環境友好型無溶劑環氧重防腐塗料的研製

環境友好型無溶劑環氧重防腐塗料的研製時間:2018-03-16 09:37來源:海洋化工研究院生產基地作者:高磊，王靖0 前　言 隨著國家對環境保護要求的不斷提高，現代塗料工業目標也由傳統的溶劑型品種向高性能、低污染的塗料品種發展。傳統的溶劑型塗料中溶劑所佔比重多達30%以上。溶劑的主要作用是溶解成膜物、降低塗料黏度，使塗料在施工時易於形成比較完美的塗膜。溶劑在塗料施工結束後，會揮發至大氣中，還有很少殘留在塗膜里。從這個意義上來說，塗料中的溶劑既是對環境的極大污染，也是對資源的很大浪費，且隨著環保法規的日益嚴格，溶劑型塗料的應用逐步受到限制，因此開發無溶劑型塗料是塗料工業的發展方向。 環氧樹脂塗料附著力好、硬度高、耐磨、耐化學藥品且溶劑性能優異，目前是世界上最重要、應用最廣泛的防腐塗料之一。但由於無溶劑環氧通常黏度較大，低溫下難以正常噴塗，雖然可通過對塗料和管線加溫保溫或採用專用的雙組分噴塗設備來解決這一問題，但也帶來了施工難度大和設備投資大等困擾，使無溶劑環氧塗料的應用受到限制。本文選擇了低黏度的環氧樹脂和固化劑，並選用了無毒性的顏填料，研製了一種黏度低、施工性能好的環境友好型無溶劑環氧重防腐塗料。 1　實驗部分 1.1　主要原材料及設備 環氧樹脂(618、6101、雙酚F)，工業品；固化劑(腰果殼油改性酚醛胺固化劑、改性脂環胺固化劑、脂肪胺改性固化劑)，工業品；環氧稀釋劑、磷酸鋅、雲母氧化鐵灰、各類助劑，均為工業品。 多功能分散儀、電子天平、液壓式拉拔試驗儀、鹽霧箱。 1.2　塗料的製備 A組分製備：先將環氧樹脂和環氧稀釋劑混合高速分散5 min，然後加入其他顏填料和助劑，加砂共同研磨至需要細度，過濾備用，即得A組分，基本配方見表1。

1.3　塗層的製備 底材採用低碳鋼板、馬口鐵板，噴砂除銹至Sa2.5級或手工除銹至St3級。A、B兩組分按照配比混合，充分攪拌均勻，採用刷塗或高壓無氣噴塗。 1.4　塗料性能測試 按照相應的國家標準對性能進行測試，測試結果見表2。

2　結果與討論 2.1　樹脂的選擇 製備無溶劑環氧塗料時，必須選擇分子量低、黏度小的環氧樹脂。實驗比較了國產環氧618樹脂、6101樹脂以及進口雙酚F型樹脂和國產雙酚F樹脂。其中6101樹脂分子量較大，黏度大，製備無溶劑塗料難度大。環氧618樹脂黏度小，黏結強度高，固化收縮率低，耐蝕性好，適合作無溶劑環氧塗料。雙酚F樹脂黏度較環氧618更小，從降低黏度方面考慮，更適合作無溶劑環氧塗料，但其價格昂貴，即使國產的雙酚F價格也近乎是環氧618的兩倍，且從實驗中可以看出雖然其黏度較環氧618低，但其耐腐蝕性能不如國產環氧618(圖1～圖3)，且耐酸性、耐鹽霧性均不如環氧618。進口的雙酚F雖然性能較國產優異，但其價格過於昂貴。綜合考慮，選擇國產環氧618樹脂為主要成膜物。

2.2　活性稀釋劑的選擇 無溶劑環氧塗料雖然使用了黏度較小的液態環氧樹脂，但因其不含溶劑，製成塗料黏度仍較大，不利於施工。因此應選用合適的活性稀釋劑，既能溶解成膜樹脂，降低黏度，提高施工的便利性，又能在塗料成膜過程中和成膜物質發生化學反應，形成不揮發分留在塗膜中，減少對大氣污染。本文將活性稀釋劑與環氧樹脂按一定的比例混合均勻，比較其對同一環氧樹脂的稀釋效果，見表3。

