0 前 言
氯醚树脂是由75%氯乙烯和25%乙烯基异丁基醚共聚而成的聚合物。共聚物中不含可皂化的酯键和反应性的双键,且结合的氯原子十分稳定,故由氯醚树脂制成的涂层具有优良的耐水性、耐化学品腐蚀性,具有优良的物理性能,无毒、耐酸碱盐化工介质腐蚀、浸泡性好、耐老化性优良,其涂层在柔韧性、耐热性、紫外光稳定性、耐酸性及抗粉化性方面均显示了它的优越性。随着我国经济的发展和科学技术水平的提高,氯醚树脂重防腐涂料因其优良的防腐性而被广泛应用中国建材网cnprofit.com。
本工作研究了氯醚树脂、改性树脂、溶剂、颜料、助剂对涂膜性能的影响,制备了一种具有优异的机械性能和贮存性,并且耐介质性、耐盐雾性和耐人工老化性优异的氯醚重防腐涂料。制备的重防腐涂料对金属基体和混凝土基体有较强的附着力,可广泛应用在船舶、集装箱、化工厂、发电厂、炼油厂、钢铁厂、水利工程等户外钢结构防腐蚀保护涂装中。
1 实验部分
1.1 主要原材料
氯醚树脂MP-25、MP-35、MP-45,江苏利思德;75%601环氧树脂二甲苯液、6101环氧树脂、828环氧树脂、丙烯酸树脂101,江苏三木;氧化铁红,陕西;金红石钛白粉,无锡豪普;滑石粉,800目,辽宁大石桥;沉淀硫酸钡,陕西富化;三聚磷酸铝,广西;防沉剂MP-100,洛克伍德;氯化石蜡,西安;分散剂,BYK;二甲苯、丁醇、S-150,工业品。
1.2 实验参考配方
以氯醚树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂为主成膜物,加入溶剂、颜料、防锈填料、助剂按一定配比制成底漆和面漆。参考配方如表1所示。
氯醚重防腐涂料底漆和面漆的参考配方
1.3 涂料的制备
用高速分散机将氯醚树脂完全溶解于混合溶剂中,配制氯醚树脂液,按表1配方分别将分散剂、膨润土、环氧树脂和颜填料加入氯醚树脂液中,混合搅拌后,用砂磨机研磨至底漆细度控制到50 μm以下,面漆细度控制到30 μm以下。加入丙烯酸树脂、52#氯化石蜡调漆,用二甲苯溶剂调节涂料黏度为100 s(涂-4杯,25 ℃),高速分散20 min,使用80目筛网过滤后包装。
1.4 性能测试结果
1.4.1 测试样板的制备
按照GB/T 1727—1992涂膜一般制备法的要求,制备测试板。干燥时间、光泽、附着力、冲击强度、柔韧性采用在马口铁板涂刷30~35 μm,养护48 h后测试;耐酸碱性、耐盐水性、耐盐雾性、耐人工老化性采用在钢板上按底漆2道,面漆2道均匀涂刷,涂膜厚度约150 μm,养护7 d后测试。
1.4.2 涂层性能测试结果
涂层性能测试方法及测试结果如表2所示。
氯醚重防腐涂料涂膜性能及测试方法
2 结果与讨论
2.1 成膜树脂对氯醚重防腐涂料性能的影响
在化工大气环境下应用的防腐涂料应化学稳定好、耐酸碱性能优、耐候性好,优异的抗腐蚀介质及氯离子的渗透和较好的施工性能,通用性强,在金属基材和混凝土建筑构件上具有优异的附着力和防腐性能,所以成膜物质的选用对涂料性能起着至关重要的作用。
2.1.1 氯醚树脂和型号的选用对涂料性能的影响
氯醚树脂是一种热塑性树脂,氯醚树脂的高分子结构中有较长的脂肪主链和异丁基醚支链存在,使氯醚树脂具有良好的内增塑性、柔韧性、润湿性和优良的溶剂溶解性。可溶于芳烃、酯类和酮类溶剂中,对各种底材有良好的附着力。氯醚树脂中不含反应性双键,因此不易为大气氧化而降解,制成的涂层,耐大气老化性和耐光稳定性优良、不易泛黄及粉化。且树脂结构中不含可皂化酯键,并因结合的氯原子十分稳定,使涂料具有良好的耐水性、耐化学品腐蚀性。
氯醚树脂用于涂料生产的有MP-25、MP-35、MP-45等多个型号,氯醚树脂的选用对涂料性能的影响见表3。
不同型号氯醚树脂制备的涂料性能比较
