高固體分環(huán)氧防腐底漆的配方

中國新型涂料網(wǎng)訊：
0 前言

        隨著國內(nèi)大部分省區(qū)頻繁出現(xiàn)霧霾天氣，大氣污染的嚴(yán)重性已引起領(lǐng)導(dǎo)層的重視。近兩年來，國家和地方頻頻出臺環(huán)境保護(hù)政策，隨著新環(huán)境保護(hù)法的實施，涂料企業(yè)排污的成本將顯著增加。2015年1月26日，國家財政部和稅務(wù)總局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于對電池涂料征收消費稅的通知》(財稅〔2015〕16號)，自2015年2月1日起對涂料征收消費稅，在生產(chǎn)、委托加工和進(jìn)口環(huán)節(jié)征收，適用稅率均為4%(對施工狀態(tài)下VOC含量≤420 g/L(含)的涂料免征消費稅)。可見發(fā)展環(huán)境友好型低VOC涂料已是大勢所趨。石油化工傳統(tǒng)上使用的涂料多為醇酸樹脂涂料、氯磺化聚乙烯涂料、高氯化聚乙烯涂料、環(huán)氧煤瀝青涂料等。傳統(tǒng)的防腐蝕涂料產(chǎn)品在以往的使用中盡管有著令人滿意的防腐蝕性能，但是揮發(fā)性有機(jī)物含量較高，含有重金屬等的原料仍有使用。新型環(huán)境友好型重防腐涂料要求具有不含重金屬、不含致癌物、低VOC、干燥迅速、厚膜型施工等特點。高固體分涂料的應(yīng)用，可以在保證防腐蝕性能的同時，有效地解決目前石化行業(yè)涂裝過程中由于傳統(tǒng)溶劑型涂料帶來的安全隱患。在新建鋼結(jié)構(gòu)的工廠涂裝時，快速干燥的涂料體系以及厚膜型施工涂料能大大縮短涂裝工時，加快鋼結(jié)構(gòu)的涂裝、場地的周轉(zhuǎn)以及鋼結(jié)構(gòu)的運輸和安裝。

1.1 主要原材料

        6101環(huán)氧樹脂，三木；LITE 2020非活性樹脂改性劑、腰果酚改性酚醛胺固化劑，卡德萊化工；聚酰胺固化劑，空氣化工。

1.2 試驗配方(見表1)

1.3 制備工藝

       先加入配方量的6101環(huán)氧樹脂、樹脂改性劑、部分混合溶劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢�，然后加入配方量的防銹顏料、填料進(jìn)行高速分散，再加入有機(jī)膨潤土、氣相二氧化硅等助劑進(jìn)行高速分散，然后砂磨至細(xì)度≤40 μm，調(diào)節(jié)黏度合格后，過濾、灌裝制成甲組分。在攪拌鍋中加入配方量的腰果酚改性酚醛胺固化劑、聚酰胺固化劑、促進(jìn)劑和溶劑，攪拌均勻后過濾包裝制成乙組分。

1.4 樣板制作及性能測試

       將甲組分與乙組分按質(zhì)量比4∶1混合，充分?jǐn)嚢韬蟀礈y試要求制作試板，恒溫恒濕下調(diào)節(jié)7 d后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試性能。測試結(jié)果見表2。

技術(shù)性能測試結(jié)果

1.5 產(chǎn)品特性及用途

       高固體分防腐蝕環(huán)氧涂料具有優(yōu)異的防腐蝕性、耐化學(xué)品性，低VOC，不含重金屬及致癌物，安全環(huán)保，可以用于石油化工防腐體系、鋼結(jié)構(gòu)防腐體系等表面作高性能防腐蝕底漆。可采用厚涂兩道高固體分環(huán)氧底漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)氧富鋅體系/環(huán)氧云鐵中間漆體系，免去中間涂層，提升施工效率。