從表3中可以看出，660A對環氧樹脂的稀釋效果最好，黏度明顯低於其他。雖然對其機械性能測試發現採用NX-2013塗膜的柔韌性有所增強，考慮到本課題的一個難點就是降低黏度，因此採用660A活性稀釋劑。活性稀釋劑雖然能有效地降低黏度，但過多的填加會影響塗膜的乾燥和機械性能。經過多次實驗，最終確定其用量為5%～10%適宜。 2.3　顏填料的選擇 顏料的選擇對塗膜的防腐性能有很大影響。片狀顏料能增強塗膜的緻密性，通過薄片粒子的相互重疊起到屏蔽作用，使水分和腐蝕性介質擴散通道延伸而受阻，能提供長期防腐功效，屬於物理性防腐。常用的片狀顏料有鋁粉、雲母粉、玻璃鱗片、雲母氧化鐵等。為了有效降低塗料的黏度，本實驗選擇了吸油量低的雲母氧化鐵作為防鏽顏料之一。此外選擇了磷酸鋅等化學性防腐顏料。物理防腐和化學防腐相結合，有效地增強塗料的防腐功能。填料的選擇主要考慮耐介質性、吸油量以及有效降低成本。沉澱硫酸鋇吸油量低，耐介質性好，並且能提高塗料的耐磨性；硅微粉成本低，吸油量低，有良好的耐熱性、耐化學品性。 2.4　觸變助劑的選擇 觸變劑主要影響塗料貯存的抗沉降性和施工過程的抗流掛性。由於防腐工程施工作業面多為立面，而所研製的無溶劑防腐塗料想滿足一次成膜最厚能達到600 μm以上，因此對觸變助劑進行了篩選。本實驗比較了多種觸變劑，其中聚乙烯蠟漿防沉劑加入總配方的6%時，雙組分混合後熟化15 min，最大不流掛僅為225 μm，繼續加大其用量，會引入更多的溶劑，並且增加成本，因此不可取。氣相二氧化硅和膨潤土的應用使A組分黏度增大顯著，但雙組分混合熟化後，抗流掛效果不理想。BYK410在本體系中塗層較厚的情況下，會出現塗膜斷層的現象，可能是因為在立面施工，膜厚較厚的情況下，塗層在自身重力作用下，部分擺脫BYK410形成的三維結構，造成斷層。上述幾種觸變劑在本實驗體系中都有隨著貯存時間的增長抗流掛性能下降的特性，此外加入固化劑熟化後抗流掛性也下降，抗流掛效果不穩定。分析可能是無溶劑環氧塗料中不含溶劑，不能對觸變劑有很好的溶脹作用，不能形成穩定的立體網狀結構，因而不能起到很好的防流掛效果。另外與固化劑混合後，反應放熱，使得塗料黏度下降，抗流掛性下降。通過多次實驗篩選，最終選擇了進口的微粉蠟作為觸變劑，塗膜能達到一道600 μm不流掛，貯存穩定性好。 2.5　固化劑的選擇 環氧塗料的防腐性能很大程度上取決於固化劑的選擇。環氧固化劑的種類較多，而作為無溶劑環氧的固化劑必須黏度低，有較長的使用期，固化產物交聯密度高、柔韌性好。本實驗對不同廠家的腰果殼油改性酚醛胺、改性脂肪胺、聚醯胺、改性脂環胺等多種固化劑與環氧樹脂進行混容性比較試驗(見圖4)。

從圖4可以看出1#、3#和8#固化劑與環氧618混溶性好，顏色淺，且黏度低，對這3種固化劑進行耐鹽霧試驗，結果見圖5。

從試驗結果中可以看出，8#固化劑較其他兩種固化劑耐鹽霧性好，耐鹽霧3 000 h無起泡脫落現象，劃痕處鏽蝕也較其他固化劑輕。該固化劑為改性脂環胺類固化劑，適合做無溶劑環氧重防腐塗料的固化劑。 3　結　語 通過對環氧樹脂、顏填料、固化劑以及助劑的篩選，選擇以低黏度環氧618為主要基體樹脂，改性脂環胺為固化劑，雲母氧化鐵灰和磷酸鋅等為主要防鏽顏料，研製的低黏度的環境友好型無溶劑環氧重防腐塗料具有優異的防腐性能，黏度低，單道塗裝干膜厚度可達600 μm以上不流掛，採用刷塗、輥塗或高壓無氣噴塗施工，無需採用雙組分噴塗裝置，目前已成功用于海洋環境鋼結構設施的重防腐，具有廣闊的市場應用前景。
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