从表3可以明显看出,MP25氯醚树脂在相同固含量下溶解黏度较小,易做成高固体分涂料,有利于防腐施工一次成膜厚度需要。本实验决定选用MP-25型树脂作为基础树脂。
2.1.2 环氧树脂对氯醚树脂改性对涂料性能的影响
氯醚重防腐涂料中采用环氧树脂改性,除了可提高对涂料的附着力外,还可以利用环氧树脂可与游离的酸发生反应提高涂料的贮存稳定性作用,以及环氧树脂的不干性,增加氯醚重防腐涂料的增塑性。可减少增塑剂在涂层中的迁移性易造成涂层失效,影响设备的使用寿命,工程返工,造成巨大的经济损失。
选择常见的3种环氧树脂601、6101、828对氯醚树脂进行改性实验,按照氯醚树脂m(MP25)∶m(二甲苯)∶m(环己酮)∶m(丁醇)=3∶4∶1∶2制成35%氯醚树脂液,与828环氧树脂、6101环氧树脂、75%601环氧树脂液的相容性见表4。
环氧树脂和35%氯醚树脂液的相容性配比
从表4可以明显看出,828环氧树脂、6101环氧树脂与氯醚树脂相容性较好,可以任意比例混溶,75%601环氧树脂液在35%氯醚树脂液中加入量很大时,出现不相容现象,但当75%601环氧树脂液在35%氯醚树脂液中加入量很少时,有良好的相容性,并且涂膜透明,环氧树脂分子量越小,相容性越好,所以选择氯醚重防腐涂料中采用828环氧树脂进行改性,在添加氯醚树脂10%~30%的828环氧树脂后,氯醚重防腐涂料在热贮存稳定性上有明显的提高,涂膜的耐冲击性在人工加速老化500 h前后基本没有变化。
2.1.3 丙烯酸树脂对氯醚树脂改性对涂料性能的影响
氯醚树脂具有优良的耐大气老化性和耐光稳定性,不易泛黄及粉化,所以一般在面漆中很少采用丙烯酸树脂改性。丙烯酸树脂对氯醚树脂的改性,主要应用丙烯酸树脂提供良好硬度和耐溶剂性。
在氯醚防腐蚀底漆中,因氯醚涂料耐二甲苯溶剂十分差,完全干燥的氯醚涂料涂膜在接触到二甲苯后,会很快溶解,制备的氯醚防腐底漆通常与面漆配套时会产生严重的“渗红”现象。
从表5可以明显看出,采用丙烯酸树脂对氯醚防腐底漆改性,能有效提高氯醚防腐底漆涂膜的硬度和抗溶剂性,丙烯酸树脂添加量大于10%时,铁红氯醚底漆配套面漆,辊涂施工后不会出现“渗红”现象。
氯醚防腐底漆中丙烯酸树脂的添加量对配套性的影响
2.2 溶剂对涂料性能的影响
氯醚树脂易溶于芳香烃、氯化烃、酯类及酮类溶剂等,常用溶剂有二甲苯、高沸点芳烃溶剂等。氯醚树脂涂料是挥发性干燥涂料,溶剂如选择不当,会影响涂料的施工性成膜性。通过实验,氯醚重防腐涂料选择二甲苯作为溶剂,丁醇、高沸点芳烃和环己酮为辅的混合溶剂,加入少量的丁醇和环己酮可提高树脂的溶解力,丁醇能提高氯醚防腐涂料在成膜过程中的干燥速度[7],加入高沸点芳烃或环己酮溶剂有助于防止干喷现象,同时提高涂膜的流平性和防止起泡的风险。所以选择氯醚重防腐涂料中溶剂的配比为m(二甲苯)∶m(环己酮)∶m(丁醇)=60∶30∶10。
2.3 助剂对涂料性能的影响
2.3.1 分散剂对涂料性能的影响
由于氯醚树脂分子结构中含有较长的脂肪链和异丁基醚键,对颜填料也有良好的润湿性,通过研究分散剂对灰色氯醚面漆制漆分散效率、贮存稳定性和涂层外观的影响,筛选出适合氯醚防腐涂料的分散剂。分散剂添加量统一按配方的0.3%加入,测试结果见表6。
分散剂对氯醚重防腐涂料面漆的影响
由表6可以明显看出,氯醚树脂对颜填料有良好的分散性,但不能稳定,贮存后颜填料会出现絮凝、硬沉底现象。氯醚重防腐涂料面漆中使用解絮凝分散剂,对涂料贮存性帮助不大,使用受控絮凝润湿分散剂可以明显地提高涂料的抗浮色能力和贮存稳定性,所在氯醚涂料中使用受控絮凝型润湿分散剂,使用量在0.2%~0.5%时,能有效提高氯醚重防腐涂料的抗浮色能力和贮存稳定性。
2.3.2 流平剂、消泡剂对涂料性能的影响
