【中國涂料采購網】摘要：以環氧樹脂與丙烯酸單體接枝共聚得到的水性自干環氧丙烯酸樹脂為防腐涂料基料、鈦鐵粉為防腐顏料制得水性高效防腐涂料。研究了樹脂中環氧樹脂的用量、涂料中防腐顏料的種類和用量對涂料防腐性能的影響。結果表明,樹脂中環氧樹脂E-44的用量為30%、鈦鐵粉的用量為5%時,防腐涂料具有優異的防腐性能和力學性能。
關鍵詞:防腐涂料;環氧丙烯酸樹脂;防腐顏料;鈦鐵粉
0前言
環氧樹脂涂料固化后的涂膜具有硬度高、附著力強、電絕緣性好、耐水、耐化學品性能優異等特點,作為防腐涂料的基料使用最多。但在使用中人們發現環氧樹脂存在一些缺點,比如固化膜的柔性不夠(脆性大),耐紫外線、抗黃變的性能不佳,且價格較高和水性化困難等。針對環氧樹脂這些問題,近年來國內外對環氧樹脂進行改性,以提高其性能[1-8]。有效的改性方法是化學改性,即將兩種或兩種以上的物質通過化學鍵合作用結合在一起,這樣不僅具備了各種成分的優勢,而且不會出現相分離的現象。丙烯酸具有良好的物理機械性能,優異的耐寒性、彈性、柔韌性和耐有機溶劑性能,涂膜性能易于調節等優點,但防腐性能相對較差。本研究通過分子設計,將環氧樹脂與丙烯酸酯類單體接枝聚合得到水溶性環氧丙烯酸樹脂作為水性防腐涂料配方中的基料,配合少量的高效無毒防腐顏料鈦鐵粉,制得性能良好的防腐涂料產品。
1試驗部分
1.1原料及試劑
環氧樹脂E-44,江蘇三木公司;丙烯酸類單體,化學純試劑;鈦鐵粉,山東單縣特種防腐顏料廠;氧化鋅、硅鉻酸鉛、氧化鐵紅、滑石粉皆為國產工業級。
1.2水性環氧丙烯酸樹脂的制備
先將計量的環氧樹脂E-44用適量的丙酮溶解,轉移到含有一定量的乳化劑和去離子水的三口燒瓶中,在80℃的恒溫油浴中先加入20%的丙烯酸和酯類混合單體和40%的乳化劑和50%的過硫酸銨引發劑,至體系變藍后,再逐漸滴入準確計量的丙烯酸和酯類單體、乳化劑,同時分批加入余下的引發劑,約3h滴完后再反應2h,然后加入氨水調節體系的pH值至7～8,最后將反應體系降溫至室溫即可。
1.3水性防腐涂料配方與性能
將顏填料、分散劑、去離子水和水性環氧樹脂丙烯酸樹脂混合,然后研磨至細度小于30μm,加入配方中其他組分,充分混勻后得到防腐涂料產品。按GB/T1727—1992方法,以馬口鐵片為底材,噴涂、刷涂或刮涂。參考配方及性能檢測結果見表1、表2。
2結果與討論
2.1環氧樹脂用量對涂膜力學性能的影響
在水性環氧丙烯酸樹脂的制備中,環氧樹脂中的環氧基在一定的溫度下可以與丙烯酸及其酯類的烯鍵開環聚合,得到熱塑性環氧丙烯酸樹脂。改變環氧樹脂在樹脂固體組分中的含量,得到一系列樹脂,然后對其涂膜進行力學性能測試,結果如表3所示。表3結果表明,當環氧樹脂的含量遞增時,涂膜的硬度得以改善,而沖擊性能和附著力在當環氧樹脂的含量超過40%時有所降低。這是由于環氧樹脂的剛性較大的原因引起的。考慮到環氧樹脂的價格較高,其在樹脂中的用量以30%為宜。
2.2防腐顏料對涂膜性能的影響
不同的防腐顏料具有不同的防腐機理,主要分為物理和化學防腐兩種機理。防腐顏料對防腐涂料性能的影響見表4。鈦鐵粉的粒度為50～3000目,相對密度4.565,主要成分是鈦鐵的化合物,有的產品含一定量的鋁、硅等金屬,具有防腐效果好、用量少、價格適中、無毒等特點,可代替紅丹粉、氧化鐵紅、云鐵粉和三聚磷酸鋁等防銹顏料,并可用于多種涂料防腐體系。表4結果表明,無毒的鈦鐵粉相對其他防腐顏料而言,具有較強的防腐蝕性能,這是因為鐵鈦粉具有物理防滲防銹和化學防銹雙重防銹機理。其中淺色粉是通過無水聚磷酸鹽中的磷酸根與鋼鐵表面的鐵原子生成不溶的固體磷酸鐵絡鹽,隔絕水、氧、氯等對鋼鐵的腐蝕起化學防銹作用[9]。納米級的鐵鈦粉表面能很高,易與其他原子相結合,增加了涂層的致密性和抗離子滲透性。黑色粉的載體粉本身與紅丹結構相類似,當用于鋼鐵表面時,還能提高與鋼鐵的親和性。其缺點是密度大,易沉降,應注意與防沉劑配合使用。
2.3基料樹脂種類對涂膜性能的影響
配方中加入5%鈦鐵粉作為防銹顏料,選用不同的基料樹脂配制防腐涂料,研究樹脂種類對防腐涂料性能的影響,試驗結果見表5。表5表明,水性環氧丙烯酸樹脂中參與共聚的環氧樹脂具有獨特的交聯成膜和防腐機理,可使涂料具有突出的機械穩定性、凍融穩定性、成膜致密、疏水性和附著力、涂膜機械性能好、防腐性能和耐鹽霧性能突出,綜合性能優[2]。相對于醇酸、環氧和丙烯酸乳液,水性環氧丙烯酸樹脂具有明顯的性能優勢。這是由于自干型醇酸、丙烯酸乳液膜的交聯密度低,涂膜的封閉性相對較差,且醇酸樹脂的耐候性差。自干型環氧的封閉性相對較好,但耐紫外線能力不足。環氧丙烯酸樹脂結合了環氧樹脂的高封閉性、強附著性與丙烯酸樹脂強耐候性的優點,并在樹脂中加入了具有自交聯功能的單體,在涂膜中能很好地交聯,使環氧丙烯酸涂料具有明顯的綜合性能。
3結論
(1)將環氧樹脂E-44與丙烯酸樹脂接枝共聚得到的水性丙烯酸改性環氧丙烯酸樹脂,結合了環氧樹脂、丙烯酸樹脂二者的優點,具有優異的防腐和綜合性能。當環氧樹脂E-44在樹脂中的質量分數為30%時,涂料的綜合性能達到最優。(2)環保防腐涂料選用鈦鐵粉和磷酸鋅無毒防銹顏料比傳統氧化鐵紅和鉻酸鉛防銹顏料具有較好的防銹效果,選用鈦鐵粉防腐效果最好,用量最少,5%的用量可使該防腐涂料的防腐性能和機械性能處于最佳水平。
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