低成本水性带锈防腐涂料的研制

刘兢科1 ,刘　孝2 　(1. 哈尔滨建兴旺建设工程质量检测有限公司, 150076;2. 黑龙江省石油化学研究院,哈尔滨150040)

0　引　言
水性涂料无毒、不燃烧、无环境污染,再赋予其带锈转化性能,则可省去除锈工艺,既克服了锈尘危害操作者健康的弊病,又提高了工效,降低了施工成本。水性带锈涂料可以说是理想的环保涂料,近30年国内外的报道较多。本研究的目的是将国内丰富的较价廉的原料资源———亚麻仁油和C5石油树脂用于水性涂料,同时提高涂料性能。乙烯生产的副产物C5石油树脂,价廉、耐老化、耐候、耐酸碱,但性脆、附着力差、亲水性能差。水性亚麻仁油亲水性、韧性好,但耐水性差。核壳苯丙乳液综合性能较好,价格适中,但不适于研磨操作。将三者有机结合作为成膜物,鲜见文献报道。将其作水性涂料成膜物质,既提高了涂料性能,又降低了成本。此外,采用价格较便宜的活性颜料,可转化与稳定铁锈,进一步降低了涂料成本。

1　试验原理
1. 1　树脂改性原理
亚麻仁油具有隔离双键,在较高温度(180～210 ℃)下发生分子内部异构化,形成共轭双键,然后与顺丁烯二酸酐进行狄尔斯- 阿德尔反应。亚麻仁油分子不饱和碳原子上的氢原子和双键链上的α活泼氢原子也与顺丁烯二酸酐反应,上述反应使油分子链上结合上极性的羧酸基团,用胺类物质中和羧酸得到具有亲水性的有机胺盐[ 1 ]。C5石油树脂是戊二烯和环戊二烯聚合物,存在双键,也可与顺丁烯二酸酐发生接枝反应,接枝上极性羧酸基团[ 2 ] ,大大提高了附着力,同时赋予亲水性能。无论接枝或未接枝酸酐基团的亚麻仁油分子链上的双键,与接枝或未接枝酸酐基团的C5石油树脂分子链上的双键,在180 ℃以上发生聚合交联反应,因此实现了亚麻仁油与C5石油树脂相互改性的目的。核壳丙烯酸酯乳胶液与改性的水性C5 - 亚麻仁油树脂,互容性较好,复配在一起可形成综合性能较好的成膜物质。
1. 2　用活性颜料转化与稳定锈层
活性颜料品种较多[ 3 ] ,本研究选择活性颜料遵循3条原则:转化与稳定铁锈效果好;无毒性;价格较便宜。因此选用磷酸锌、氧化锌、氧化铁红、硅溶胶和有机氮碱助剂。磷酸锌、氧化锌和氧化铁红水解形成杂多酸,易与铁锈反应,生成杂多酸铁盐,但耐水性欠佳。通过加入硅溶胶和有机氮碱,引入硅氧链段,进一步生成耐水性好的含硅氧原子的不溶性杂多酸氮碱络盐。
2　实验部分
2. 1　C5石油树脂改性水性亚麻仁油树脂的合成
2. 1. 1　原料及配方
所用涂料及配方列于表1。
表1　水性亚麻仁油树脂合成配方

2. 1. 2　制备工艺
在装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中加入亚麻仁油、C5石油树脂和顺丁烯二酸酐,搅拌逐渐升温,约2.5 h 升温190～200 ℃保温1 h,冷却至80 ℃,加入正丁醇和异丙醇,搅拌均匀。加氨类物质,中和至弱碱性。
2. 2　核/壳苯丙乳液的合成[ 4]
采取核/壳结构乳液聚合方法,半连续法合成硬核P ( St -MMA)和软壳PBA结构的丙烯酸酯乳胶液。与通常共聚苯丙乳液相比,该乳液明显降低了成膜温度,提高了对底材的附着力及涂膜耐水性。
2. 2. 1　原料及配方
核/壳苯丙乳液配方见表2。
表2　核壳苯丙乳液配方

注:自制表面活性剂。
2. 2. 2　核/壳苯丙乳液合成工艺
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器和滴液漏斗的四口烧瓶中加入核(种子)液,搅拌15 min,升温至80 ℃,滴加引发剂液〔3% (NH4 ) 2 S2O8 〕,反应至无明显回流,再滴加预乳化的壳液混合物,同时滴加引发剂溶液,反应至无明显回流,再在78～82 ℃保温约40 min,降温,用氨水调节pH值为8.5。
2. 2. 3　核/壳苯丙乳液技术指标
核壳苯丙乳液性能测试结果见表3。
表3　核壳苯丙乳液性能测试结果