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高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的研制及其施工

发布日期:2014-05-09 14:34:56  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的研制及其施工

                     高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的研制及其施工
                                       管 伟,卞直兵 
               (扬州美涂士金陵特种涂料有限公司,江苏扬州225212)
    摘 要:介绍了高效无溶剂环氧重防腐涂料的研制过程、施工方法、性能特点和配套预算,讨论了树脂、稀释剂、固化剂、颜料、填料、助剂等对涂料性能的影响。
    关键词:无溶剂;环氧涂料;重防腐
    中图分类号:TQ 630·7  文献标识码:A  文章编号:0253-4312(2009)09-0043-05
    0 引 言
    重防腐蚀涂料是指能够在苛刻腐蚀环境下长效防护的一类高性能涂料,防护寿命一般为15年以上。高性能防腐蚀涂料不仅可起到良好的防腐蚀作用,而且可改善劳动条件,节约能源和保护资源。所以,在近20年来受到普遍重视。目前,己开发了多种性能良好的重防腐蚀涂料。因耐蚀性能优异、使用期长、维护涂装费少而被广泛应用于各种腐蚀环境中,产生了明显的经济效益。
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料采用复合的反应型稀释剂为溶剂,由于带有羟基、环氧基,而能与固化剂固化成膜。该产品的固体含量高达98%以上,大大减少了溶剂挥发造成的资源浪费、环境污染以及对施工人员的伤害。在同样设计厚度下,降低了单位面积基材所用涂料的成本。
    1·实验部分
    1. 1 主要原材料
    改性环氧树脂:上海新华;反应型增韧稀释剂:武汉森茂;分散剂:上海四海;脱泡剂:德国迪高;触变剂:海明斯;高钛粉:美国TOR MINERALS;硫酸钡:江苏群鑫;消泡剂:德国迪高;腰果酚改性胺类固化剂:卡德莱。
    1. 2 配 方
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料配方见表1。
             
    1. 3 涂料的制备
    将改性环氧树脂和反应型增韧稀释剂混合搅拌均匀后加入分散剂、脱泡剂、高钛粉、硫酸钡,高速分散至细度小于100μm后加入触变剂、消泡剂,分散均匀后过震动筛包装。
    1. 4 样板的制备
    按GB/T1727—1992中6. 1刷涂法制备样板,检测漆膜物理性能,干膜厚度为(45±5)μm;检测漆膜耐化学药品性能,干膜厚度为(200±5)μm。
    1·5 涂料性能及指标
    涂料性能及指标见表2。
              
    2 结果与讨论
    2. 1 原材料的选择
    2. 1. 1 活性稀释剂的选择
    使用改性液体环氧树脂仍难以满足施工的要求,因此需加入适量的活性稀释剂和增韧剂。经过大量实验证明反应型增韧稀释剂可以满足高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的要求。反应型增韧稀释剂与常规活性稀释剂的比较见表3。
              
