氯醚重防腐塗料的製備和性能研究

氯醚重防腐塗料的製備和性能研究時間:2017-04-19 09:44來源:陝西寶塔山油漆股份有限公司作者:邵海龍,張宏洲,張新平0　前　言氯醚樹脂是由75%氯乙烯和25%乙烯基異丁基醚共聚而成的聚合物。共聚物中不含可皂化的酯鍵和反應性的雙鍵，且結合的氯原子十分穩定，故由氯醚樹脂製成的塗層具有優良的耐水性、耐化學品腐蝕性，具有優良的物理性能，無毒、耐酸鹼鹽化工介質腐蝕、浸泡性好、耐老化性優良，其塗層在柔韌性、耐熱性、紫外光穩定性、耐酸性及抗粉化性方面均顯示了它的優越性。隨著我國經濟的發展和科學技術水平的提高，氯醚樹脂重防腐塗料因其優良的防腐性而被廣泛應用。本工作研究了氯醚樹脂、改性樹脂、溶劑、顏料、助劑對塗膜性能的影響，製備了一種具有優異的機械性能和貯存性，並且耐介質性、耐鹽霧性和耐人工老化性優異的氯醚重防腐塗料。製備的重防腐塗料對金屬基體和混凝土基體有較強的附著力，可廣泛應用在船舶、集裝箱、化工廠、發電廠、煉油廠、鋼鐵廠、水利工程等戶外鋼結構防腐蝕保護塗裝中。1　實驗部分1.1　主要原材料氯醚樹脂MP-25、MP-35、MP-45，江蘇利思德；75%601環氧樹脂二甲苯液、6101環氧樹脂、828環氧樹脂、丙烯酸樹脂101，江蘇三木；氧化鐵紅，陝西；金紅石鈦白粉，無錫豪普；滑石粉，800目，遼寧大石橋；沉澱硫酸鋇，陝西富化；三聚磷酸鋁，廣西；防沉劑MP-100，洛克伍德；氯化石蠟，西安；分散劑，BYK；二甲苯、丁醇、S-150，工業品。1.2　實驗參考配方以氯醚樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂為主成膜物，加入溶劑、顏料、防鏽填料、助劑按一定配比製成底漆和面漆。參考配方如表1所示。

1.3　塗料的製備用高速分散機將氯醚樹脂完全溶解於混合溶劑中，配製氯醚樹脂液，按表1配方分別將分散劑、膨潤土、環氧樹脂和顏填料加入氯醚樹脂液中，混合攪拌後，用砂磨機研磨至底漆細度控制到50 μm以下，面漆細度控制到30 μm以下。加入丙烯酸樹脂、52#氯化石蠟調漆，用二甲苯溶劑調節塗料黏度為100 s(塗-4杯，25 ℃)，高速分散20 min，使用80目篩網過濾後包裝。1.4　性能測試結果1.4.1　測試樣板的製備按照GB/T 1727—1992塗膜一般製備法的要求，製備測試板。乾燥時間、光澤、附著力、衝擊強度、柔韌性採用在馬口鐵板塗刷30～35 μm，養護48 h後測試；耐酸鹼性、耐鹽水性、耐鹽霧性、耐人工老化性採用在鋼板上按底漆2道，面漆2道均勻塗刷，塗膜厚度約150 μm，養護7 d後測試。1.4.2　塗層性能測試結果塗層性能測試方法及測試結果如表2所示。

2　結果與討論2.1　成膜樹脂對氯醚重防腐塗料性能的影響在化工大氣環境下應用的防腐塗料應化學穩定好、耐酸鹼性能優、耐候性好，優異的抗腐蝕介質及氯離子的滲透和較好的施工性能，通用性強，在金屬基材和混凝土建築構件上具有優異的附著力和防腐性能，所以成膜物質的選用對塗料性能起著至關重要的作用。2.1.1　氯醚樹脂和型號的選用對塗料性能的影響氯醚樹脂是一種熱塑性樹脂，氯醚樹脂的高分子結構中有較長的脂肪主鏈和異丁基醚支鏈存在，使氯醚樹脂具有良好的內增塑性、柔韌性、潤濕性和優良的溶劑溶解性。可溶於芳烴、酯類和酮類溶劑中，對各種底材有良好的附著力。氯醚樹脂中不含反應性雙鍵，因此不易為大氣氧化而降解，製成的塗層，耐大氣老化性和耐光穩定性優良、不易泛黃及粉化。且樹脂結構中不含可皂化酯鍵，並因結合的氯原子十分穩定，使塗料具有良好的耐水性、耐化學品腐蝕性。氯醚樹脂用於塗料生產的有MP-25、MP-35、MP-45等多個型號，氯醚樹脂的選用對塗料性能的影響見表3。

