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环境友好型金属耐腐蚀乳胶底漆的研制,研制了一种环境友好型防腐蚀乳胶底漆,其成分对环境无污染
2019年11月12日    阅读量:1540     新闻来源:中网信息    |  投稿

O 前言

腐蚀导致的损失是十分严重的,防腐也就非常必要了,然而以往的涂料大都为溶剂型,挥发性有机物质的排放量较高,而且多以含铅、铬的有毒颜料为防锈成分,在造成大量资源浪费的同时严重污染了环境。随着人们对环境保护的重视,涂料的研究便以环境友好型涂料为主要努力方向。


目前,水性涂料在我国拥有巨大的市场中国机械网okmao.com。据不完全统计,我国工业涂料的年需求量在170万t左右,其中可用水性工业防腐蚀涂料替代的达110万t。可见,国产水性工业涂料的开发成功与推广,不仅具有极好的环境效益,也将具有巨大的经济效益。


本实验研制的三聚磷酸二氢铝防腐蚀乳胶底漆以水作为分散介质,以无毒的无机颜填料为原料研制而成。该底漆具有无毒、无异味、不可燃、低温固化、生产施工安全以及优异的防腐性能等特点,是一种质优价廉的通用型环保耐腐蚀乳胶底漆。


1 实验部分

1.1原料

本实验中所选用的主要原料见表1。

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1.2乳胶底漆配方的设计

本实验旨在以市售通用型苯丙建筑乳液为成膜物,用自制的三聚磷酸二氢铝和磷酸锌无毒防锈颜料和氧化铁红作为防锈组分,与适量的体质颜料以及各种水性涂料用助剂一起研制通用型环保金属防腐蚀乳胶底漆。研究了不同乳液、颜填料和各种助剂之间的配伍性,以及它们之间的用量比对涂料防腐蚀性能和综合性能的影响,详细研究了涂料配方优化过程。

1.3涂料生产工艺

按表2配方进行涂料的制备,首先将颜料、去离子水和分散剂加入三辊磨中研磨分散,用刮板细度计测量至细度<45 um,出料,得颜料浆半成品。再加入乳液及其他成分搅拌均匀,包装,即制得成品。

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1.4产品性能测试

将涂料按标准方法涂覆于标准板上[马口铁板50 mmX 100 mmX(0.2~0.3)mm],制成试片测试性能,结果见表3。

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2结果与讨论

2.1成膜物乳液的选择

涂料的性能主要取决于成膜物的性能。首先针对涂料的专用性,要求所用成膜物具有成膜温度低、涂膜致密、耐紫外线、附着力强等特点。同时,又要求涂膜耐化学稳定性好、耐候性好、耐水性好。我们选择苯丙乳液作为成膜物进行研究。


苯丙乳液是一类经苯乙烯改性的丙烯酸酯系列共聚物乳液,它用苯乙烯部分或全部代替纯丙乳液中的甲基丙烯酸甲酯。与纯丙乳液相比,除了保持了纯丙乳液颜料粘结强度高、成膜性好等特点以外,其价格相对要低,而且由于在共聚物中引入了苯乙烯链段,使得涂膜的硬度、耐水性、耐碱性和抗粉化性等性能都得到了提高。表4为选择的苯丙乳液。

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同为苯丙乳液,由于合成时采用的单体和改性剂的种类和用量的不同,其性能也不同。另外,其与颜料及其他组分之间的配伍性也不一定相同,通过下述实验可以看出HBC一02苯丙乳液的性能更好些。

2.2颜料体系的选择

早期的防腐蚀涂料多以红丹、锌铬黄等含铅、铬的有毒颜料作为防锈组分,不仅对人体造成危害,而且严重污染环境。在这里我们采用三聚磷酸二氢铝或磷酸锌作为主体防锈颜料,配合使用氧化铁红等组成的防锈体系,与苯丙乳液配制成涂料,涂覆于金属表面时,颜料缓慢水解形成的H2PO4-、PO4 、P3O105-、 AL3+等多种离子,可与锈蚀中的Fe 、Fez+形成难溶的杂多酸络合物,起到稳定锈蚀的作用。同时,依靠其形成的复杂络合物与金属表面的磷化、钝化作用,抑制腐蚀过程,从而起到良好的防锈作用。对分别采用了三聚磷酸二氢铝和磷酸锌作为主体防锈颜料的涂料进行了各项性能对比,由表3可以看出,三聚磷酸二氢铝防腐蚀乳胶底漆的性能更优越。