    使用红外光谱仪对反应型增韧稀释剂进行结构分析,发现有2个强吸收峰, 3 436·96 cm-1是酚羟基, 1 708·82 cm-1是苯酚的典型吸收峰。2 931·22 cm-1、2 857·23 cm-1是—CH2—伸展峰、环己烷结构的特征峰; 969·83 cm-1是环氧基的吸收峰;1 616·00 cm-1是烯烃碳碳双键的吸收峰,说明分子链中含有羟基、环氧基等活性基团,因而具有很好的增韧性和反应活性,可大幅度地提高环氧树脂[3]固化物的耐冲击性、抗开裂以及粘结强度等物理机械性能。
    由于反应型增韧稀释剂黏度低,其与改性环氧树脂混合可以降低环氧树脂黏度,改善施工性能。随着其用量的增加,黏度逐渐减少的。当用量达到40%时,体系黏度变化很小,趋于平缓。因此反应型增韧稀释剂对改性环氧树脂具有很好的降黏和稀释性能。
    反应型增韧稀释剂不含溶剂,在施工过程中不会产生溶剂蒸气。小鼠LD50: 7 940 mg/kg,为实际无毒级产品。
    2. 1. 2 固化剂的选择
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料系双组分涂料,要求所用固化剂的黏度较低,使用期较长,与基料成膜后的涂层具有足够的强度和韧性。密实性好,并有较强的粘附性,使涂层具有长期抵抗外界机械磨损和化学腐蚀的良好性能。因此,固化剂及交联固化效果是决定涂层性能的关键。
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料所用固化剂为腰果酚改性胺类固化剂,其不仅具有像脂肪族多元胺[1]一样快速固化的特性,而且还具有像聚酰胺一样的不挥发性和无毒性。这种多元胺类固化剂,其化学结构是由一个带有苯环的芳香族骨架和一个脂肪族侧链所共同形成,这种独特的结构见式(1)。使其把各类固化剂的理想性能优势结合到一身,从而赋予其以下优异性能:①低温(5℃以上)固化;②较长的适用期及快速固化;③优良的耐水、盐水性和耐化学品性;④优良的致密性及耐油性;⑤良好的柔韧性;⑥现场施工时,混合比例范围宽;⑦小鼠LD50>5 000 mg/kg,为实际无毒级产品。
               
    2. 1. 3 颜料的选择
    为使漆膜具有遮盖力,所采用颜料的品种和用量对涂料的稳定性、涂层的耐蚀性能和物理机械性能具有相当大的影响,合理地选择颜料,是高性能防腐蚀涂料配方设计的重要环节。
    本文选择高钛粉,是因为高钛粉含有坚固的晶体结构、其能耐酸碱,暴露于酸性或碱性的环境后,能保持良好的颜色稳定性;暴露于硫酸后,用二氧化钛的2个配方有严重褪色迹象,相比之下,用高钛粉的配方,其色泽差异很少。同样的情况出现在碱性试验,采用高钛粉的配方经碱性试验后,还是保持无损,然而相当大的色泽差异出现在2个采用二氧化钛的配方。高钛粉与二氧化钛的比较见表5。
              