從表3可以明顯看出，MP25氯醚樹脂在相同固含量下溶解黏度較小，易做成高固體分塗料，有利於防腐施工一次成膜厚度需要。本實驗決定選用MP-25型樹脂作為基礎樹脂。2.1.2　環氧樹脂對氯醚樹脂改性對塗料性能的影響氯醚重防腐塗料中採用環氧樹脂改性，除了可提高對塗料的附著力外，還可以利用環氧樹脂可與遊離的酸發生反應提高塗料的貯存穩定性作用，以及環氧樹脂的不幹性，增加氯醚重防腐塗料的增塑性。可減少增塑劑在塗層中的遷移性易造成塗層失效，影響設備的使用壽命，工程返工，造成巨大的經濟損失。選擇常見的3種環氧樹脂601、6101、828對氯醚樹脂進行改性實驗，按照氯醚樹脂m(MP25)∶m(二甲苯)∶m(環己酮)∶m(丁醇)＝3∶4∶1∶2製成35%氯醚樹脂液，與828環氧樹脂、6101環氧樹脂、75%601環氧樹脂液的相容性見表4。

從表4可以明顯看出，828環氧樹脂、6101環氧樹脂與氯醚樹脂相容性較好，可以任意比例混溶，75%601環氧樹脂液在35%氯醚樹脂液中加入量很大時，出現不相容現象，但當75%601環氧樹脂液在35%氯醚樹脂液中加入量很少時，有良好的相容性，並且塗膜透明，環氧樹脂分子量越小，相容性越好，所以選擇氯醚重防腐塗料中採用828環氧樹脂進行改性，在添加氯醚樹脂10%～30%的828環氧樹脂後，氯醚重防腐塗料在熱貯存穩定性上有明顯的提高，塗膜的耐衝擊性在人工加速老化500 h前後基本沒有變化。2.1.3　丙烯酸樹脂對氯醚樹脂改性對塗料性能的影響氯醚樹脂具有優良的耐大氣老化性和耐光穩定性，不易泛黃及粉化，所以一般在面漆中很少採用丙烯酸樹脂改性。丙烯酸樹脂對氯醚樹脂的改性，主要應用丙烯酸樹脂提供良好硬度和耐溶劑性。在氯醚防腐蝕底漆中，因氯醚塗料耐二甲苯溶劑十分差，完全乾燥的氯醚塗料塗膜在接觸到二甲苯後，會很快溶解，製備的氯醚防腐底漆通常與面漆配套時會產生嚴重的「滲紅」現象。從表5可以明顯看出，採用丙烯酸樹脂對氯醚防腐底漆改性，能有效提高氯醚防腐底漆塗膜的硬度和抗溶劑性，丙烯酸樹脂添加量大於10%時，鐵紅氯醚底漆配套面漆，輥塗施工後不會出現「滲紅」現象。

2.2　溶劑對塗料性能的影響氯醚樹脂易溶於芳香烴、氯化烴、酯類及酮類溶劑等，常用溶劑有二甲苯、高沸點芳烴溶劑等。氯醚樹脂塗料是揮發性乾燥塗料，溶劑如選擇不當，會影響塗料的施工性成膜性。通過實驗，氯醚重防腐塗料選擇二甲苯作為溶劑，丁醇、高沸點芳烴和環己酮為輔的混合溶劑，加入少量的丁醇和環己酮可提高樹脂的溶解力，丁醇能提高氯醚防腐塗料在成膜過程中的乾燥速度[7]，加入高沸點芳烴或環己酮溶劑有助於防止干噴現象，同時提高塗膜的流平性和防止起泡的風險。所以選擇氯醚重防腐塗料中溶劑的配比為m(二甲苯)∶m(環己酮)∶m(丁醇)＝60∶30∶10。2.3　助劑對塗料性能的影響2.3.1　分散劑對塗料性能的影響由於氯醚樹脂分子結構中含有較長的脂肪鏈和異丁基醚鍵，對顏填料也有良好的潤濕性，通過研究分散劑對灰色氯醚面漆制漆分散效率、貯存穩定性和塗層外觀的影響，篩選出適合氯醚防腐塗料的分散劑。分散劑添加量統一按配方的0.3%加入，測試結果見表6。

由表6可以明顯看出，氯醚樹脂對顏填料有良好的分散性，但不能穩定，貯存後顏填料會出現絮凝、硬沉底現象。氯醚重防腐塗料面漆中使用解絮凝分散劑，對塗料貯存性幫助不大，使用受控絮凝潤濕分散劑可以明顯地提高塗料的抗浮色能力和貯存穩定性，所在氯醚塗料中使用受控絮凝型潤濕分散劑，使用量在0.2%～0.5%時，能有效提高氯醚重防腐塗料的抗浮色能力和貯存穩定性。2.3.2　流平劑、消泡劑對塗料性能的影響目前國內氯化聚烯烴類塗料大多採用輥塗施工，由於氯醚重防腐塗料黏度高、表干快，輥塗施工中產生的氣泡很難完全消除。為了提高氯醚重防腐塗料的裝飾性、保護性和施工性，需要加入流平劑和消泡劑來克服塗膜因氣泡而出現針孔等影響塗膜外觀、防鏽及防腐能力的風險。選擇常用可用於氯化聚烯烴類的消泡劑進行實驗，實驗結果見表7。