2 配方設(shè)計及分析

2.1 樹脂的選擇

       雙酚a型環(huán)氧樹脂分子中含有羥基和醚鍵，使其對底材具有較高的浸潤性和黏附力，耐化學(xué)品性能良好。結(jié)構(gòu)為剛性的苯環(huán)和柔性的烴鍵交替排列，從而賦予涂膜較好的物理機(jī)械性能，達(dá)到便于施工的目的。由于高固體分涂料使用的溶劑較少，體系的黏度較大，不便于施工，在選擇樹脂時就要注意降低黏性。在雙酚A型環(huán)氧樹脂中，E51、E44常溫下為黏稠態(tài)，其他型號的環(huán)氧樹脂基本為固態(tài)，但E51分子鏈中羥基含量較少，因為活性較低缺少催化作用。而E44在黏度、反應(yīng)活性都較為合適，可以用于制備高固體分涂料。

2.2 固化劑的選擇

        環(huán)氧防腐涂料最常用的固化劑為聚酰胺，其涂層的綜合性能優(yōu)良，但黏度偏大，施工中需要一定的活化期，低溫固化性能較差，一般需要反應(yīng)溫度在10℃以上；改性脂環(huán)胺、改性芳香胺的應(yīng)用也趨廣泛，其涂層耐化學(xué)性及防腐性能好，但柔韌性稍差，易發(fā)白影響重涂性能；酚醛胺固化劑固化速度快、黏度低、固化溫度低、對底材的表面處理要求不高，但是固化物的柔韌性不如聚酰胺。因而選擇腰果酚改性酚醛胺固化劑與聚酰胺固化劑配合使用，結(jié)合兩種固化劑的優(yōu)勢，取得了較好的效果。

2.3 稀釋劑的選擇

        高固體分防腐蝕環(huán)氧涂料即使是使用了低黏度的環(huán)氧樹脂，但其黏度仍然較大，達(dá)不到空氣噴涂的黏度要求，所以在制備高固體分環(huán)氧涂料時需要添加一定量的稀釋劑來調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂涂料的黏度。不揮發(fā)非活性環(huán)氧稀釋劑LITE-2020，是一種新穎的非活性不飽和長鏈醇醚，固體分為100%，腰果酚分子的長疏水脂肪側(cè)鏈賦予其極低的黏度，提供優(yōu)異的早期耐水性和防腐性能。在降低涂料VOC含量的同時能提升涂膜的機(jī)械性能和施工性。

2.4 顏填料的選擇

       高固體分環(huán)氧涂料在施工中一般為厚涂型，表干稍慢，使用有機(jī)顏料容易出現(xiàn)浮色發(fā)花等現(xiàn)象，產(chǎn)生涂膜弊病，因為選擇顏料是傾向于無機(jī)顏料，這里選擇鈦白粉，環(huán)保無毒。防銹顏料選擇復(fù)合鐵鈦粉，是一種環(huán)境友好型防銹顏料。其制備方法是以四氧化三鐵為載體，將納米粉體材料均勻地附著在載體上形成復(fù)合鐵鈦粉。載體中的磷酸根離子與鋼鐵基材反應(yīng)生成磷酸鐵鉻鹽，牢固附著在鋼鐵表面，并在鋼鐵表面被氧化成鈍化膜，阻止電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生，同時納米粉體可改善涂膜的整體結(jié)構(gòu)，使涂膜致密、平整而無針孔，起到良好的阻隔作用。在基本配方中添加不同含量的復(fù)合鐵鈦粉，測試其耐鹽霧性能，干膜厚度40 μm，結(jié)果如表3。

不同復(fù)合鐵鈦粉添加量對耐鹽霧的影響

        復(fù)合鐵鈦粉添加量超過10%后對耐鹽霧性能的提升幅度減小，考慮到成本，將添加量定在10%左右性價比較好。填料在防腐涂料中作用也很重要，這里選擇具有片狀結(jié)構(gòu)的滑石粉、絹云母粉，以及沉淀硫酸鋇。

        滑石粉為白色鱗片狀結(jié)晶，結(jié)構(gòu)中與氧結(jié)合的鎂原子夾在兩個片狀二氧化硅之間，形成層狀結(jié)構(gòu)，可延長腐蝕物質(zhì)的擴(kuò)散路徑，改善防護(hù)效果，但由于滑石粉吸油量較大，會增加涂料的黏度，添加量不宜過多，添加5%～10%已有較好的防腐效果。

