單組份水性環(huán)氧防腐涂料配方中助劑的應(yīng)用研究

郭 亮

(圣大諾象國際貿(mào)易(上海)有限公司，上海，200131)

1 引言

水性環(huán)氧防腐涂料是指具有很強(qiáng)的防水防腐功效的涂料。在涂料制作的整個(gè)過程中，水性環(huán)氧樹脂的體系制成的涂層，在成膜后可以有效地阻斷水和氧氣與被涂物質(zhì)的接觸，減少被涂物質(zhì)的氧化過程，以達(dá)到防腐目的。大規(guī)模生產(chǎn)涂料時(shí)，除了樹脂體系外，助劑的添加和選用尤為重要，可以極大地提高整體體系的效果和功能。本文對(duì)于水性環(huán)氧防腐涂料的制備以及相關(guān)助劑的添加做一個(gè)簡(jiǎn)單的研究，意義在于明確助劑在涂料制作中的作用，同時(shí)總結(jié)出在制作涂料過程中如何使用助劑，以達(dá)到提升產(chǎn)品防腐性能的目的。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 原料

磷酸鋅(工業(yè)級(jí)，山東佳鵬石化有限公司)；改性三聚磷酸鋁(工業(yè)級(jí)，山東佳鵬石化有限公司)；氧化鐵紅(高純度，淄博魯創(chuàng)顏料有限公司)；云母粉(涂料專用，海城市興鑫石粉廠)；沉淀硫酸鋇(優(yōu)等級(jí)，宏昌電子材料股份有限公司)；DS-195L(天津赫普菲樂新材料有限公司)；水性環(huán)氧樹脂W-60(浙江安邦新材料發(fā)展有限公司)。

2.2 制備工藝

將預(yù)先稱量好的水、分散劑、潤濕劑和消泡劑加入容器中，開動(dòng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速至500r/min，按照配方比例順次加入磷酸鋅、改性三聚磷酸鋁、氧化鐵紅、滑石粉、云母粉及沉淀硫酸鋇，提高攪拌轉(zhuǎn)速至1500-2000r/min，等待研磨成漿后，再加入基材潤濕劑、增稠劑、流平劑、水性環(huán)氧樹脂等其他原料，至此水性環(huán)氧防腐涂料已經(jīng)制成，對(duì)已經(jīng)制備好的試劑，按照我們所需要分析的方向，進(jìn)行定點(diǎn)分析穩(wěn)定性、粘度、細(xì)度及動(dòng)態(tài)與張力等四個(gè)方面。

表1 單組份水性環(huán)氣防腐底漆配方參考配方

3 性能測(cè)試

3.1 穩(wěn)定性測(cè)試

分別取出四種樣品加入一定量的水，放置于試管中，將兩種樣品在離心機(jī)下進(jìn)行離心分離，轉(zhuǎn)速在2000-3000/h，分離20～30min，觀察對(duì)比。

3.2 粘度測(cè)試

將已經(jīng)制備好的試劑放置到25℃常溫下，進(jìn)行儲(chǔ)存，定期對(duì)試劑的粘度(單位/KU)情況分析，并對(duì)粘度變化做好記錄。

3.3 動(dòng)態(tài)與張力測(cè)試

按照試劑處理中的要求，將其與KrussB-100動(dòng)態(tài)表面張力儀結(jié)合，測(cè)量試劑表面張力。

3.4 細(xì)度測(cè)試

以刮板細(xì)度測(cè)量為基礎(chǔ)，對(duì)試劑細(xì)度測(cè)試工作作出科學(xué)分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 分散劑對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響