由表7可以明顯看出，選擇在氯醚重防腐塗料中加入配方總量0.1%～0.2%的1%硅油二甲苯液，可解決輥塗消泡和流平問題。2.3.3　增塑劑選擇對塗料性能的影響氯醚樹脂因結構中含有較多的異丁基醚，有較強的內增塑作用，但是由於氯醚重防腐塗料中有大量的顏填料，使得氯醚樹脂自身的內增塑性遠遠滿足不了塗膜性能的需求，需要加入外增塑劑提高塗膜的性能。常見的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或氯化石蠟。增塑劑分子的相對分子質量較小，在塗膜中具有一定的遷移性，隨著時間的推移和戶外高溫作用，增塑劑會向塗層表面遷移損失而使塗膜性能變差，使塗料的使用年限縮短或造成工程返工，形成巨大的經濟損失。所以選擇分子量相對較大和耐化學性、耐水性優的52#氯化石蠟為實驗用增塑劑。選擇52#氯化石蠟在氯醚樹脂中的不同添加量，通過對氯醚重防腐塗料的乾性、硬度和衝擊性能的考察，52#氯化石蠟的添加量對塗料性能的影響見表8。

由表8可以明顯看出，52#氯化石蠟加入後，能改善氯醚塗料的柔韌性，但加量過多時會影響實幹和硬度，柔韌性也有所下降，所以確定52#氯化石蠟加入量為配方的2%。2.4　顏填料的選擇對塗料性能影響氯醚塗料重防腐塗料，具有優異的耐介質性、耐鹽霧性和耐人工老化性，所以選擇有較佳的耐介質性和耐候性，耐曬牢度高，耐溶劑、著色力和遮蓋力強的顏料。面漆白色顏料選用表面進行處理過的金紅石型鈦白粉，彩色顏料選用穩定型酞菁藍、氧化鐵紅粉、炭黑、包膜中鉻黃等；防鏽顏料選用磷酸鋅、三聚磷酸鋁、氧化鋅等具有較好防鏽能力的顏料；填料選擇硫酸鋇、滑石粉、雲母粉等。2.5　配套塗膜厚度對塗膜耐鹽霧腐蝕的影響氯化聚烯烴類防腐蝕塗料的性能與配套塗膜厚度密切相關。配套塗膜厚度過低，塗膜的屏敝性差，耐介質性和防腐蝕性能會明顯下降，起不到防護的作用。氯醚重防腐塗料配套塗膜厚度對塗膜耐鹽霧腐蝕的影響見圖1。

從圖1可以看出，配套塗膜厚度較低時，塗膜的屏敝性差，起不到較好的防腐蝕作用；隨著配套塗膜厚度增加，塗層的防腐蝕性能逐漸提高；配套塗膜厚度超過70 μm時，塗層的防腐蝕性能有一個突升的現象；氯醚重防腐塗料配套塗膜厚度在100 μm以上具有較好的防腐蝕性能。綜合性能考慮，選擇氯醚重防腐塗料配套塗膜厚度設計在150 μm以上。2.6 施工對塗膜性能的影響氯醚樹脂是乙烯基異丁基醚的共聚物，採用水降法為連續相的懸浮聚合方法生產，是一種環境友好型產品。氯醚樹脂塗料同其他氯化聚烯烴塗料一樣都易溶於芳烴、氯化烴、酯類及酮類等溶劑中，但可製成高固體分產品，具有一次成膜厚的優點。可採用刷塗、噴塗、輥塗等多種施工方式和與高氯化聚乙烯塗料、環氧酯底漆、環氧底漆、環氧中塗漆、丙烯酸聚氨酯面漆等多種塗料配套，使用方便。施工VOC小於520 g/L，遠遠小於氯化橡膠、高氯乙烯、氯磺化等氯化聚烯烴塗料，是取代氯化橡膠、高氯乙烯、氯磺化等塗料在化工大氣環境防腐的最好選擇和必然趨勢。3　結　語通過利用氯醚共聚樹脂優越的性價比與環保優勢，採用以氯醚樹脂為基料，選擇丙烯酸樹脂和環氧樹脂改性，配以助劑、溶劑、顏填料等材料，製備的氯醚重防腐塗料具有優異的貯存穩定性，塗膜具有優異的防腐性和耐候性，對金屬基體和混凝土基體有較強的附著力，可廣泛應用於混凝土及各種化工大氣環境的防腐的標識與防護，如化工廠、橋樑、工程機械、港口設施、船舶和集裝箱等。
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