水性环氧防腐底漆的制备及耐盐雾性能的研究

崔晓帆，张博晓

（广州集泰化工股份有限公司,广东广州510520）

水性环氧防腐底漆具有良好的附着力、耐水性、耐盐雾性等特点,在工程机械、钢结构、工程汽车、轨道交通等领域应用广泛。

目前,研究水性环氧防腐底漆的耐盐雾性能的思路有三种：第一种是从树脂角度即从树脂与固化剂的结构设计[1-2]、乳化剂的合成、单体选择上研究,制备防腐性能更好的树脂；第二种是复配改性的角度即添加防腐性能良好的其他树脂[3-4]或者无机粉料[5-6]；第三种是配方的角度即研究各个原材料对耐盐雾性能的影响,例如防锈颜料[7]、颜填料[8]、助剂[9]、PVC等等,选择耐盐雾性能良好的原材料及添加比例。第一种思路常见于高校科研院所与树脂厂商,它们的优势是树脂的合成能力,后两种思路则常见于涂料厂商,它的优势是配方的调配能力。

随着化工技术的进步,一般情况下水性环氧防腐底漆均能拥有良好的耐盐雾性能。根据GB/T 1771-2007 《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》,市售的水性环氧树脂与搭配的固化剂均能制备出耐盐雾性能的良好的水性环氧防腐底漆,同时其耐盐雾性能均能达到400h以上,甚至部分树脂可以做到500h、1000h。原材料的区分度不大,同时测试时间也比较久。

结合上述内容,本文选择第三种思路,从原材料添加比例的角度研究水性环氧防腐底漆的耐盐雾性能,同时改变耐盐雾性能的测试方法。由于根据GB/T 1771-2007的耐盐雾测试方法,很难在较短的时间内区分结果,因此本文测试的耐盐雾性能,基材均采用冷轧钢板,养护7天并做划线处理后再测试,主要观察板面变化特别是划线处起泡与生锈的情况。

用冷轧板测试水性环氧底漆的盐雾性能,起泡是一个常见的现象。而起泡的原因是复杂的,整体来说与漆膜的连续性、封闭性以及耐水性有关。漆膜的连续性、封闭性与树脂成膜过程有关,即与树脂种类、反应基团比值、颜基比等因素有关。涂料的耐水性能除了与树脂有关外,还与配方中的亲水的原材料有关,而可溶水的原材料都具有一定的亲水性,分散剂就是其中一个。因此,本文从环氧树脂筛选、反应基团比值、颜基比、分散剂等角度研究水性环氧防腐底漆的耐盐雾性能。

1 实验部分

1.1 实验原料

E-pos 1011W55水性环氧树脂,Q-RIT 1061固化剂,荷兰QR-Polymers；TRASCITETM WE 3201-1 水性环氧树脂,TRASCITETM WH 3926固化剂,美国赫尔兹新材；AERS® 6056水性环氧树脂,AERS™ 7013固化剂,无锡洪汇新材料科技股份有限公司；钛白粉,山东东佳集团股份有限公司；硫酸钡,宜昌中泰化工有限公司；云母粉,广福建材精化有限公司；膨润土,杭州海迪斯新材料有限公司；防锈颜料,江苏合三弘纳米科技有限公司；成膜助剂,陶氏化学；分散剂BYK-190,毕克化学；分散剂HP-2466,鞍山辉虹新材料化工有限公司；分散剂Addital DX 778、增稠剂,以化高科；消泡剂,上海深竹化工科技有限公司；附着力促进剂,阳光汇德；基材润湿剂,迪高；防闪锈剂,阿斯科迪。

1.2 实验仪器

BGD 750/1型搅拌砂磨分散多用机、刮板细度计、流挂仪、划格板等,广州标格达试验室仪器用品有限公司； CZ290A型精密型盐水喷雾试验机,众志检测设备有限公司。

1.3 水性环氧防腐底漆的制备

水性环氧防腐底漆是双组份水性涂料,分为主漆A组份与固化剂B组份。其中表1为A组份的基础配方,表2为固化剂B组份的基础配方。

表1 A组分基础配方Table 1 Basic formula of component A

表2 B组分基础配方Table 2 Basic formula of component B

按照表1 A组分的基础配方,先将去离子水加入分散缸内,然后加入膨润土,高速分散10～15 min,将膨润土分散成溶液；然后加入分散剂、消泡剂,高速搅拌10～15 min；将钛白粉、硫酸钡、云母粉、防锈颜料依次加入分散缸内,高速分散10～15 min,然后研磨至细度小于50nm,即得到浆料。将环氧乳液、成膜助剂、防闪锈剂、消泡剂、基材润湿剂,依次加入浆料中并低速分散至均匀。然后加入增稠剂调节黏度,即得到A组份。

按照表2固化剂组分基础配方,将胺固化剂、助溶剂、去离子水,搅拌分散至均匀,即得到了B组份。

1.4 施工工艺

将A、B组份以合适比例在容器中搅拌均匀,加入双组份总量为5%～20%的去离子水,搅拌均匀并稀释至合适黏度,并熟化10～20 min再进行喷涂施工。

1.5 样板制备

按 GB/T 9271-2008《色漆和清漆 标准试板》制板。基材分别为马口铁板、冷轧钢板、喷砂板等。

1.6 测试标准

按照GB/T 1724-1979《涂料细度测定法》,ASTM D3363-2005《铅笔试验法测定涂膜硬度的标准试验方法》,GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》,GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》,GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》,GB/T 6753.3-1986《涂料贮存稳定性试验方法》,GB/T 1728-1979(1989)《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》等测试液漆与漆膜的性能。

