【中国涂料采购网】摘要：以环氧树脂与丙烯酸单体接枝共聚得到的水性自干环氧丙烯酸树脂为防腐涂料基料、钛铁粉为防腐颜料制得水性高效防腐涂料。研究了树脂中环氧树脂的用量、涂料中防腐颜料的种类和用量对涂料防腐性能的影响。结果表明,树脂中环氧树脂E-44的用量为30%、钛铁粉的用量为5%时,防腐涂料具有优异的防腐性能和力学性能。
关键词:防腐涂料;环氧丙烯酸树脂;防腐颜料;钛铁粉
0前言
环氧树脂涂料固化后的涂膜具有硬度高、附着力强、电绝缘性好、耐水、耐化学品性能优异等特点,作为防腐涂料的基料使用最多。但在使用中人们发现环氧树脂存在一些缺点,比如固化膜的柔性不够(脆性大),耐紫外线、抗黄变的性能不佳,且价格较高和水性化困难等。针对环氧树脂这些问题,近年来国内外对环氧树脂进行改性,以提高其性能[1-8]。有效的改性方法是化学改性,即将两种或两种以上的物质通过化学键合作用结合在一起,这样不仅具备了各种成分的优势,而且不会出现相分离的现象。丙烯酸具有良好的物理机械性能,优异的耐寒性、弹性、柔韧性和耐有机溶剂性能,涂膜性能易于调节等优点,但防腐性能相对较差。本研究通过分子设计,将环氧树脂与丙烯酸酯类单体接枝聚合得到水溶性环氧丙烯酸树脂作为水性防腐涂料配方中的基料,配合少量的高效无毒防腐颜料钛铁粉,制得性能良好的防腐涂料产品。
1试验部分
1.1原料及试剂
环氧树脂E-44,江苏三木公司;丙烯酸类单体,化学纯试剂;钛铁粉,山东单县特种防腐颜料厂;氧化锌、硅铬酸铅、氧化铁红、滑石粉皆为国产工业级。
1.2水性环氧丙烯酸树脂的制备
先将计量的环氧树脂E-44用适量的丙酮溶解,转移到含有一定量的乳化剂和去离子水的三口烧瓶中,在80℃的恒温油浴中先加入20%的丙烯酸和酯类混合单体和40%的乳化剂和50%的过硫酸铵引发剂,至体系变蓝后,再逐渐滴入准确计量的丙烯酸和酯类单体、乳化剂,同时分批加入余下的引发剂,约3h滴完后再反应2h,然后加入氨水调节体系的pH值至7～8,最后将反应体系降温至室温即可。
1.3水性防腐涂料配方与性能
将颜填料、分散剂、去离子水和水性环氧树脂丙烯酸树脂混合,然后研磨至细度小于30μm,加入配方中其他组分,充分混匀后得到防腐涂料产品。按GB/T1727—1992方法,以马口铁片为底材,喷涂、刷涂或刮涂。参考配方及性能检测结果见表1、表2。
2结果与讨论
2.1环氧树脂用量对涂膜力学性能的影响
在水性环氧丙烯酸树脂的制备中,环氧树脂中的环氧基在一定的温度下可以与丙烯酸及其酯类的烯键开环聚合,得到热塑性环氧丙烯酸树脂。改变环氧树脂在树脂固体组分中的含量,得到一系列树脂,然后对其涂膜进行力学性能测试,结果如表3所示。表3结果表明,当环氧树脂的含量递增时,涂膜的硬度得以改善,而冲击性能和附着力在当环氧树脂的含量超过40%时有所降低。这是由于环氧树脂的刚性较大的原因引起的。考虑到环氧树脂的价格较高,其在树脂中的用量以30%为宜。
2.2防腐颜料对涂膜性能的影响
不同的防腐颜料具有不同的防腐机理,主要分为物理和化学防腐两种机理。防腐颜料对防腐涂料性能的影响见表4。钛铁粉的粒度为50～3000目,相对密度4.565,主要成分是钛铁的化合物,有的产品含一定量的铝、硅等金属,具有防腐效果好、用量少、价格适中、无毒等特点,可代替红丹粉、氧化铁红、云铁粉和三聚磷酸铝等防锈颜料,并可用于多种涂料防腐体系。表4结果表明,无毒的钛铁粉相对其他防腐颜料而言,具有较强的防腐蚀性能,这是因为铁钛粉具有物理防渗防锈和化学防锈双重防锈机理。其中浅色粉是通过无水聚磷酸盐中的磷酸根与钢铁表面的铁原子生成不溶的固体磷酸铁络盐,隔绝水、氧、氯等对钢铁的腐蚀起化学防锈作用[9]。纳米级的铁钛粉表面能很高,易与其他原子相结合,增加了涂层的致密性和抗离子渗透性。黑色粉的载体粉本身与红丹结构相类似,当用于钢铁表面时,还能提高与钢铁的亲和性。其缺点是密度大,易沉降,应注意与防沉剂配合使用。
2.3基料树脂种类对涂膜性能的影响
配方中加入5%钛铁粉作为防锈颜料,选用不同的基料树脂配制防腐涂料,研究树脂种类对防腐涂料性能的影响,试验结果见表5。表5表明,水性环氧丙烯酸树脂中参与共聚的环氧树脂具有独特的交联成膜和防腐机理,可使涂料具有突出的机械稳定性、冻融稳定性、成膜致密、疏水性和附着力、涂膜机械性能好、防腐性能和耐盐雾性能突出,综合性能优[2]。相对于醇酸、环氧和丙烯酸乳液,水性环氧丙烯酸树脂具有明显的性能优势。这是由于自干型醇酸、丙烯酸乳液膜的交联密度低,涂膜的封闭性相对较差,且醇酸树脂的耐候性差。自干型环氧的封闭性相对较好,但耐紫外线能力不足。环氧丙烯酸树脂结合了环氧树脂的高封闭性、强附着性与丙烯酸树脂强耐候性的优点,并在树脂中加入了具有自交联功能的单体,在涂膜中能很好地交联,使环氧丙烯酸涂料具有明显的综合性能。
3结论
(1)将环氧树脂E-44与丙烯酸树脂接枝共聚得到的水性丙烯酸改性环氧丙烯酸树脂,结合了环氧树脂、丙烯酸树脂二者的优点,具有优异的防腐和综合性能。当环氧树脂E-44在树脂中的质量分数为30%时,涂料的综合性能达到最优。(2)环保防腐涂料选用钛铁粉和磷酸锌无毒防锈颜料比传统氧化铁红和铬酸铅防锈颜料具有较好的防锈效果,选用钛铁粉防腐效果最好,用量最少,5%的用量可使该防腐涂料的防腐性能和机械性能处于最佳水平。
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