助剂和颜料对水性环氧防腐底漆性能的影响
2021-07-21 10:15 浏览:159
助剂和颜料对水性环氧防腐底漆性能的影响
王明强1，2，王华进1，2，赵 薇1，2，姜清淮1，2，李志士1，2，王 晓1，2
(1.海洋涂料国家重点实验室，山东青岛 266071；2.海洋化工研究院有限公司，山东青岛 266071)
消泡剂从4种与环氧体系配套较好种类中选择一种，见表3。
为确定底材润湿剂和消泡剂的品种，进行筛选设计，见表4。
从8组配方样品图中可明显看出，6#样品的消泡效果好。从而选择底材润湿剂为BYK-349，消泡剂为BYK-015，进行下一步实验，确定这两种助剂的佳配比用量(见表5)。
0 前 言
随着目前全球环境的日益恶化，人们对环保的要求也越来越重视，涂料行业也是如此，水性涂料对合理利用资源，防止环境污染以及保护人体健康等都是有益的。不含或低含VOC的水性涂料已经逐渐成为开发研究的热点，市场应用持续增长。从20世纪60年代开始，水性环氧涂料就在建筑领域开始了广泛应用。由于其具有优良的附着力、抗冲击性和良好的机械性能，逐渐被用于金属防腐蚀领域。本文以一种水性环氧树脂及固化剂体系作为成膜物，以三聚磷酸铝、磷酸锌等作为防锈颜料，以滑石粉、超细硫酸钡等作为填料，制备了一种具有优良耐腐蚀性能的防锈底漆，并着重介绍了此水性涂料中几种助剂的选择。
1 实验部分
1.1 原材料
水性环氧树脂及固化剂、滑石粉、超细硫酸钡、金红石型钛白粉、酞菁绿，国产；三聚磷酸铝、磷酸锌，昆元化工；绢云母粉，滁州格锐；BYK-348、BYK-349、BYK-011、BYK-022、BYK-024、BYK-093、BYK-190，毕克化学。
1.2 实验配方
水性环氧防腐底漆的基础配方见表1。
1.3 制备工艺
将水性环氧树脂加入到物料罐中，加入去离子水，在1 200 r/min转速下搅拌10 min，加入分散剂、三聚磷酸铝、磷酸锌及其他颜填料等，分散30 min至分散均匀，在1 800 r/min下用篮式砂磨机研磨至细度≤40 μm后，过滤、出料。留待助剂筛选备用。
2 助剂及颜填料的选择
2 助剂及颜填料的选择
2.1 底材润湿剂和消泡剂的选择
底材润湿剂从2种与环氧体系配套较好的种类中选择一种，见表2。
消泡剂从4种与环氧体系配套较好种类中选择一种，见表3。
为确定底材润湿剂和消泡剂的品种，进行筛选设计，见表4。
按配方加入不同助剂后在2 000 r/min转速下搅拌10 min，然后按m(A)∶m(B)=4∶1的比例混合后在1 000 r/min转速下搅拌1 min，淋涂查看消泡效果，见图1。
按照配方在加入不同量助剂后，按配比混合，在1 000 r/min转速下搅拌1 min，用50 μm的涂膜涂布器在10 cm×20 cm玻璃板上制备涂膜，评价其缩孔倾向，见图2。
从9组样品图片中可以看出，11#和15#样品效果好，涂膜表面光滑无缩孔等不良缺陷，所以选择用量较低的11#样品配方。
实验结果表明，选用BYK-349为底材润湿剂，用量1%；BYK-015为消泡剂，用量1%时涂膜的表面状态好。
2.2 颜填料的选择
颜填料在水性环氧防腐涂料中对涂料的防腐性能有很大的提升，其贡献仅次于成膜物。由于水性涂料的环保要求，在本文中选用低毒或无毒、遮盖力良好、耐化学品性好、吸油量低的活性环境友好型颜料。填料选择了抗渗透性、耐化学品性良好并能提高涂膜机械性能的惰性填料。
本水性环氧防腐底漆选择磷酸锌、三聚磷酸铝作为防锈颜料。三聚磷酸铝在水性涂料中可离解出三聚磷酸根离子P3O105-，其具有很强的螯合能力，可与底材中的金属离子反应形成一层磷酸盐保护膜。这层保护膜极难溶于水，硬度很高，与底材金属之间附着力很强，可以有效地阻止腐蚀的发生，以达到防锈效果。另一方面，涂膜中三聚磷酸铝可以与水发生反应进行缓慢解聚，转变为低分子化合物和正磷酸盐，过程中产生的磷酸根离子可以再次与底材中的金属离子发生反应，生成同样性能优秀的保护膜。所以，三聚磷酸铝防锈颜料具有强效和长效防锈的效果，是一种良好的防锈颜料[1]。磷酸锌的防锈机理和三聚磷酸铝类似，产生的磷酸锌离子可以与底材的金属离子发生反应形成不溶的三代磷酸盐，封住腐蚀区域形成一个隔离层，并可以与环氧树脂及固化剂中的羧基和羟基发生交联反应，生成一种络合物，可以很好地增强涂层的耐水性及附着力。经实验测定，本文中使用的防锈颜料添加量为5%比较合适。颜料临界体积浓度(CPVC)对本实验制备的水性环氧防腐底漆的理化及防腐性能影响很大，当颜料体积浓度PVC＜CPVC时，涂膜内的颜料粒子太少，分布稀疏，会严重影响涂料的遮盖力、抗冲击性等理化性能；当PVC＞CPVC时，涂膜中颜料太多，树脂量相对太少，无法完全包覆所有的颜料粒子，形成的涂膜附着力会下降，并且表面粗糙，造成涂膜理化性能下降。表6为本文所述水性环氧防腐底漆PVC对其部分性能的影响。
由表6中可以看出，当PVC低于30%时，涂料的抗冲击性和遮盖力、耐水性明显下降；当PVC高于30%时，涂料的附着力、抗冲击性和耐水性明显下降；当PVC在30%时，涂膜的物化性能优。
3 性能测试
将本文中制备的水性环氧防腐底漆进行性能测试，结果如表7所示。
4 结 语
(1)通过淋涂查看消泡效果，对水性环氧防腐底漆中底材润湿剂和消泡剂进行了筛选，确定了底材润湿剂为BYK349，消泡剂为BYK015，佳用量均为1%；
(2)对于水性环氧底漆而言，磷酸锌和三聚磷酸铝是优秀的防锈颜料，其配合使用可以提高水性环氧底漆的防腐性、耐水性及附着力；
(3)防锈颜料的体积浓度在30%时，制成的涂膜综合性能好；
(4)制成的水性环氧防腐底漆综合性能优异，可以很好地应用在金属防腐领域。