目前国内氯化聚烯烃类涂料大多采用辊涂施工,由于氯醚重防腐涂料黏度高、表干快,辊涂施工中产生的气泡很难完全消除。为了提高氯醚重防腐涂料的装饰性、保护性和施工性,需要加入流平剂和消泡剂来克服涂膜因气泡而出现针孔等影响涂膜外观、防锈及防腐能力的风险。选择常用可用于氯化聚烯烃类的消泡剂进行实验,实验结果见表7。
消泡剂对涂料性能的影响
由表7可以明显看出,选择在氯醚重防腐涂料中加入配方总量0.1%~0.2%的1%硅油二甲苯液,可解决辊涂消泡和流平问题。
2.3.3 增塑剂选择对涂料性能的影响
氯醚树脂因结构中含有较多的异丁基醚,有较强的内增塑作用,但是由于氯醚重防腐涂料中有大量的颜填料,使得氯醚树脂自身的内增塑性远远满足不了涂膜性能的需求,需要加入外增塑剂提高涂膜的性能。常见的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯或氯化石蜡。增塑剂分子的相对分子质量较小,在涂膜中具有一定的迁移性,随着时间的推移和户外高温作用,增塑剂会向涂层表面迁移损失而使涂膜性能变差,使涂料的使用年限缩短或造成工程返工,形成巨大的经济损失。所以选择分子量相对较大和耐化学性、耐水性优的52#氯化石蜡为实验用增塑剂。
选择52#氯化石蜡在氯醚树脂中的不同添加量,通过对氯醚重防腐涂料的干性、硬度和冲击性能的考察,52#氯化石蜡的添加量对涂料性能的影响见表8。
52#氯化石蜡的添加量对涂料性能的影响
由表8可以明显看出,52#氯化石蜡加入后,能改善氯醚涂料的柔韧性,但加量过多时会影响实干和硬度,柔韧性也有所下降,所以确定52#氯化石蜡加入量为配方的2%。
2.4 颜填料的选择对涂料性能影响
氯醚涂料重防腐涂料,具有优异的耐介质性、耐盐雾性和耐人工老化性,所以选择有较佳的耐介质性和耐候性,耐晒牢度高,耐溶剂、着色力和遮盖力强的颜料。面漆白色颜料选用表面进行处理过的金红石型钛白粉,彩色颜料选用稳定型酞菁蓝、氧化铁红粉、炭黑、包膜中铬黄等;防锈颜料选用磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化锌等具有较好防锈能力的颜料;填料选择硫酸钡、滑石粉、云母粉等。
2.5 配套涂膜厚度对涂膜耐盐雾腐蚀的影响
氯化聚烯烃类防腐蚀涂料的性能与配套涂膜厚度密切相关。配套涂膜厚度过低,涂膜的屏敝性差,耐介质性和防腐蚀性能会明显下降,起不到防护的作用。氯醚重防腐涂料配套涂膜厚度对涂膜耐盐雾腐蚀的影响见图1。
配套涂膜厚度对涂膜耐盐雾腐蚀的影响
从图1可以看出,配套涂膜厚度较低时,涂膜的屏敝性差,起不到较好的防腐蚀作用;随着配套涂膜厚度增加,涂层的防腐蚀性能逐渐提高;配套涂膜厚度超过70 μm时,涂层的防腐蚀性能有一个突升的现象;氯醚重防腐涂料配套涂膜厚度在100 μm以上具有较好的防腐蚀性能。综合性能考虑,选择氯醚重防腐涂料配套涂膜厚度设计在150 μm以上。
2.6 施工对涂膜性能的影响
氯醚树脂是乙烯基异丁基醚的共聚物,采用水降法为连续相的悬浮聚合方法生产,是一种环境友好型产品。氯醚树脂涂料同其他氯化聚烯烃涂料一样都易溶于芳烃、氯化烃、酯类及酮类等溶剂中,但可制成高固体分产品,具有一次成膜厚的优点。可采用刷涂、喷涂、辊涂等多种施工方式和与高氯化聚乙烯涂料、环氧酯底漆、环氧底漆、环氧中涂漆、丙烯酸聚氨酯面漆等多种涂料配套,使用方便。施工VOC小于520 g/L,远远小于氯化橡胶、高氯乙烯、氯磺化等氯化聚烯烃涂料,是取代氯化橡胶、高氯乙烯、氯磺化等涂料在化工大气环境防腐的最好选择和必然趋势。
3 结 语
通过利用氯醚共聚树脂优越的性价比与环保优势,采用以氯醚树脂为基料,选择丙烯酸树脂和环氧树脂改性,配以助剂、溶剂、颜填料等材料,制备的氯醚重防腐涂料具有优异的贮存稳定性,涂膜具有优异的防腐性和耐候性,对金属基体和混凝土基体有较强的附着力,可广泛应用于混凝土及各种化工大气环境的防腐的标识与防护,如化工厂、桥梁、工程机械、港口设施、船舶和集装箱等。