    2. 1. 4 助剂的选择
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料属厚浆型涂料,由于一次涂刷形成的涂层较厚,往往会由于胶液的滑动而导致涂层在固化前出现严重的流挂,因此,必须添加适量的触变剂[2],以改善涂料的沉降和涂层的流挂。
    常用的触变剂有氢化蓖麻油、有机膨润土和超细二氧化硅等。触变剂的加入量必须恰到好处,这样既能在低黏度时予以适当流平,但时间又不过长而避免产生流挂,其用量一般为涂料总量的1% ~3%。通过实验,采用约0·5% ~2·0%的蓖麻油有机衍生物作为防沉防流挂剂。蓖麻油有机衍生物有以下特性:①容易分散,可直接添加;②提供较优异的触变性、流平性、涂膜防垂流性;③提供顏填料防沉性或沉淀后的再分散性;④不改变涂层的光泽。
    2·2 高效无溶剂环氧重防腐涂料的特性探讨
    2·2·1 优异的物理机械性能
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料在交联固化后能够形成类似瓷釉一样的光洁涂层,由于交联密度高,使涂层坚硬且具有较好的柔韧性、耐磨性、耐划伤性、耐冲击性。该涂料在反应固化过程中收缩率低,具有一次性成膜较厚、边缘覆盖性好、内应力较小,不易产生裂纹等特点。
    2·2·2 优异的耐化学品性和防腐性能
    高度交联的高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料涂层具有优异的耐化学品性,能耐海水、高度的酸、碱、盐、各种油品、脂肪烃等化学品的长期浸泡。由于不含挥发性有机溶剂,在干燥成膜过程中不会形成因溶剂挥发留下的孔隙,且成膜厚,涂膜致密性佳,能有效抵挡水、氧等腐蚀性介质透过涂层而腐蚀基材。
    2·2·3 环保和无毒性
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的有效成分高达98%以上,在施工应用过程中不需采用挥发性有机溶剂作为分散介质,可挥发的有机物含量(VOC)极低,降低了对通风量的要求,减少了有机物挥发造成的资源浪费和环境污染,以及对施工人员们的损害。且高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料经检验符合卫生标准要求。
    3 施工方法
    3. 1 表面处理
    涂料的性能与表面处理的程度成正比,通常喷砂处理是最有效及最经济的方法,当喷砂处理无法使用时,在机械清洁达到St3级的表面上亦可使用本品。对于更恶劣的环境或浸泡设施使用以下表面处理方法:
    (1)钢材———除去表面上所有的铁锈、脏物、水分、油脂或其他污垢。采用干喷砂处理方法达到Sa2. 5级。
    (2)铝材、镀锌铁———用中性洗涤剂或乳液清洁剂洗去油脂或皂膜,或用细磨料作轻微的喷砂处理。
    (3)混凝土———混凝土采用酸蚀或喷砂处理方法。新混凝土至少固化14天以上。
    3. 2 施工设备
    施工设备采用无气喷涂机,压力比65∶1,空载排量13 L/min,进气压力0·3~0·6MPa,喷嘴020B40。
    3. 3 施工步骤
    (1)使用之前用清洗剂冲洗所有设备。
    (2)将固化剂加入树脂中,彻底混合至均匀状态。混合料应在混合后1 h内用完,不要混合过多。
    (3)为达最佳施工效果,漆料温度应在10~32℃之间,环境温度应高于5℃。
    (4)为了减少橘皮现象,可调节喷涂装置以获得良好的雾化。
    (5)在进行连续同向湿涂布时,每1道应覆盖前1道的50%,以避免空隙和针孔的出现。如有需要,再对第一道以合适的角度进行交叉喷涂。
    (6)当直接施涂于无机硅酸锌或富锌底漆上时,可采用雾涂/全涂技术减少起泡现象。这取决于老化程度,表面粗糙度和固化条件。
    4·防腐工程配套及预算
    根据承接的钢结构防腐工程的经验,进行如下配套和成本分析,供参考。
    4. 1 高度腐蚀环境(ISO12944中C4-C5M环境)高度腐蚀环境的涂装预算如表6所示。
    4. 2 强度腐蚀环境(恶劣环境或浸泡设施环境) 
    强度腐蚀环境的涂装预算如表7所示。
 
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料固化过程中溶剂挥发量极少, 1道涂装可得膜厚达(150~300μm的涂膜)而不会发生针孔,只需2~3道即可达到设计厚度。近年来国际上流行的无空气喷涂[4]使得该类厚浆型涂料的大面积施工成为可能。目前无溶剂环氧涂料的单价虽然高于溶剂型环氧涂料,但衡量防腐涂料的经济性不能只凭单价,高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料的固体分近100%,在达到相同的涂膜厚度的情况下,所需要的涂料量比采用溶剂型环氧涂料要少;另外,由于1道可达高膜厚,减少了施工道数,从而降低涂装施工费用。
    5·结 语
    高效无溶剂环氧重防腐蚀涂料是新一代的节能环保型重防腐蚀涂料。该产品物理机械性能突出、对各种腐蚀介质有很强的耐蚀能力,施工方便,工程造价低,防护寿命长,在国民经济工程建设中具有广泛的应用前景,必将产生良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]虞兆年.涂料工艺[M].北京:化学工业出版社, 1997.
[2]钱逢麟,竺玉书.涂料助剂[M].北京:化学工业出版社, 1990.
[3]李桂林.环氧树脂与环氧涂料[M ].北京:化学工业出版社, 2003.
[4]王健,刘会成,刘新.防腐蚀涂料与涂装工艺[M].北京:化学工业出版社, 2006.


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作者:佚名
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