高性能无溶剂低表面处理涂料

韩世忠, 邱大健, 李斌, 肖祥定
(武汉材料保护研究所, 湖北武汉 430030)

0 前 言
低表面处理涂料也称表面容忍性涂料[ 1] , 在实际工作中能带油、带锈、带湿涂装。目前日本和美国基本上实现了真正意义上的低表面处理, 而我国在带锈涂装涂料方面存在着许多不足: H 2000带湿带锈涂装底漆[ 2] 可以解决高压水除锈后返锈和潮湿钢板表面处理难的问题, 但E601为树脂, 体系黏度大, 需用二甲苯等有机溶剂调节才适合涂刷, 以铬系颜料为锈转化剂, 解决不了毒性大的问题; 以环氧树脂E44 和沥青漆为主要成分的带水带锈涂料, 以大量的磷酸为锈转化剂, 很大程度上降低了环氧树脂的性能; 以单宁酸和磷酸配合的体系解决了这个问题, 但使用增塑剂邻苯二甲酸二丁酯, 降低了固化剂的效率。而且这2种涂料都使用含苯类溶剂, 在湿度较大或有水膜时涂层的附着力明显下降; 以环氧树脂和聚乙烯醇缩丁醛为成膜物, 磷酸-单宁酸为转化液, 多品种搭配使用颜料的钢铁带油
带锈涂料也含有二甲苯溶剂, 不符合环保要求[ 3 ] 。为此, 本工作研究了一种无溶剂低表面处理涂料, 不仅可以进行带油带锈表面涂装, 且在潮湿条件下也具有良好的固化性能, 更重要的是不含挥发性有机溶剂, 符合环保要求, 还实现了功能的多样化。

1 试 验
1. 1 基材前处理
以符合GB 912的普通低碳钢为基材, 尺寸为75. 0mm x 50. 0 mm x 2. 5 mm; 以符合GB 2520的马口铁为基材(测柔韧性) , 尺寸为100. 0 mm x 50. 0 mm x 0. 2mm。选用低碳钢基材按GB 9271- 88进行前处理, 置于柴油中浸泡5 d后取出, 用脱脂棉擦拭除去过多的油脂, 使其表面留有一层薄薄油膜, 作为带油涂装的试片, 再选用表面有一层氧化膜的低碳钢, 用砂纸打磨平整, 使表面明显保留锈层, 以作为带锈涂装试片。
1. 2 涂层制备
涂料: 80 g CYD -127环氧树脂, 50 g双酚F环氧树脂, 20 g SiO2改性环氧树脂, 15~ 20 g单官能团环氧活性稀释剂EP -10, 20~ 30 g钛白粉, 5~ 10 g云铁灰, 10~ 15g硫酸钡, 10~ 15 g磷酸锌, 2 ~ 5 g气相S iO2, 10~ 15 g滑石粉, 2~ 3 g BYK -160分散剂, 1~ 2 g BYK -354流平剂, 40 ~ 50 g固化剂, 0. 6%(占涂料总质量)偶联剂。根据GB 1727- 92, 在25 - , 湿度约60%下进行涂装。
1. 3- 性能分析
参照GB /T 1731 - 93 测定柔韧性。参照GB /T1732- 93测定耐冲击性能。参照GB /T 6739- 2006测定硬度。参照GB /T 1723- 93测定黏度。参照GB 1764- 79( 89)测定厚度。参照GB /T 1771 - 91测定耐盐雾性能。参照GB 1728- 79( 89)测干燥时间, 表干: 指触法, 实干: 刀片法。参照GB 5210- 2006测定附着力。湿附着力: 干附着力在高湿或水环境中持久性的反映, 目前尚没有完善的理论进行解释。为此, 在涂装试样实干后封边, 放到水中浸泡20 d后取出, 待表面完全干燥后用拉拔仪测试(参照附着力的测定方法进行)。

2- 结果与讨论
2. 1- 基体树脂的选择
目前, 低相对分子质量的液体环氧树脂是高固体及无溶剂重防腐蚀涂料的常用树脂。双酚A 型环氧树脂粘接强度高, 固化收缩率低, 耐蚀性好, 主要缺点是韧性及冲击强度不高, 耐热性和耐候性差。双酚F型环氧树脂的性能与双酚A 型环氧树脂几乎相同, 但其耐热性稍低, 耐蚀性稍优; 另外, 其最大的优点是黏度低流动性好, 相对分子质量相同时它的黏度约是双酚A 型环氧树脂的1/2[ 4] 。纳米S iO2改性环氧树脂是通过纳米S iO2硅羟基和双酚A型环氧树脂在加入碱性亲核型促进剂的情况下140ºc 左右发生接枝反应引入- S- O- C- 链段, 其韧性和冲击强度较好, 耐热性也有提高, 缺点是黏度较大, 具体制备方法及性能见文献[ 5]。对于无溶剂的低表面处理涂料选用低相对分子质量的双酚A 型环氧树脂、双酚F型环氧树脂与S iO2改性树脂按质量比8 -5 -2共混作为基体树脂。
2. 2- 固化剂的选择
按照基础配方, 分别选用曼尼期类固化剂TZ-600,改性脂肪胺6821, 腰果壳油改性芳脂胺固化剂NX -2007和改性脂肪胺固化剂A -1。4种固化剂对涂膜性能的影响见表1。

由表1可知: A-1和TZ-600固化速度较快, 耐冲击和柔韧性能也较好; 在带油和带锈表面上几种固化剂都具有较好的附着力; 添加6821和NX -2007的漆膜表面出现较严重的缩孔和缩边, 润湿铺展性能较差,TZ-600较好, 最好的是A -1, 没有明显的缩孔缩边。这是由于A -1分子中带有亲油基团, 和油污具有良好的相容性, 在带油表面有好的铺展性能, 但其附着力较其他3种略有不足, 故选A -1作为固化剂, 再选择合适的附着力促进剂来提高其附着力。
2. 3- A-1加入量对涂膜性能的影响
A -1加入量(与基体树脂的比)对涂膜性能的影响见表2。由表2可知, 随A -1加入量增加, 干燥时间减少, 硬度增加, 附着力也增加, 但固化剂大于30%后柔韧性和耐冲击性有所降低, 固化剂的用量约30%为最佳。