耐盐雾性能测试的基材是冷轧钢板,测试前经过划线处理,养护7天测试、观察起泡生锈等情况。

2 结果与讨论

2.1 水性环氧树脂的选择

水性环氧树脂与固化剂是水性环氧防腐底漆的成膜物质,对水性环氧防腐底漆的的综合性能有重要影响。本文选择了几款常用的环氧树脂与固化剂作为研究对象,按照表1与表2的配方制备了水性环氧防腐底漆。并测试了耐水性、耐盐雾性等性能,测试数据见表3。

表3 不同环氧树脂的测试结果Table 3 Test results of different epoxy resins

由表3可以看出,所有树脂的耐水性均良好,耐盐雾性能也都超过了10天,说明制备的水性环氧防腐底漆具备良好的防腐性能。但是,在同等条件下美国赫尔兹新材的TRASCITETM WE 3201-1环氧树脂与TRASCITETM WH 3926胺固化剂的耐盐雾性能最好。因此,我们选择TRASCITETM WE 3201-1环氧树脂与TRASCITETM WH 3926胺固化剂作为水性环氧防腐底漆的成膜物质。

2.2 反应基团比值对盐雾性能的影响

反应基团的比值就是环氧基团与活泼氢的比值。环氧基团与活泼氢的比值对树脂能否反应形成大分子,能否致密成膜有重大的影响,对涂料的耐性有着至关重要的作用。特别是对耐盐雾性能的影响。一般情况下环氧基团与活泼氢的比值范围为0.6～1.0,环氧基需要过量,而大部分树脂厂商推荐的比值为1：0.8。不同基团比对漆膜耐盐雾性能影响见表4.。

表4 不同基团比对漆膜耐盐雾性能影响Table 4 Effect of different group ratios on salt spray resistance

从表4可以看出,随着环氧基团与活泼氢的比值的增大,漆膜的耐盐雾性能也越好。说明比值越高,固化反应形成的大分子的分子量越大,树脂的致密性越好。同时1：0.8、1：0.9与1：1的耐盐雾数据相差不大,说明当环氧基团与活泼氢的比值大于1：0.8时,漆膜在干燥固化过程中,树脂的分子量与漆膜的致密性相差不大。

根据表中的数据,我们知道当环氧基团与活泼氢的比值为1：1时,耐盐雾性能最好。故我们选择环氧基团与活泼氢的比值为1：1。

2.3 颜基比对盐雾性能的影响

颜基比即颜填料与树脂的质量比。液漆成膜都是树脂包裹着粉料,树脂能够形成连续的膜。颜基比越大即粉料越多,树脂越少,则会造成有限的树脂无法完全包裹所有粉料。液漆成膜后则会很粗糙,漆膜表面则会因为粉料无法被包裹而变得粗糙,漆膜的连续性就会受影响,漆膜的耐性则会变差。本文研究了不同颜基比对漆膜耐盐雾性能的影响,结果见表5。

表5 不同颜基比对漆膜耐盐雾性能的影响Table 5 Effects of different pigment-base ratios on salt spray resistance

从表5可以看出,颜基比越低漆膜的耐盐雾性能越好。其原因为颜基比越低,树脂的添加量越大,漆膜的连续性、致密性越好,所以漆膜的耐性越好。同时,颜基比为1.15与颜基比为1.45时耐盐雾性能差别不大,说明当颜基比降低到某一程度时,树脂足以形成连续性好、致密性好的漆膜,再增大树脂的添加量,对耐盐雾性能的改善不明显。同时,环氧树脂的成本在水性环氧防腐底漆的成本中占比较高。因此,颜基比越低,树脂越多,涂料的成本也就越高。综合考虑,本文制备的水性环氧防腐底漆的颜基比为1.45。

2.4 分散剂对盐雾性能的影响

分散剂是一种表面活性剂,具有一定亲水性,亲水性则会带来耐盐雾起泡的风险。本文选择了分散剂BYK-190、HP-2466和Addital DX 778做对比实验,其对比实验结果见表6。

表6 不同分散剂对耐盐雾性能的影响Table 6 Effects of different dispersants on salt spray resistance

从表6可以看出,不同的分散剂对耐盐雾性起泡的影响较大,分散剂BYK-190的耐盐雾测试结果为500h不起泡。因此,分散剂选择BYK-190。

2.5 水性环氧防腐底漆的综合性能

水性环氧防腐底漆其综合性能见表7。

表7 水性环氧防腐底漆的性能测试结果Table 7 Performance test results of waterborne epoxy anticorrosive primer

3 结论

选择TRASCITETM WE 3201-1水性环氧树脂与TRASCITETM WH 3926胺固化剂作为水性环氧防腐底漆的成膜物质,分散剂选择BYK-190,环氧基与活泼氢的比值确定为1：1,配方的颜基比确定为1.45,制备一款水性环氧防腐底漆。其具有良好的贮存稳定性、良好的附着力、良好的耐水性能,以及较快的干燥时间、优异的耐盐雾性能,能够使其在工程机械、钢结构、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。