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改性磷酸锌在水性环氧防腐涂料中的应用

来源:未知 作者:admin 时间:2019-08-05 点击:
导读:通过选用钼酸锌对磷酸锌防锈颜料进行改性,并将其应用于水性环氧防腐涂料中,制得了具有优异防腐功能的新型水性环氧涂料。研究了改性磷酸锌对水性环氧涂料的耐盐雾腐蚀性能的影响,确定了水性环氧防腐涂料的最佳PVC值,并使用SEM对防锈颜料及水性环氧涂料的性
改性磷酸锌在水性环氧防腐涂料中的应用
曾凡辉1,董中华1,2
(1.湖南省涂料工业协会,长沙 410004;2.湘潭市双马世纪新材料有限公司,湖南湘潭 411106)

0 前 言
磷酸锌作为一种性能优良的环境友好型防锈颜料已经在涂料领域被广泛应用,它能够替代含有重金属铅、铬等传统防锈颜料,使用在各类防锈底漆中。但普通的磷酸锌由于粒径较大,一般为15~45 μm,比表面积小,且其水中的溶解度较低,水解性差,腐蚀前期形成钝化保护膜的速度较慢,从而影响涂料的整体防锈性能,故难以全面取代有毒的防锈颜料,需要对其进行改性。
近年来,随着国家一系列环保法律法规的颁布实施,涂料中有机挥发分(VOC)的排放已经受到很大的限制,低VOC或无VOC排放的水性涂料得到了极大发展,但是水性防腐涂料由于自身树脂、助剂的亲水性,使得水性涂料的耐盐雾性能表现不佳,需要高性能的防锈颜料提高水性涂料的防腐性能。
本文通过选用钼酸锌颜料对磷酸锌进行改性,并在水性环氧防腐涂料中进行应用研究,大大提高了磷酸锌颜料的防锈性能,满足了水性环氧底漆的防腐需要。

1 实验部分
1.1 主要原材料及基本配方(见表1)
水性环氧树脂、胺固化剂,工业级,珠海吉力;分散剂,工业级,江苏华跃;消泡剂、湿润剂,工业级,德国毕克;氧化铁红、改性磷酸锌,工业级,湘潭双马世纪;防沉剂、防闪锈剂、增稠剂,工业级,海名斯-德谦;去离子水,自配。
水性环氧防腐涂料基本配方
1.2 水性环氧涂料的制造工艺
按配方量称取去离子水、分散剂、消泡剂、防沉剂、氧化铁红、改性磷酸锌和其他颜填料,中高速分散均匀,研磨至细度≤40 μm。在制成的涂料中加入水性环氧树脂及其他剩余助剂和适量的去离子水,低速分散均匀,调整黏度120~150 s(涂4#杯),过滤出料。所制得的漆料组分与水性胺类固化剂组分按3∶1的比例(质量比)配制成环氧防腐底漆。
1.3 性能测试
涂料按GB/T 1727的要求喷涂于试板上,按国标GB/T 5210涂层附着力的测试法(拉开法)测试附着力,按国标GB/T 1771测试耐盐雾性能,按国标检测其他常规机械性能。

2 结果与讨论
2.1 改性磷酸锌水性环氧涂料耐盐雾性能研究
在具有氧化性的离子体系中,钼酸盐的氧化能力和防锈机理和铬酸盐相似[3],但其具有无毒环境友好的优势。钼离子的存在可以增加钢铁表面的耐极化性能,减少钝化所需的临界电流密度以及增加钝化膜的稳定性,钼酸锌的防腐作用示意图如图1所示。
钼酸锌促进钢铁表面钝化形成示意图
磷酸锌和钼酸锌的防锈机理与铬酸锌类似,但磷酸锌初期防腐作用缓慢,其防腐作用机理为,腐蚀初期,钢铁表面产生局部阳极和阴极,使溶解的铁盐和亚铁盐发生水解,释放出的质子与磷酸锌产生磷酸和锌离子,锌离子和铁离子现场难溶性络合物沉淀Fe[Zn3(PO4)],起到阴极保护作用。而钼酸锌的活性比磷酸锌更高,它不但可以和铁离子形成络合物,起到阳极钝化作用,而且产生的钼酸根可以和铁锈反应生成杂多酸类的络合物,从而起到稳定铁锈的作用。磷酸锌改性前后制得的水性环氧防腐涂料耐盐雾腐蚀500 h后的结果如图2所示。
不同防锈料样板耐盐雾腐蚀性能对比
由图2可知,添加普通磷酸锌的水性环氧防腐涂料耐盐雾500 h后板面锈蚀比较严重,划痕处腐蚀宽度大于2 mm,而添加了钼酸锌的改性磷酸锌耐盐雾500h后划痕处腐蚀宽度<2 mm。主要是因为改性磷酸锌中的钼酸锌和磷酸锌之间可以发挥协同防腐效应,起到最佳的防锈效果。
2.2 改性磷酸锌水性环氧涂料PVC值的确定
改性磷酸锌防锈颜料在涂料中的不同用量对涂料性能有着较大影响,涂料中颜填料的用量一般用PVC(体积颜料浓度)表示。不同改性磷酸锌防锈颜料用量对涂料性能影响如表2所示。
从表2可知,随着PVC值的增大,涂膜耐盐雾的起泡性逐渐降低,而锈蚀性却逐渐增大,且柔韧性、附着力和耐冲击性均逐渐降低。这是因为在低PVC值的情况下,涂层中聚合物树脂基料的数量可足以包覆涂层中的颜填料颗粒,此时涂层为一连续致密的膜,而当涂膜中的颜填料体积浓度超过CPVC(临界体积颜料浓度)值时,涂膜的渗透率和锈蚀增加[5]。由表2可知,改性磷酸锌制得的水性环氧防腐涂料配方最佳的PVC值为38%,此时涂料具有较好的机械性能和耐盐雾腐蚀性能,综合性能最佳。
水性环氧涂料PVC值对性能的影响
2.3 改性磷酸锌防腐颜料的性能表征
2.3.1 磷酸锌防锈颜料改性前后的SEM图(见图3)
磷酸锌改性前后SEM图
由扫描电镜图3可知,未经改性的磷酸锌防锈料颗粒较大,而加入钼酸锌颜料,采用先进生产设备及加工工艺,制得的改性磷酸锌防锈颜料颗粒较小且细度均匀。颜料颗粒小,则比表面积大,与金属底材接触面积也大,防腐效果更佳。
2.3.2 磷酸锌改性前后制得的水性环氧SEM图(见图4)
不同水性环氧磷酸锌防腐涂料SEM图
经过表面改性处理的磷酸锌防锈颜料,在涂料中分散性能好。由扫描电镜图4可见,未改性处理的磷酸锌防锈颜料在水性环氧涂料中有团聚现象,分散不均匀,粒子和涂料基体树脂的相界面明显。而经过表面改性处理的防锈颜料在涂料中分散比较均匀。
2.4 制得的水性环氧防腐涂料主要性能指标
使用改性磷酸锌制得的水性环氧防腐涂料主要性能指标如表3所示。
水性环氧防腐涂料主要性能指标
由表3可知,改性磷酸锌制得的水性环氧防腐涂料综合性能优异,达到溶剂型环氧涂料的防腐水平。

3 结 语
使用钼酸锌改性磷酸锌防锈颜料,水性环氧防腐涂料的耐盐雾性能可达500 h以上;当水性环氧防腐涂料的PVC值为38%时,涂料具有最佳的综合性能。

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