       絹云母屬層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，結(jié)構(gòu)是由兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構(gòu)成的復(fù)式硅酸層。晶體為鱗片狀，富彈性，可彎曲，吸油量較小，具有良好的耐酸性、耐堿性，化學(xué)穩(wěn)定性好。層狀結(jié)構(gòu)可阻止水汽穿透，防止龜裂。絹云母的加工方法分為干法、濕法兩種工藝。兩種工藝的區(qū)別在于：干法工藝無法剔除伴生的石英等礦物雜質(zhì)，產(chǎn)品純度低；更關(guān)鍵的是絹云母的片狀結(jié)構(gòu)因干法研磨而被破壞，影響產(chǎn)品性能。而濕法工藝能夠有效保護(hù)片狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的徑厚比大。因而試驗中選擇濕法絹云母。試驗測試基礎(chǔ)配方中，比較添加不同量的濕法絹云母粉對涂膜性能的影響，測試結(jié)果如表4。

不同添加量的濕法絹云母粉對涂膜性能的影響

        根據(jù)試驗結(jié)果，絹云母粉的添加量在8%～10%即可達(dá)到最優(yōu)性價比。沉淀硫酸鋇是重晶石粉的合成產(chǎn)品，具有較好的耐酸、耐堿、耐熱性能，填充性好、流平性好，用于重防腐涂料中可增加涂膜的硬度和耐磨性，吸油量較低，添加量可適當(dāng)提升，降低成本。

2.5 PVC的控制

        涂料中除了片狀填料外，搭配多種防銹顏料和填料，不僅有助于控制成本，改善防沉性和施工性，更有利于調(diào)節(jié)涂料的PVC。根據(jù)基礎(chǔ)配方計算理論CPVC=38%。設(shè)計不同PVC配方進(jìn)行試驗對比，試驗結(jié)果見表5。

不同PVC對涂層性能的影響

        顏填料用量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提高；超過臨界體積濃度時，防銹性能反而會大幅下降�？紤]到機(jī)械性能和防腐性能的平衡，這里控制PVC為30%～35%，綜合性能最佳。

2.6 助劑的選擇

       高固體分環(huán)氧涂料對涂裝質(zhì)量、涂膜性能要求較高，為保證涂料良好的貯存穩(wěn)定性、涂裝質(zhì)量和涂膜性能，需要添加一定量的助劑。

       觸變型防沉劑可增加涂料的觸變性能，提高防沉性和抗流掛性，既保證貯存穩(wěn)定性，又能提升施工性能。這里選用有機(jī)改性膨潤土和氣相二氧化硅搭配使用。有機(jī)改性膨潤土經(jīng)過活化處理后，在溶劑中溶脹，通過邊緣的羥基形成氫鍵，產(chǎn)生觸變性，達(dá)到防沉作用，添加量0.5%～1%。氣相二氧化硅的表面有硅醇基，顆粒之間通過氫鍵互相結(jié)合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予涂料觸變性，產(chǎn)生防沉效果，添加量1%～2%。

      為提升涂料的干性，達(dá)到快速固化的效果，提升施工效率，需要添加固化促進(jìn)劑。這里選用美國空氣化工的K-54促進(jìn)劑，能夠顯著縮短環(huán)氧樹脂的固化時間。由于結(jié)構(gòu)中含有氨基基團(tuán)，使用時將其添加在固化劑中，添加量5%～10%。

       采用6101環(huán)氧樹脂和LITE 2020非活性環(huán)氧稀釋劑復(fù)配，腰果酚改性酚醛胺和聚酰胺作為固化劑，添加復(fù)合鐵鈦粉作為防銹顏料，選用絹云母粉和滑石粉等片狀填料，通過搭配流變助劑和固化促進(jìn)劑，研制出一種防腐性能優(yōu)異的高固體分環(huán)氧重防腐涂料，不含重金屬、無致癌物、低VOC排放，符合環(huán)保觀念，適用于石油化工和鋼結(jié)構(gòu)防腐體系。