一种水性环氧钢结构防腐涂料的制备及其性能研究

data-full-width-responsive="true"> 一种水性环氧钢结构防腐涂料的制备及其性能研究蒋志恒1 , 任天斌1, 钱志国1 , 陈耀财2(1 同济大学材料科学与工程学院, 上海200092; 2 南宝树脂(中国)有限公司, 江苏昆山215300)0　引　言随着人们环保意识的日益增强, 水性涂料替代溶剂型涂料成为一种趋势。与溶剂型涂料相比, 水性涂料稀释剂的成本和后期投入成本低, 生产环境许可要求相对不高, 其潜在危害低、运费低, 此外, 水性涂料可节省25%喷漆量, 并减少VOC排放, 并且涂膜性能与溶剂型的相近。为此, 防腐涂料的水性化也成为各大企业、科研单位的研究热点之一[ 1 ] 。环氧树脂涂料具有硬度高、耐磨性好、附着力高和耐化学药品性能优异等特点[ 2 ] , 环氧树脂及其固化剂水性化技术的成熟, 使得水性环氧防腐涂料在机械设备、运输工具、汽车以及工业维修等钢结构领域应用日益广泛, 国外甚至已经提出将水性防腐涂料用于环境苛刻的重防腐涂料体系[ 3 ] 。本文制备几种水性环氧固化剂, 分别与水性环氧乳液以不同比例制成涂料, 考察了清漆的综合性能, 选出合适的固化剂和最优配比, 在此基础上, 通过对色漆防锈填料复配的考察、颜基比及水性助剂的选择, 确定了最佳的水性环氧防腐涂料的配方, 制备出一种环保、高效的水性环氧防腐涂料。1　实验部分111　原　料三乙烯四胺( TETA) , 化学纯, 国药集团化学试剂有限公司; 环氧树脂618 ( E - 51) , 上海树脂厂; 乙二醇单乙醚, 化学纯, 国药集团化学试剂有限公司; 丁基缩水甘油醚(BGE) , 化学纯, 上海争锐化工有限公司; 聚乙二醇( PEG - 2000) , 工业级,国药集团化学试剂有限公司; 流平剂, 德国BYK公司; 消泡剂, 德国BYK公司; 分散剂, 德谦上海化学有限公司; 三聚磷酸铝(AP - Ⅱ)、滑石粉(1 250目)、氧化铁红(190)、沉淀硫酸钡(1 250目)、云母, 均为市售工业品。水性环氧乳液(CYD - W50) ,岳阳巴陵石化责任有限公司。112　水性环氧固化剂的制备称取200 g聚乙二醇( PEG - 2000)加入四颈瓶中, 然后在熔融的状态下加入含有392 g E - 51的乙二醇单乙醚溶液, 在催化剂的作用下制备嵌段聚合物以备用。在四颈瓶中加入292 g三乙烯四胺(TETA) , 升温到60 ℃左右加入13 g丁基缩水甘油醚(BGE) , 反应1～2 h, 然后, 加入65 g的嵌段聚合物和E - 51混合物的乙二醇单乙醚溶液,升温至70～80 ℃保温1～115 h, 然后缓慢升温到90 ℃再反应1～2 h, 加入90 g水, 即制得具有自乳化功能的水性环氧固化剂。根据PEG质量分数为0%、14%、25% 分别制备了W220、W250、W150 3种水性环氧固化剂, PEG为0%时, 最后对该固化剂进行20%成盐(特别地处理) 。所得水性环氧固化剂技术指标见表1所示。表1　不同水性环氧固化剂的技术指标113　水性环氧防腐涂料参考配方水性环氧防腐涂料参考配方: 水性环氧乳液42份, 颜填料23份, 分散剂18份, 消泡剂04份, 流平剂015份, 流变助剂015份, 抗闪锈剂1份, 水24份, 水性环氧固化剂75份。114　水性环氧防腐涂料的制备11411　色浆的制备首先, 把分散剂加入水中分散成乳液, 然后逐步加入所有粉料, 高速搅拌15～30 min混合均匀,然后把混合液加入研磨容器中研磨2～8 h, 直到粒径m, 然后在研磨料中加入流平剂、抗闪锈剂、流变助剂, 低速搅拌10～30 min, 即获得所需色浆。11412　色漆的配置把色浆加入水性环氧乳液中, 并加入一半消泡剂, 低速下搅拌均匀后, 加入水性环氧固化剂和另一半消泡剂, 低速下搅拌均匀后, 即获得可喷涂或者刷涂的水性环氧色漆。115　性能测试漆膜制备: 按GB /T 17271992《漆膜一般制备法》制备漆膜; 干燥时间: 按GB /T 17281979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测定; 硬度: 按符合GB /T 67392006《漆膜铅笔硬度测定法》测定; 附着力: 按GB /T 17201979《漆膜附着力测定法》测定; 耐冲击性能: 按GB /T 17321993《漆膜耐冲击性测定法》测定; 柔韧性: 按GB /T17311993《漆膜柔韧性测定法》测定; 耐盐水(3%NaCl) : 按GB /T 17631979《漆膜耐化学试剂性测定法》测定; 耐酸( 3% H2 SO4 ) : 按GB /T17631979《漆膜耐化学试剂性测定法》测定; 耐碱(3%NaOH) : 按GB /T 17631979《漆膜耐化学试剂性测定法》测定; 耐中性盐雾( 5%NaCl) : 按GB /T17631979《漆膜耐化学试剂性测定法》测定。2　结果与讨论211　水性环氧固化剂的选择水性环氧涂料是通过环氧树脂与固化剂反应交联成膜的, 因此固化剂的性质对涂膜的物理和化学性能至关重要。本文合成的水性环氧固化剂为离子型水性环氧固化剂, 而W150, W250 为非离子型分散体。W220与E - 51, W150和W250与水性环氧乳液分别按照胺氢和环氧基团物质的量比为1∶1配成清漆, 这几种清漆漆膜的综合性能见表2。表2　不同水性环氧固化体系的漆膜性能由表2可以看出, 3 种体系的漆膜性能不同,离子型W220体系形成的漆膜的硬度、耐盐雾性能非常优异, 但是耐酸性很差。W250体系的漆膜综合性能相对较好, 特别是耐酸碱性, 相比之下W150体系的漆膜性能一般。因为离子型W220使用醋酸成盐而得, 故耐酸性较差, 与E - 51 树脂直接混合, 使其漆膜硬度很大, W250固化剂是以一种分散体形式存在, 与乳液混合均匀后, 溶度参数相近, 匹配性良好, 形成的涂膜是均匀、完全固化的, 其硬度比较高, 与W150 相比, W250 中PEG的含量使其疏水性、亲水性更加平衡, 固化时形成的膜更加致密, 综合性能要好, 所以, 首选W250作为防腐涂料的固化剂。