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鋼結構水性帶鏽防腐塗料制備與性能研究

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鋼結構水性帶鏽防腐塗料制備與性能研究

發布日期:2019-01-28 作者: 點擊:

塗料防腐是金屬防腐的重要途徑之一,為了獲得優良的防腐蝕效果,需要對待塗飾表面進行處理,這不僅耗時、耗力、降低了生産效率、提高了施工成本,而且鏽塵還會危害人體健康。即便如此,表面處理的結果可能還是滿足不了塗裝要求。而帶鏽塗料則正好彌補了這種缺陷,帶鏽塗料就是可在不經除鏽或者簡單除鏽的表面直接塗刷的防鏽塗料,該塗料施工前處理簡單、降低了施工成本,具有較大的實用價值,帶鏽塗料按防鏽的原理可以分為滲透型、轉化型、穩定型及功能型四類。轉化型帶鏽塗料含有可以與鐵鏽發生化學反應的成分,能将鐵鏽轉化為穩定的或者有保護作用的物質,使鏽蝕層成為堅實并能較好附着于鋼鐵表面的物質。研究表明,聚苯胺具有優異的防腐性能,極少用量即可實現較佳的防腐效果,因此,将聚苯胺作為防腐添加劑用于帶鏽防腐塗料既可提高防腐效果,延緩金屬的腐蝕速度,又可降低成本。


本研究以水性環氧乳液、丙烯酸乳液為主要成膜物,聚苯胺乳液為防腐添加劑,制備了水性聚苯胺帶鏽塗料。該塗料将環氧乳液與丙烯酸乳液的特性結合起來,提高了塗料的綜合性能,聚苯胺乳液直接添加入塗料,解決了聚苯胺與其他高分子乳液的相容問題和制備的防腐塗料的穩定性問題,提高了塗料的防腐性能。轉化液、聚苯胺中的酸和活潑氫可以促進環氧樹脂的固化,作為環氧乳液的固化劑工藝簡單,成本低。


1、實驗部分

   

1.1原料


苯胺(分析純),國藥集團化學試劑有限公司;過硫酸铵(APS分析純);鐵鏽轉化劑、聚苯膠乳液,自制;十二烷基苯磺酸(DBSA,工業級);十二烷基硫酸鈉(分析純);乙醇(分析純);水性環氧乳液,馬鞍山采石矶塗料有限公司;丙烯酸乳液(工業級)。

 

1.2帶鏽防腐塗料制備


取一定量的鐵鏽轉化劑與聚苯胺乳液,混合攪拌均勻30min,溫度控制在50-60℃。将其緩慢加到規定量的環氧乳液和丙烯酸複合乳液中攪拌均勻,再分别加入成膜助劑、分散穩定劑、鐵鏽轉化劑、消泡劑和增稠劑,溫度控制在65-80℃攪拌30-50min即得帶鏽塗料。

1.3測試與表征


按照GB/T 1973- 1993 漆膜耐水性測定法對塗膜的耐水性進行測試;按照GB/T 9286 1998 對塗膜的附着力進行測試(劃格法);按照國内标準GB/T6739-2006色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度;觀察塗層表面是否完全變黑對鐵鏽的轉化程度進行測試,刮開塗層觀察鐵片表面是否完全露出金屬色,以完全露出金屬基體色為100%;對試樣的鐵鏽轉化時間進行測試,将帶鏽塗料塗在帶鏽鐵片上,塗完開始計時,當鐵片上鐵鏽不再轉化,終止計時,這段時間即為轉化時間。


2、結果與讨論


2.1聚苯胺用量對塗膜性能的影響


采用水性環氧樹脂與丙烯酸乳液為塗料的主要成膜物質,以聚苯胺乳液為防腐添加劑,保持水性複合乳液的質量為55%(wt,質量分數,下同),以鐵鏽轉化劑含量為2%,制備帶鏽塗料。考察聚苯胺含量對塗料性能的影響,結果見表1。