水性環(huán)氧防腐材料制備的過程中分散劑的添加用量較為重要[3]。添加分散劑(即助劑)的過程中需要以水作為助溶劑進(jìn)行攪拌，在攪拌過程中分散劑自身能夠?qū)Ψ哿项w粒進(jìn)行吸附包裹，這樣會(huì)使得粉料顆粒周圍產(chǎn)生了空間位阻，防止?jié){料產(chǎn)生二次凝聚現(xiàn)象，對(duì)提高涂料的整體穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定狀態(tài)具有極大的幫助。后期研究分散劑還能提高涂料的展色性和色澤上的飽滿度。添加分散劑與不添加分散劑是有本質(zhì)區(qū)別的，添加分散劑可以極大提升涂料的穩(wěn)定性，我們篩選了市面的A,B,C三種分散劑和我們公司的分散劑NOPCALL W-2730進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試對(duì)比，結(jié)果如表2。

表2 分散劑結(jié)構(gòu)對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響

4.1.1 分散劑對(duì)涂料穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)

添加分散劑的優(yōu)勢(shì)很明顯，目的就是為了使整個(gè)的粉料物質(zhì)分開，打散，使得體系中的粉料物質(zhì)更加均勻地分散于水和環(huán)氧樹脂中，提高整體涂料的穩(wěn)定性和均一性，而且后期研究表明，對(duì)涂料的噴涂施工極為有利，在色澤上也有利于后期色漿的調(diào)色和飽滿度。

4.1.2 分散劑對(duì)涂料穩(wěn)定性的劣勢(shì)

分散劑是提高涂料穩(wěn)定性的必需品，但是需要對(duì)其進(jìn)行合理控制，主要把控好分散劑的添加量以及添加方式。分散劑量的多少直接影響整個(gè)水性環(huán)氧防腐涂料的分散、展色和穩(wěn)定性能以及綜合成本高低，過多的分散劑會(huì)造成體系破乳及資源浪費(fèi)。而添加方式和攪拌速率能直接影響制備過程的成敗，所以對(duì)于控制添加量以及添加方式上，需要做更詳細(xì)的部署。

經(jīng)過研究，選擇我們公司專門用于開發(fā)水性工業(yè)漆的非理性分散劑NOPCALL W-2730，它不但能提高涂料體系的穩(wěn)定性，也能提高涂層的光澤度，非常適合于水性工業(yè)漆的要求，產(chǎn)品指標(biāo)如表3。

表3 NOPCALL W-2730性能參數(shù)

4.2 分散劑對(duì)涂料相容性的影響

涂料的生產(chǎn)過程中一般需要用到分散劑對(duì)無機(jī)顏料和有機(jī)顏料進(jìn)行分散，因此分散劑不僅對(duì)涂料的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，同樣也會(huì)對(duì)水性環(huán)氧防腐涂料的相容性產(chǎn)生影響。在制備好的涂料粘度變化中發(fā)現(xiàn)，不同種類的分散劑對(duì)涂料中的乳液樹脂具有不同的相容性，原則上來說環(huán)氧樹脂更適合非離子分散劑。在這種條件下，需要按照不同防腐涂料進(jìn)行不同的分散劑比較選擇，比如選擇與顏料和樹脂具有更好相容性的分散劑，將防腐劑與助劑的量加以控制，并根據(jù)實(shí)際施工工藝做好調(diào)整，才能從穩(wěn)定性和相容性上做到整體上的改變。我們對(duì)上述試劑做了粘度變化曲線以分析分散劑其對(duì)涂料相容性的影響如圖1。

圖1 分散劑對(duì)涂料相容性的影響

根據(jù)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，分散劑對(duì)涂料相容性的影響，主要體現(xiàn)在涂料粘度的變化上，試劑制備過程中發(fā)現(xiàn)3天后涂料粘度變大，14天以后試劑的粘度達(dá)到最高值，之后逐漸下降。在實(shí)際應(yīng)用中，涂料在80-100KU以下更有利于涂料保存和施工，低于80KU容易產(chǎn)生流掛和沉淀，高于100KU粘度過高不利于施工。更穩(wěn)定的粘度對(duì)涂料體系的穩(wěn)定性很重要。相容性差的分散劑，涂料長期保存后，分水比較嚴(yán)重，粉料產(chǎn)生沉淀，嚴(yán)重影響涂料性能和施工[1]。

