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高性能低表面处理环氧涂料的制备和性能研究

来源:中海油常州涂料化工研究院有限公 作者:徐科,方健君,廉兵杰 时间:2019-10-12 点击:
导读:开发了一种用于表面处理达不到Sa2.5级钢结构表面的高性能防腐涂料,探讨了环氧树脂种类、C9石油树脂用量、固化剂种类和复配用量以及颜基比对涂层干燥时间、基本物理性能和低表面处理底材的附着力的影响。研究表明:以C9石油树脂替换20%的环氧树脂E-20的树脂体
低表面处理涂料主要针对在不可能完全达到喷砂级别Sa2. 5(ISO 8501-l:1988)时,可以涂覆在手工或动力工具打磨到St2和St3级别的表面和高压水喷射除锈表面以及在潮湿环境下或含有水膜表面的涂料。该类涂料作用的基本原理是采用渗透性较好的树脂为基料,配合渗透剂、极性溶剂使涂料具有良好的渗透性,能充分浸润和渗透锈层,并将其封闭,形成稳定的涂层。该类涂料必须具有良好的附着力和渗透性,足够的柔韧性,对旧涂层影响较小并且可以容忍较差的气候条件等特点。环氧树脂涂料体系是目前应用量最多、范围最广的重防腐涂料体系,尤其是低相对分子质量的液体环氧树脂,是高固体分及无溶剂重防腐涂料的常用树脂。在带锈涂装方面,环氧带锈涂料的制备是较成熟的技术,而带水涂装方面,双酚A型环氧树脂的结构中带有大量含有极性的羟基和醚键,即使在含水表面,也有较高的附着力,是带湿带锈涂料基体树脂的最好选择。随着社会经济的发展,对低表面处理涂料性能的要求进一步提高,逐渐向高性能长效防腐、高固含无溶剂化、绿色环保化、多底材通用性和多功能化方向发展。20 世纪末,国外就开发出成熟的多功能低表面处理环氧涂料产品,如:IP 的Interseal 670HS、Jotun 的Jotamastic87、PPG的Ameron 400和Sigmacover 620等。
我国从20世纪70年代就出现了带锈涂料,开始发展一直很缓慢,自主研发的带水带锈低表面涂料大多产品功能单一,应用局限性大,防腐效果不持久。随着近几年环保压力的加大,很多新建或维保的钢结构设施不允许或不适合采用喷砂进行表面处理,对低表面处理涂料的需求逐渐增大,国内学者也在不断积极探索低表面处理涂料领域。伍小军等[5]以双酚A型828树脂为基本树脂,采用腰果壳油改性胺类环氧固化剂和酮亚胺类固化剂进行有机结合,配以碳氢石油树脂、疏水性气相二氧化硅和硅烷偶联剂制备了可在飞溅区施工应用的环氧湿固化涂料。陈伟胜等以环氧树脂E-51为主剂,以自制改性多胺为固化剂,辅以增韧剂制备了潮湿基面用无溶剂环氧封闭底漆。方健君等[7]以双酚F环氧树脂、活性稀释剂、非活性稀释剂、特定的填料和助剂作为A组分,以改性酰胺基胺和酚醛胺作为固化剂,研制一种可水下施工固化的环氧涂料,该涂料在水下施工固化后具有优异的湿态附着力、防腐性能和抗阴极剥离性能,能够满足水下使用的要求。方倩等[8]以低黏度环氧树脂和腰果油改性胺固化剂为成膜物,选择合适的防锈颜填料、溶剂、助剂,制备了一种能够在含有少量锈、水(湿气)、油的底材表面上使用的涂料,该涂层不仅能够直接在带锈带湿带油的底材表面上进行良好的施工,而且具有长效的防腐性能。
虽然之前学者们研制的低表面涂料性能优异,但其适用的低表面种类均存在一定局限性,本研究的低表面环氧涂料具备较为广泛的低表面适用性,能满足多种低表面特异性,同时配方成本较低,具有较高的应用推广价值。本研究立足环氧树脂体系,以HG/T 4564—2013《低表面处理容忍性环氧涂料》为基础参照,从固体石油树脂的用量、环氧树脂筛选和相容性考察、环氧固化剂的选择和复配,到涂层颜基比的确定,制备了一种综合性能与国外同类低表面处理环氧涂料相当,而长效防腐性能尤其是带锈表面的防腐性能更为优异的低表面处理环氧涂料,其涂装施工性能优异,满足厚浆型涂料要求。

1 实验部分
1. 1 原料和仪器