表1  聚苯胺含量對塗料性能的影響

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由表可知,不含聚苯胺的塗料,表幹時間較長,硬度和附着力較低,耐水浸泡時間短,這是因為塗料中的環氧乳液沒有固化劑,無法完全固化,酸性轉化劑可能會促使其固化,但是轉化劑含量有限,而且會優先與鐵鏽反應,無法固化實幹導緻塗膜硬度、耐水性等各項性能較差。加人聚苯胺乳液後,聚苯胺中的氫及聚苯胺乳液中的酸均會促使環氧乳液固化,擔當環氧乳液的固化劑,此外,聚苯胺乳液中含有的乳化劑可以提高塗料的潤濕和滲透性能,增強塗料與基材的附着性,聚苯胺中含有的助乳化劑乙醇不僅可以提高塗料的滲透性能,還可以降低膜的幹燥時間。因而,聚苯胺的加入使塗膜的各項性能大幅度提高。另外,聚苯胺在塗料中還主要起防腐作用,它在金屬表面可以鈍化金屬、屏蔽腐蝕環境、阻礙電子傳遞、形成疏水吸附層、防止污物粘附,這使得聚苯胺具有優異的防腐效果。因此,加入聚苯胺後,塗層的耐水性顯著提高,防腐性能提高。但是,作為防腐添加劑,聚苯胺的用量是有限度的,加入量過多,乳液中含有大量的乳化劑、未反應完全的酸,殘留在塗層中,會導緻塗膜性能下降,而聚苯胺乳液的酸性決定了一旦其加入量過大,會引起環氧乳液的團聚,形成顆粒甚至凝膠。綜上:聚苯胺含量為1.2%為宜。


2.2成膜物含量對塗膜性能的影響


複合乳液作為塗料的成膜物,複合乳液的用量對塗料的性能有直接的影響。塗料中成膜物含量過低,則水含量高,成膜自然會差,成膜差,會導緻轉化劑無法均勻的在鐵片表面鋪展,無法在鐵片表面很好的停留,故轉化不好。另外,水含量過高,塗料穩定性和幹燥時間也會受到影響。但是成膜物含量過高,乳液黏稠,幹燥時間延長,對于本帶鏽塗料,環氧乳液沒有固化劑無法完全固化,而且塗料成本會上升,在滿足塗料各項性能的條件下,盡量降低塗料成膜物含量。在聚苯胺含量為1.2%的條件下,改變成膜物含量,制備帶鏽塗料,測試塗料性能,結果見表2和圖1。

表2成膜物含量對塗料性能影響

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由表2與圖1可知,成膜物含量低,則水含量高,由于水的蒸發熱高,使表幹時間延長,成膜差還導緻轉化劑無法将鐵鏽完全轉化,殘餘鏽層的存在加之成膜物少,使得膜的表觀差,均勻性、緻密性低,膜與基材的附着力低,耐水時間隻能達23h。随着成膜物含量的逐漸提高,膜表觀、表幹時間、轉化效果、硬度、附着力和耐水性都顯著提高,這是因為成膜物多,乳液粒子更易将疏松的鐵鏽潤濕、滲透、包裹,塗料中的轉化劑與鐵鏽充分接觸,更易轉化完全,鏽層被轉化成緻密并很好附着于基材表面的物質,相當于填料而成為塗膜的一部分,促使膜的硬度、附着力和耐水性提高。而成膜物增加,塗膜的厚度、緻密性增加,進一步提高了膜的硬度、附着力和耐水性。但是成膜物含量達到70%,由于過量的環氧乳液無法固化,因而,膜的硬度變低、耐水性變差,成膜物含量高導緻塗料稠度增加,表幹時間延長。故選擇成膜物含量為60%。


2.3鐵鏽轉化劑含量對防腐性能的影響


在聚苯胺含量為1.2%,成膜物含量為60%的條件下,改變鐵鏽轉化劑(丹甯酸與焦性沒食子酸複配)含量,制備帶鏽塗料,測試塗料各項性能,結果見表3和圖2。

表3鐵鏽轉化劑含量對帶鏽塗料性能的影響
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丹甯酸中苯環相連的3個羟基與Fe3+發生絡合作用,兩個鄰位酚羟基以O-形式與Fe3+形成一種穩定的五元網狀結構,即黑色丹甯酸鐵絡合物,具有很好的附着力,可與鋼鐵基體表面緊密結合,起到良好的防腐防鏽作用,隔絕了腐蝕介質中Cl-、O2和H2O等因素的影響。第3個酚羟基雖沒有與之絡合,但可使相鄰兩個酚羟基離解,從而進一步增加了絡合物的穩定性.

由圖2與表3可知,當塗料中鐵鏽轉化劑含量為2%時,即可達到較佳的轉化效果,11min可轉化完全,得到的塗料塗膜呈黑色,膜均勻、平整、光滑、光澤度高,耐水浸泡可以達到167h,耐鹽霧性超過300h;繼續提高鐵鏽轉化劑含量,酸性的鐵鏽轉化劑導緻乳液各項性能降低,塗膜性能劣化,因此鐵鏽轉化劑用量宜為2%。

   

 3、結語  

制備的鋼結構複合帶鏽塗料漆膜緻密且與金屬的交聯能力良好,該塗料具有無毒、無味、無有機揮發物(VOC)排放、無污染,無燃爆風險,施工安全方便,綠色環保的優點,具有廣闊的應用前景。

本文網址:http://www.fopam.com.cn/news/391.html

關鍵詞:塗料防腐,防腐塗料制備

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