性和吸水性高的顏填料。物理防銹顏填料可選擇云母氧化鐵和超細云母粉, 這些片狀結構物料的加入, 能增加涂膜的致密性, 降低腐蝕性介質的滲透率, 對腐蝕性介質起著屏蔽作用。


化學防銹顏料主要有鉛系顏料及鉻酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽等顏料, 由于環保要求, 現在一般不選用前兩種。水性環氧涂料中主要選用磷酸鋅和堿式磷酸鋁鋅水合物作為防銹顏料,量占整個顏填料的20% 左右, 磷酸鹽離解產生的磷酸根可使金屬表面鈍化, 引起陽極極化; 


而鋅離子和鋁離子則在陰極反應生成難溶物引起陰極極化, 結果大大提高了涂膜的耐鹽霧腐蝕性能[ 5]。顏填料體積濃度( PVC) 值對涂膜性能的影響如表5 所示。

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PVC 值對涂膜性能的影響

從表5 可知, 隨著PVC 值的增大, 涂膜的起泡性逐漸降低, 而銹蝕性卻逐漸增大, 且柔韌性、耐沖擊性均逐漸降低。這是因為在正常情況下, 涂層中聚合物樹脂基料的數量可足以包覆涂層中的顏填料顆粒, 此時涂層為一連續致密的膜, 而當涂膜中的顏填料體積增大到某一定值而使樹脂基料不足以包覆這些顏填料顆粒時, 涂膜的各項性質均會發生突變[ 3] 。水性涂料的PVC 值與溶劑型涂料的PVC 值的確定略有差別。


因為乳液分散體中包裹顏料粒子的吸附層及填充粒子間隙是乳化分散的聚合物粒子, 其粒徑和體積比溶劑化的聚合物粒子要大得多, 在聚結成膜過程中擴散有較大的阻力, 難以達到乳液粒子和顏料粒子交互間隔排列的均勻三維網絡, 所以在和溶劑型涂料相同顏料組成和固體體積下, 要求乳液分散體的體積比溶劑型聚合物的體積大。


其最佳PVC 值一般比溶劑型防腐涂料要小[ 6] 。研究中首先根據顏填料的吸油量確定臨界體積顏料濃度( 即CPVC 值) , 再按CPVC 的70%~ 80%來設計配方。由表5 可知, 該涂料體系的最佳PVC 值為32%。


3.3 主要助劑對耐鹽霧性能的影響

3.3.1 偶聯劑的選擇

水性偶聯劑能增加有機材料對無機底材的粘接能力, 涂膜與底材的附著力增大后, 能大大提高涂膜的抗起泡能力, 因為起泡是涂膜局部喪失附著力而從底材表面脫落而形成的。試驗中通過對一系列偶聯劑的選擇對比, 最終確定選用某一類特殊硅烷偶聯劑, 添加該硅烷偶聯劑后, 劃格附著力提高了一個等級, 從而提高了涂膜的耐腐蝕性能, 如表6所示。

水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能研究,介紹了鹽霧腐蝕機理及影響水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能的各種因素, 解決了一般水性環氧防腐涂料耐鹽霧性能差的問題, 其涂料性能與溶劑型防腐涂料基本接近 中國建材網,cnprofit.com

不同偶聯劑對水性環氧防腐涂料性能的影響

有機硅偶聯劑的通式為X3Si ( CH2 ) nY, X 基團是易水解的基團, Y 基團是選擇來與給定樹脂發生反應的有機官能團[ 5] 。反應性硅烷偶聯劑的X基團和無機底材的羥基( 或底材表面的水層) 形成氫鍵, 然后縮聚而成氧丙環鍵。這樣在濕態條件下, 有機材料對無機底材仍有很高的粘接強度。對于環氧樹脂體系而言, Y 基團一般為氨基或環氧基官能團。


3.3.2 濕潤助劑的選擇

因為水的表面張力較高, 高達72.5mN/ m, 是一般有機溶劑的兩倍多。高的表面張力不利于水性涂料的消泡, 也減小了水性涂料對底材的濕潤能力、滲透能力和鋪展能力。對底材的濕潤不良將會導致嚴重的縮孔等表面缺陷的發生, 影響涂料對底材的附著力, 從而導致防腐涂料的耐防腐性能差[ 7] 。


這時應加入流變助劑, 通過降低涂料體系的表面張力來提高防腐涂料的濕潤性能和流平性能。研究中通過選用一系列的水性流變助劑, 最終確定選用BYK - 346 助劑, 該助劑能大大降低水性涂料的表面張力, 提高涂料體系對底材的濕潤性能, 不僅防止了縮孔現象的發生, 還大大提高了水性防腐涂料對底材的滲透性能, 通過提高涂料體系對底材的附著力來改善了涂料的耐鹽霧性能。

 

4 結 語

通過對工業防腐用水性環氧涂料耐鹽霧性能的研究, 使其耐鹽霧性能達到600h 左右, 基本接近溶劑型環氧防腐涂料的水平, 涂料其它性能指標也與溶劑型環氧防腐涂料相差無幾( 見表2) , 且該涂料與水性或溶劑型聚氨酯面漆配套性良好。水性環氧防腐涂料耐腐蝕性能的提高, 滿足了工業防腐領域用漆的需要。作為環保涂料, 水性環氧防腐涂料必將得到人們的認可和廣泛使用。


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