环氧树脂E-20(75%)、环氧树脂E-44(100%)、环氧树脂E-51(100%):工业级,江苏三木;聚酰胺(115、125、140):工业级,亨斯曼;酚醛胺:工业级,卡德莱化工;分散剂ANTI-TERRA-U:工业级,毕克助剂(上海)有限公司;触变剂:工业级,浙江青虹新材料有限公司;体质填料(滑石粉、硫酸钡):工业级,山东淄博雍滨矿石;铁红:工业级,上海一品颜料有限公司;铝粉:工业级,章丘金属颜料有限公司;钛白粉:工业级,中国攀钢集团钛业有限公司;N-(3-氨丙基)吗啉(CAS:123-00-2):工业级,武汉远成共创科技有限公司;二甲苯、丙二醇甲醚:工业级,市售。数显分散机:T25,IKA;盐雾箱:CCT/600,美国Q-LAB公司;无空气喷涂机:QPT6525K,中国船舶重工集团长江科技有限公司。
1. 2 实验部分
1. 2. 1 涂料的制备
按表1配方预先将C9石油树脂用部分二甲苯制成石油树脂液,将环氧树脂、石油树脂液、分散剂、触变剂、防锈颜料、填料、剩余二甲苯和部分丙二醇甲醚混合均匀后,研磨至细度不大于60 μm,加入剩余丙二醇甲醚,高速搅拌均匀后即为低表面处理环氧涂料的A组分。
低表面处理环氧涂料A组分基础配方
1. 2. 2 低表面样板的制备
(1)带锈表面样板的制备
取3 mm厚冷轧钢板除油清洗后喷砂至表面清洁度达到Sa2. 5,按GB/T 1771—2007的规定进行14 d盐雾试验,取出后用约50 ℃热水边冲边用尼龙刷刷洗3 min后,再用自来水边冲边用尼龙刷刷洗5 min,然后在(105±2)℃条件下烘1 h,用气动旋转钢丝刷打磨,尽可能除去钢板表面锈迹,保留牢固附着的锈迹,用压缩空气吹去表面浮灰后,即制得带锈表面样板。
(2)潮湿表面样板的制备
取3 mm厚冷轧钢板除油清洗后喷砂至表面清洁度达到Sa2. 5,用自来水冲洗喷砂表面1 min,用压缩空气吹去表面多余水分,即制得潮湿表面样板。
将固化剂B组分按A与B质量比8∶1加入到A组分中,混合均匀后,空气喷涂在上述制备的低表面样板上,分2 道喷涂,控制每道涂层干膜厚度100~125 μm,总膜厚200~250 μm。
1. 3 测试与表征
1. 3. 1 耐盐雾试验
按GB/T 1771—2007 将制备的低表面样板放入盐雾箱中,1 000 h后取出,表面用水冲洗干净,自然晾干后,根据ISO 4628—2003《色漆和清漆涂层破坏的评定》的要求对涂层进行评定。
1. 3. 2 耐水试验
按GB/T 1733—1993 将制备的低表面样板放入去离子水中,240 h浸水试验后,取出样板用滤纸擦干,在散射日光下目视观察漆膜,未出现起泡、起皱、脱落、生锈、明显失光和明显变色等漆膜异常现象,则评为“无异常”
1. 3. 3 低表面涂装试验
(1)St2 表面涂装性能:选择表面有锈蚀的500 mm×500 mm×3 mm冷轧钢板,手动打磨至表面清洁度到St2等级,作为涂装试验面,用无空气喷涂方法涂装施工1道。如果漆膜表面平整,外观正常,并且与底材的拉开法附着力≥3 MPa,则评为“无异常”。
(2)潮湿表面涂装性能:取500 mm×500 mm×3 mm 冷轧钢板除油清洗后喷砂至表面清洁度达到Sa2. 5,用自来水冲洗喷砂表面1 min,用压缩空气吹去表面多余水分,作为涂装试验面,用无空气喷涂方法涂装施工1道。如果漆膜表面平整,外观正常,并且与底材的拉开法附着力≥3 MPa,则评为“无异常”。
(3)旧涂层表面涂装性能:取户外暴晒2 a以上的与底材附着良好的环氧涂料样板,样板大小500 mm×500 mm,用刷子将表面清理干净,用砂纸手动打磨去除旧漆膜表面粉化层作为涂装试验面,采用无空气喷涂方法涂装施工1 道。如果漆膜表面平整,无咬起、起皱等异常现象,并且与旧漆膜间划格试验≤1级,则评为“无异常”。
1. 3. 4 其他性能测试
按GB/T 1728—1979 测试干燥时间,表干按乙法,实干按甲法;按GB/T 6742—2007测试柔韧性;按GB/T 1732—1993测试耐冲击性;按GB/T 5210—2006测试附着力(拉开法);按GB/T 9286—1998测试附着力(划格法)。
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