| 工藝及原材料選擇方法摘要：以無毒高效的三聚磷酸鋁為主要防銹顏料、苯丙乳液為基料研制成的綜合性能優(yōu)良的水性防銹涂料的制備工藝，并對影響涂料性能的諸因素進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：水性防銹涂料；三聚磷酸鋁；顏料體積濃度 1 前言 近年來，國內(nèi)相繼開發(fā)了一系列防腐蝕涂料，但大多為溶劑型。這類涂料除含有大量有機(jī)溶劑外，還含有許多有毒顏料，給環(huán)境造成污染。以苯丙乳液為主要基料配合無毒防銹顏料的水性防銹乳膠涂料，具有無毒、不燃、耐老化、耐化學(xué)腐蝕、附著力高等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前防銹涂料發(fā)展的重點(diǎn)。本文以無毒高效的三聚磷酸鋁為主體防銹顏料，苯丙乳液為基料，加入復(fù)合緩蝕劑，經(jīng)優(yōu)化組合配制成一種綜合性能優(yōu)良的水性防銹涂料，并對影響涂料性能的諸因素進(jìn)行了分析。 2 實驗部分 2.1 原料 涂料成膜物：苯丙乳液；顏填料：三聚磷酸鋁、鐵紅、碳酸鈣，均為工業(yè)級；助劑：醇酯-12、丙二醇、PK-100、六偏磷酸鈉、消泡劑、防沉劑、緩蝕劑等。 2.2 涂料配方 水性無毒防銹涂料配方見表10 表1 水性無毒防銹涂料配方 原料名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 苯丙乳液(固含量45％) 35~45 三聚磷酸鋁 6～16 氧化鐵 9～15 碳酸鈣 9～15 成膜助劑 2～4 分散劑 2.8 緩蝕劑 0.3～1 防沉劑 0.3 2.3 制備工藝 將顏填料、分散劑、成膜助劑、防沉劑與水混合攪拌均勻，在錐形研磨機(jī)內(nèi)磨至細(xì)度<60μm，制得色漿，再加入苯丙乳液、成膜助劑、緩蝕劑、消泡劑等，其分散均勻即得產(chǎn)品。 3 結(jié)果與討論 3.1 基料體系的選擇 近年來，一種較新的觀點(diǎn)認(rèn)為涂料與金屬表面間的濕附著力對防腐蝕起著重要作用，因而應(yīng)采用能較好阻止水界面作用的成膜物。一般來說，乳膠膜的吸水率愈高，其耐水性愈差。 由表2可以看出，苯丙乳液成膜較好，吸水率最低，本體系選用了苯丙乳液作為成膜物。 表2 不同乳液的耐水性 乳液晶種 干膜狀態(tài) 吸水率/% 苯丙乳液 透明，有細(xì)紋 2.27 EVA乳液 半透明，有細(xì)紋 2.46 純丙乳液 半透明，干裂 6.46 注：耐水性測定：將乳液涂在干凈的玻璃板上，厚2mm，自然干燥7d，放在水中浸泡24h取出，用濾紙揩干后稱量。 3.2 顏料體系的選擇 常用的含鉛、鉻等重金屬顏料具有優(yōu)良的防銹性能但都有毒，因此其使用范圍受到限制。采用三聚磷酸二氫鋁-鐵紅-碳酸鈣體系，其中氧化鐵作為物理防銹顏料，可以提高漆膜的致密度，降低可滲性；CaCO3為體質(zhì)填料，用以降低成本，改善漆膜功能；三聚磷酸鋁作為主體防銹顏料，與傳統(tǒng)防銹顏料相比，具有無毒、防銹性強(qiáng)、與樹脂相容性好等特點(diǎn)。由表3 可以看出，用三聚磷酸鋁代替鋅鉻黃，可以大大提高涂膜的耐鹽水性，這是因為鉻酸鹽對腐蝕離子(女如Na+、C1-等)的侵入比磷酸鹽更加敏感而造成的。三聚磷酸鋁中的P3O105-具有很好的化學(xué)活性，能與鐵離子進(jìn)行絡(luò)合，在陽極部位形成三聚磷酸鐵保護(hù)膜。 表3 銹顏料對涂膜耐蝕性的影響 防銹顏料 涂膜耐蝕性(3％NaCl-溶液浸泡) 三聚磷酸鋁 30d后涂膜無變化 鋅鉻黃 12d涂膜起泡 在進(jìn)行配方設(shè)計時，選用三聚磷酸鋁的含量分別為顏料總重量的20％、30％、40％，以便通過考察防銹性能采確定主體防銹顏料的最佳用量。 3.3 顏料體積濃度對防銹性能的影響 顏料體積濃度(PVC)對于防銹漆的效果起著重要作用。在臨界體積濃度以下時，防銹性能隨顏料體積濃度的增加而增加，超過臨界值，其防銹性急劇下降。因此一般的實際應(yīng)用均是低于臨界顏料體積濃度(CPVC).隨著各種顏填料的配比不同，其PVC和CPVC都有所改變，以下取PVC/CPVC的值分別為0.9、0.8和0.7，從中篩選最佳的PVC/CPVC配方。