4.3 消泡劑對(duì)涂料表面性能的影響

水性環(huán)氧防腐漆一般以噴涂進(jìn)行施工，在空氣壓力下，會(huì)在涂層表面產(chǎn)生大量的微小氣泡，良好的消泡劑既能在涂料制備過程中，消除機(jī)械泡，有利于生產(chǎn)、包裝和運(yùn)輸，又能在施工過程中抑制大量的氣泡，提高涂層成膜后的表觀效果[2]。我們通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)消泡劑SN-DEFOAMER 1311相比其他有機(jī)硅類型的消泡劑對(duì)環(huán)氧樹脂相容性更好，在其成膜過程產(chǎn)生氣泡少、表觀光滑，如圖2。

圖2 消泡劑對(duì)涂料表面性能的影響

消泡劑的種類繁多，不同類型的消泡劑適合體系不一樣，一般來說礦物油、有機(jī)硅類型消泡劑更適合高PVC體系的丙烯酸涂料，而對(duì)于高樹脂含量的防腐涂料，需要選擇相容性和抑泡性更好的消泡劑。我們公司研發(fā)的SN-DEFOAMER 1311更適合于環(huán)氧體系的涂料體系，具有更佳的相容性和對(duì)涂層光澤影響比較小的特點(diǎn)，具體參數(shù)如表4。

表4 NOPCALL W-2730性能參數(shù)

4.4 基材潤濕劑對(duì)材料表面性能影響

好的基材潤濕劑可以利用潤濕提高涂料的涂敷性能，因此在進(jìn)行助劑選擇時(shí)需要慎重。因?yàn)樵谡麄€(gè)水性環(huán)氧防腐材料制備過程中，高表面張力的水作為連續(xù)相，所以需要使整個(gè)涂料本身的表面張力降低到合適的范圍，以利于后期的施工。那么在選擇以及使用潤濕劑前，需要對(duì)涂料的水溶性體系做出分析，并按照要求進(jìn)行使用。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)涂料表面張力達(dá)到20-40mN/m時(shí)，涂料具有良好施工性能、更好的附著力和更優(yōu)異的漆膜耐水性。

本次實(shí)驗(yàn)選用我們公司的SN-WET 984和SN-WET 126對(duì)比市面上的B-35、B-38、T-41進(jìn)行動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)試，結(jié)果如圖3。

圖3 潤濕劑的動(dòng)態(tài)表面張力變化曲線

通過圖3可以看出，SN-WET 984和SN-126具有更好的表面張力，對(duì)涂料的表面張力下降更快，能夠更好的對(duì)基材進(jìn)行潤濕和滲透，提高漆膜的附著力。

在環(huán)氧防腐漆中，對(duì)基材潤濕性能要求更高，一般來說30mN/m以下的表面張力，對(duì)各種鋼材表面能進(jìn)行很好的潤濕，提高后期的防腐效果具有非常客觀的效果[3]。因此在潤濕劑的選擇上，選擇能夠有效降低表面張力到合理范圍內(nèi)的基材潤濕劑是重中之重[4]。兩種潤濕劑參數(shù)如表5。

表5 SN-WET 984和SN-126參數(shù)

5 結(jié)語

綜上所述，在水性環(huán)氧防腐涂料配置過程中，使用合理和有效的水性助劑能夠使整個(gè)水性環(huán)氧防腐涂料的制作更加經(jīng)濟(jì)化、產(chǎn)業(yè)化和高效化。并且能夠在提升水性環(huán)氧防腐涂料使用效果上有著顯著作用。通過本文的研究和分析后得出，在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下，通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，分散劑對(duì)于涂料穩(wěn)定性、相容性具有顯著影響，消泡劑對(duì)涂料表面的美觀性和光澤性有明顯影響，基材潤濕劑對(duì)于涂料后期的附著力，防腐性具有重要影響。總之，合適的水性助劑選擇對(duì)提高水性環(huán)氧防腐涂料的性能具有極大的影響，需要進(jìn)一步的深入研究。