2.3防锈颜料与体质颜料配比的确定

防锈漆主要是由成膜物和颜料组成,其中颜料又包括防锈颜料和体质颜料。防锈颜料的用量越多防锈性能越好,但防锈颜料的成本比体质颜料高得多,用适量的体质颜料取代防锈颜料,不仅可以降低成本,而且往往可以起到改善漆膜功能的作用。一般来说,防锈颜料的体积应该不低于颜料总体积的40%,而体质颜料的质量一般则占颜料总质量的30%左右效果较好。我们选择滑石粉和云母粉作为体质颜料进行实验,比较其防锈性、.稳定锈蚀能力和机械性能,确定防锈颜料与体质颜料质量比约为7/3

2.4颜基比的确定

漆膜的性能与颜料和成膜物的体积比有关,而与其质量比关系不大。因此,一般以颜料体积浓度(PVC)来计算成膜物的用量。

PVC=Vp/(VB+Vp )×100% (1)

式中: Vp——颜料的真体积:

VB— — 成膜物的体积。

临界颜料体积浓度(CPVC)由下式计算:

CPVC=VP/ ('CA+VP )×100% (2)

式中:VA —— 临界油量体积。

要求配制涂料的PVC <CPVC。根据配方中的颜料组成按(2)式计算出CPVC=53%。根据经验,防锈漆的PVC最好大于25%。因此,选择PVC大于25%按(1)式计算出相应的 VB,换算成成膜物乳液用量配制成涂料。虽然,用颜料体积浓度(PVC)和临界颜料体积浓度(CPVC)可以定量地表征涂膜组分和性能上的变化,但是这种方法的实施有一定的困难,不便操作。因此,引入颜料质量分数来表征涂膜组分。颜料质量分数指干膜中颜料占基料和颜料总质量的百分数,颜料质量分数=颜料质量/(颜料质量+基料质量),颜料质量分数和颜料体积浓度在表征涂膜组分和性能上没有本质区别,其意义是相同的。为了可直观准确地反映出配方的组成,且又符合人们的习惯,本文采用颜基比来表征配方中各组分的含量,其中,颜基比=干膜中的颜料质量/干膜中的基料质量。颜基比对涂料性能的影响见表5。

表5颜基比对涂料性能的影晌

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由表5可见,基料与颜料比为1.39:1左右,涂料的综合性能比较好。


2.5成膜助剂的选择

成膜助剂是一类高沸点溶剂。成膜助剂的正确使用,除了能降低乳胶漆的最低成膜温度,提高成膜性能外,还能显著改善乳胶漆的许多性能,如能提高其耐擦洗性、展色性、耐候性等。但使用时一定要注意用量,适量的成膜助剂可以提高乳胶漆的性能,如果用量过多,会残留在漆膜中充当永久性的增塑剂,使聚合物的玻璃化温度~直降低,从而影响涂膜的力学性能。另一方面,从环保角度来说,成膜助剂是有机溶剂,属于要限制的VOC之列。因此,应该选用效果比较好的品种,以尽量减少其用量。在实验中我们选用了HCH一2成膜助剂并对其用量进行了选择(见表6)。

结果表明,HCH一2成膜助剂能显著提高乳胶底漆的耐盐水性、降低其MF-T,但是用量过多会导致涂料凝聚,失去流动性,因此应控制在2 g以下。

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3结论

通过一系列对比实验,对配方进行了优化,最终确定了三聚磷酸二氢铝环境友好型防腐蚀乳胶底漆的配方和合成工艺。经过检测表明,制备出的三聚磷酸二氢铝耐腐蚀乳胶底漆具有较好的稳定性和耐腐蚀能力,该底漆具有无毒、无异味、不可燃、低温固化、生产施工安全以及优异的防腐性能等特点,是一种质优价廉的通用型环保耐腐蚀乳胶底漆。


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