表4為9個試樣在鹽水(3％NaCl溶液浸泡)中的浸泡結(jié)果。 由表4可知，隨著三聚磷酸鋁含量和PVC/CPVC值的提高，涂膜耐鹽水性呈增加的趨勢，這是由于防銹顏料顆粒小，填充于涂膜中，并與樹脂相互作用，增加了涂膜的濕附著力和抗?jié)B性。當(dāng) PVC/CPVC為0.9，三聚磷酸鋁含量為40％時，涂膜的耐鹽水性最佳。 3.4 緩蝕劑對涂膜耐蝕性的影響 乳膠涂料涂覆在金屬表面，成膜初期易造成早期銹蝕，用于無銹金屬表面時必須添加緩蝕劑。常用的NaNO2等緩蝕劑，雖可解決早期銹蝕，但由于其強(qiáng)水溶性而殘留在漆膜中，極大地影響漆膜的耐鹽水性。而且NaNO2屬于陽極緩蝕劑，緩蝕效果與其用量有很大關(guān)系，若用量不足，還會促進(jìn)銹蝕，所以常常與其他類型的緩蝕劑配合使用(如陰極緩蝕劑、吸附型緩蝕劑等)，以尋求協(xié)同效應(yīng)。實驗中選擇了不同類型的緩蝕劑配制成復(fù)合型緩蝕劑Y，用量一般為0.3％～0.5％。表5是對配方中分別采用NaNO2和緩蝕劑Y對涂膜耐鹽水性的 對比實驗。 表5 緩蝕劑對涂膜耐鹽水性的影響 緩蝕劑 無 緩蝕劑X 緩蝕劑Y 成膜過程 試片出現(xiàn)銹點(diǎn) 試片無銹 試片無銹 浸漬3％鹽水 30min起泡 4d起泡 30d起泡 3.5 成膜助劑的選擇 苯丙乳液在冬季低溫下不能完整成膜，加入成膜助劑可以改善其成膜狀況。選用醇酯-12作為成膜助劑，其在水中和油中的分配系數(shù)居中，親水性強(qiáng)于純烴類助劑，可使乳液成膜最為完全.經(jīng)過測試，在同樣條件下，向乳液A中加入2％(按乳液量計)的醇酯-12，可使膠膜吸水率降為1.85％，能明顯提高涂膜的耐水性。 一般情況下，乳液的最低成膜溫度(MFFT)隨成膜助劑的用量增加而減小，但成膜助劑用量對乳膠涂料的凍融穩(wěn)定性有影響。表6是成膜助劑用量及加人防凍劑后對乳膠凍融穩(wěn)定性的影響。 表6 成膜助劑對凍融穩(wěn)定性的影響(粘度/mPa?s) 成膜助劑 初始 36h后 醇酯-12(2%) 85 200，有輕微的破乳現(xiàn)象 醇酯-12(4%) 120 成膠狀 醇酯-12(2%)+丙二醇(4%) 80 90 醇酯-12(4%)+丙二醇(4%) 110 破乳，失去流動性 注：成膜助劑百分量以乳液量為基準(zhǔn)；樣品在-20℃貯存；用NDJ-79旋轉(zhuǎn)粘度計測粘度。 由表6可以看出，當(dāng)成膜助劑用量為2％，丙二醇量為4％時，凍融穩(wěn)定性良好。 3.6其它助劑的選擇 在水性涂料中，顏填料不易被水潤濕，易產(chǎn)生聚集和絮凝，因此，分散劑的選擇及其用量是制備高質(zhì)量水性涂料的關(guān)鍵之一。比較了不同種類水性分散劑對顏填料體系的分散效果，結(jié)果見表70 表7 分散劑的應(yīng)用效果 分散劑 應(yīng)用效果 六偏磷酸鈉 有一定的分散效果， 但在水體系中不穩(wěn)定 PK-100 分散效果好，但易產(chǎn)生 泡沫、縮孔等現(xiàn)象 六偏磷酸鈉與PK-100按一定比例加入 對顏料分散可長期穩(wěn)定 由表7可見，六偏磷酸鈉與PK-100配合使用，對本體系有較好的分散效果。另外，根據(jù)需要，加入的還有防沉劑、消泡、防腐劑等。它們的用量很少(<1％)，卻能起平衡涂料性能的作用。助劑的選擇有一定的配套相容性，若配合不，會出現(xiàn)負(fù)面效應(yīng)，必須經(jīng)過大量試驗，以確定佳的助劑品種和配比。 4 技術(shù)性能指標(biāo) 水性防銹涂料的技術(shù)性能指標(biāo)見表8。 5 結(jié)語 (1)對乳膠涂料中的基料、顏填料體系及各種助劑進(jìn)行了選擇；在涂料配方中，隨著三聚磷酸鋁含量和PVC/CPVC值的增加，涂層耐蝕性增強(qiáng)，當(dāng)PVC/CPVC為0.9，三聚磷酸鋁含量為40％時，涂層的耐蝕性最佳； (2)三聚磷酸鋁防銹乳膠涂料在綜合性能上已達(dá)到或超過文獻(xiàn)中研制的水性乳膠涂料性能，它是一種具有良好防腐性能和環(huán)保適應(yīng)性的水性涂料，可為產(chǎn)品的繼續(xù)改進(jìn)以及工業(yè)化擴(kuò)大生產(chǎn)提供有效的理論數(shù)據(jù)。 |
