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水性丙烯酸改性醇酸防锈底漆的制备

来源:亚利桑那化学产品(上海)有限公 作者:时海峰,曹钰 时间:2020-01-09 点击:
导读:合成水性丙烯酸改性醇酸乳液并制备防锈底漆,通过考察使用不同脂肪酸,防锈颜料及PVC 的选择等因素,得出水性醇酸防锈底漆优化配方。该配方表明:选择妥尔油酸为脂肪酸合成丙烯酸改性醇酸乳液有较好的综合性能。
0 引言
在日常生活中,处处存在着锈蚀现象。锈蚀是金属在水和氧的作用下而引起的一种氧化现象。每年有大量因锈蚀而报废的金属, 造成了巨大的经济损失,所以对金属防腐措施的研究十分必要。目前金属防锈的方法有电镀、搪瓷等,其中使用锈涂料是最经济、有效的方法。

醇酸树脂单体来源丰富、价格低廉、品种多样、配方变化多样,方便化学改性且性能优良,所以在涂料工业中一直占有重要地位[1]。醇酸树脂制成的漆膜有许多优点,如:柔韧性、流平性、丰满度好,光泽高等,但其缺点是干燥慢、耐水性、耐化学药品性差。丙烯酸树脂具有优良的耐水性、耐化学药品性及耐候性。采用丙烯酸(酯)改性醇酸树脂,可以制得干燥快、耐候性优良、保色性好、柔韧性好和硬度佳的树脂。其改性方法可分为共聚法和酯化法两种,其中酯化法又分为单甘油酯法和脂肪酸法。
本研究采用单甘油酯法合成丙烯酸改性醇酸乳液,介绍了不同脂肪酸和松香酸含量对乳液的影响及其在防锈底漆中的应用。

1 实验
1.1 主要原料
三羟甲基丙烷(化学纯)、间苯二甲酸(化学纯)、邻苯二甲酸酐(化学纯)、苯甲酸(化学纯)、丙二醇甲醚(化学纯):国药集团化学试剂有限公司;二甲基乙醇胺(化学纯):上海凌峰化学试剂有限公司;催化剂:进口;丙烯酸预聚体:自制;妥尔油脂肪酸、松香:亚利桑那化学产品(上海)有限公司;亚麻油脂肪酸、氧化铁红、滑石粉、沉淀硫酸钡:市购;改性磷酸锌、消泡剂、流平剂、增稠剂:进口。

1.2 设备和仪器
S312 变频调速电动搅拌器:上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司;SFJ-400 砂磨、分散、搅拌多用机:上海现代环境工程技术股份有限公司; Q-FOG: 美国QLab公司。

1.3 水性丙烯酸改性醇酸乳液的制备方法
1.3.1 水性丙烯酸改性醇酸乳液的配方
水性醇酸树脂的制备以植物油脂肪酸、三羟甲基丙烷、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸等为原料,基础配方如表1 所示。
水性丙烯酸改性醇酸乳液配方
1.3.2 制备方法
(1) 按照上述配方比例将三羟甲基丙烷、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、苯甲酸、回流二甲苯投入装有氮气管、温度计、搅拌棒和油水分离器的四口烧瓶中;
(2) 加热,同时通入氮气。升温至100 ℃时,物料融化并开始搅拌,停止通氮气。缓慢升温至200~210 ℃,回流2 h 后每1 h 测酸值, 待酸值为10 mgKOH/g 以下时,降温至140 ℃;
(3) 将自制丙烯酸预聚体,植物油脂肪酸投入四口烧瓶中;
(4) 缓慢升温至210~220 ℃, 回流2 h 后每1 h测酸值,待酸值为45 mgKOH/g 以下时,降温;
(5) 降温至合适温度加入丙二醇甲醚、氮甲基乙醇胺及去离子水,搅拌均匀后出料待用。

1.4 水性防锈底漆的制备
1.4.1 水性防锈底漆配方
以合成的丙烯酸改性醇酸乳液、水性助剂、水性催干剂、去离子水等为原料制备水性防锈底漆,其配方如表2 所示。
水性防锈底漆配方
1.4.2 水性防锈底漆的制备
将制备的水性丙烯酸改性醇酸乳液、氧化铁红、滑石粉、沉淀硫酸钡、磷酸锌、消泡剂投入砂磨罐,研磨细度至30 μm 以下,过滤出料后加入助剂至高速分散机上分散均匀,得到水性防锈底漆。

2 结果与讨论
2.1 脂肪酸的选择
实验分别用妥尔油脂肪酸和亚麻油脂肪酸合成水性丙烯酸改性醇酸乳液并对其性能进行比较。结果见表3。
不同脂肪酸底漆性能比较
由表3 可知,妥尔油酸底漆在耐盐雾、光泽、铅笔硬度性能上优于亚麻油酸醇酸漆。妥尔油脂肪酸来源于松树纸浆的副产物,因此妥尔油脂肪酸组分中会含有少量松香酸, 少量的松香酸存在可以提高漆膜硬度、耐盐雾等性能。

2.2 松香对漆膜性能的影响
为了了解外加松香能否达到同样的性能,实验用松香取代部分亚麻油酸合成乳液,并对其性能进行比较,结果见表4。
漆膜性能测试
由表4 可知,外加松香以取代部分亚麻油酸性能虽有上升,但随着添加量的增加,耐冲击性能下降,且耐盐雾性能上升并不明显。选用妥尔油酸合成丙烯酸改性醇酸乳液综合性能最佳。

2.3 防锈颜料的选择
防腐颜料的主要功能是防止金属腐蚀,提高漆膜对金属表面的保护作用。防腐颜料还可与某些漆料中的成分进行化学反应,生成性能稳定、耐水性好、渗透性小的化合物。常用的含铅、铬等重金属颜料具有优良的防腐性能,但都有毒,因此其使用范围受到限制。采用磷酸锌(或改性磷酸锌)和氧化铁系防腐颜料的混合体系,具有较好的防腐效果。图1 为水性醇酸防腐底漆耐盐雾性能样板。
防锈颜料耐盐雾性能比较
由图1 可知,改性磷酸锌和氧化铁红复配使用较氧化铁红有更好的耐盐雾性。这是因为磷酸锌能与铁离子等金属离子作用生成络合物钝化膜,这种致密的钝化膜不溶于水、硬度高、附着力优异,呈现出了卓越的防锈性能。

2.4 PVC 的选择
颜料体积浓度(PVC)对于防腐效果起着重要作用,是防锈涂料配方的主要参数之一。本实验比较了不同颜料体积浓度对漆膜性能的影响,结果见表5。
PVC 含量对漆膜性能的影响
由表5 可知,随着PVC 含量的上升,漆膜干燥时间降低,铅笔硬度增大,耐盐雾性先上升后降低。这是因为PVC 过低,颜填料之间存在空隙,不能形成防护层;而PVC 含量过高,树脂无法完全润湿分散颜填料,因此耐盐雾时间下降。本实验中,PVC 在40%~45%时,综合性能最好。

3 结语
本研究选择磷酸锌与氧化铁红为防锈颜料、PVC为40%~45%制备水性丙烯酸改性醇酸防锈底漆;对妥尔油酸、亚麻油酸及亚麻油酸外加松香酸进行对比试验。试验表明妥尔油酸合成丙烯酸改性醇酸乳液耐盐雾等性能优于亚麻油酸;外加松香以取代部分亚麻油酸性能虽有上升,但随着添加量的增加,耐冲击性能下降,且耐盐雾性能上升并不明显。因此选择妥尔油酸为脂肪酸合成丙烯酸改性醇酸乳液有较好的综合性能。

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