0 引 言

現(xiàn)代涂料工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)是高性能化與低污染化的涂料品種取代污染性、傳統(tǒng)性的溶劑型涂料品種。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益迫切和嚴(yán)格 , 開(kāi)發(fā)無(wú)溶劑型 , 即不含揮發(fā)性有機(jī)物 (V O C) 或不含有害的空氣污染物 (H A P) 的涂料成為新的研究方向 , 無(wú)溶劑超厚膜型涂料具有無(wú)空氣污染、安全無(wú)毒、施工工具易于清洗等優(yōu)點(diǎn) , 可替代目前廣泛使用的溶劑型涂料 , 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。超厚膜涂料 [1] 是指噴涂一道涂料的干膜厚度大于 1 mm 的涂料 , 使用時(shí)常選擇噴涂干膜厚度為 2 ～ 3 mm , 甚至更厚 , 以達(dá)到長(zhǎng)期使用、無(wú)需維修的效果。本文配制了一種無(wú)溶劑超厚膜型環(huán)氧重防腐涂料 , 該涂料不使用有機(jī)溶劑 , 有效避免了因有機(jī)溶劑揮發(fā)而造成的針孔 , 提高了涂層的密閉性 , 且單道涂膜厚度可達(dá) 1 250 μ m 。并測(cè)試了涂層的基本物理性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料：環(huán)氧樹(shù)脂 (601 、 604 、 E51 、 618 、 634 、 6101), 廊坊諾爾信化工公司 ;S H B 液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂 , 日本 D N T 涂料公司 ; 顏料 , 拜耳 ( 上海 ) 公司 ; 硅基聚合劑、改性聚酰胺 , 添加劑 , 青島迪恩特海洋防腐涂料公司。

儀器：涂廠(chǎng)、鍍層測(cè)厚儀 (M C 2000C 型 ), 山東濟(jì)寧科電儀器廠(chǎng) ; 錐形磨 (Q Z M 型 ), 天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng) ; 漆膜附著力測(cè)驗(yàn)儀 (Q F Z 型 ) 、磨耗儀 (Q M H 型 ) 、漆膜沖擊器 (Q C J 型 ) 、漆膜搖擺式硬度計(jì) (QBY 型 ), 天津偉達(dá)試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)部分

先將環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑按一定比例裝入反應(yīng)釜中 , 使其充分混溶后加入一定量的顏填料 , 繼續(xù)攪拌 0.5 h, 再將混合物加入到錐形磨中研磨分散至規(guī)定的細(xì)度 , 再補(bǔ)加一定量的硅基聚合劑、添加劑等助劑進(jìn)行混溶處理后得到成品。其參考配方如表 1 。對(duì) SHB 涂層的進(jìn)行基本性能測(cè)試 , 結(jié)果見(jiàn)表 2 。

表 1 超厚膜涂料底漆的參考配方

表 2 無(wú)溶劑超厚膜環(huán)氧 (SHB) 涂層基本性能

注：密度和黏度均在 20 ℃ 下測(cè)定。

1.3 基礎(chǔ)物性測(cè)試

對(duì) SHB 涂層進(jìn)行物理性能測(cè)試 , 結(jié)果見(jiàn)表 3 。

表 3 無(wú)溶劑超厚膜環(huán)氧 (SHB) 涂層物理性能

注：抗沖擊試驗(yàn) , 錘重 2 kg , 高度 1.1 m ; 耐磨試驗(yàn) , 物重 1 kg , 轉(zhuǎn)速 1 000 r/min 。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)涂料性能的影響

環(huán)氧樹(shù)脂有優(yōu)良的附著力和低收縮率 , 對(duì)水、中等酸、堿和其他溶劑有良好的耐蝕性和抗?jié)B透性 , 可以與多種固化劑配合使用 , 成膜性好 , 能同各種樹(shù)脂、填料和助劑良好地混溶而配制成一系列常用的水性化和厚膜化等環(huán)保型重防腐涂料。通過(guò)一系列的物理和化學(xué)改性 , 可以改善其耐候性差、易粉化、高溫下承受強(qiáng)腐蝕介質(zhì) ( 強(qiáng)酸、堿和溶劑 ) 能力差等缺點(diǎn) , 奠定了其在重防腐涂料中的主導(dǎo)地位。環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)涂層性能影響較大。要一次形成較厚的涂層 , 不僅要考慮涂料的觸變性能 , 同時(shí)應(yīng)注意涂料的固含量、黏度以及厚膜涂料的韌性、附著強(qiáng)度等。相對(duì)分子質(zhì)量較大的環(huán)氧樹(shù)脂 , 由于其固含量較低 , 雖然涂層韌性及防腐蝕性能較好 , 但一次成膜較薄 ; 雖然可以提高涂料的固含量 , 但最后形成的涂層較脆 , 耐沖擊性能較差 , 而且在觸變劑相同的條件下 , 采用該類(lèi)樹(shù)脂 , 施工過(guò)程中更容易流淌 , 對(duì)形成厚膜不利。經(jīng)多次篩選對(duì)比 , 本試驗(yàn)選擇了高分子量環(huán)氧樹(shù)脂和低分子量環(huán)氧樹(shù)脂相搭配 , 使得底漆既有好的機(jī)械性能 , 又有較好的附著力。

2.2 固化劑對(duì)涂料性能的影響

環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)異的性能只有與適當(dāng)?shù)墓袒瘎┡浜虾蟛拍荏w現(xiàn)出來(lái) , 使用不同的固化劑 , 環(huán)氧樹(shù)脂所反映出的性能差別很大 , 固化劑的結(jié)構(gòu)與品質(zhì)將直接影響環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用效果。海洋環(huán)境下用的重防腐涂料大多為現(xiàn)場(chǎng)施工 , 因此多采用室溫和低溫固化劑 , 即主要為胺類(lèi)固化劑。脂肪族胺類(lèi)固化劑由于毒性較大且受溫度和潮濕條件的限制 , 不易于操作 , 因此較少使用 ; 而芳香族胺類(lèi)固化劑由于大部分是固體 , 難與樹(shù)脂混合 ; 環(huán)氧重防腐涂料中經(jīng)常使用的是聚酰胺類(lèi)固化劑 , 其固化過(guò)程主要是通過(guò)聚酰胺末端的伯、仲胺上的氫與環(huán)氧基反應(yīng)。

2.3 顏料的種類(lèi)、含量及粒度對(duì)涂料性能的影響

顏料對(duì)涂料的儲(chǔ)存性、施工性及涂膜的物理機(jī)械性能等有較大的影響 , 對(duì)涂膜的吸濕性及阻燃性也有一定的影響。涂料中顏料的含量對(duì)涂層的物理性能也有一定的影響 , 無(wú)溶劑型環(huán)氧涂料要求一次涂覆便達(dá)到一定的厚度 , 應(yīng)加入足夠量的顏料 , 但含量過(guò)高時(shí) , 涂層的耐沖擊能力迅速下降 , 同時(shí)涂層的光澤、致密性均會(huì)下降 , 同時(shí)還要保證顏料的體積濃度相對(duì)較低 , 由于要求一次成膜超過(guò) 1 000 μ m, 因此應(yīng)選擇較細(xì)的顏料 , 試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)顏料細(xì)度在 800 目以上時(shí) , 涂層的抗流掛性能顯著提高。本試驗(yàn)綜合考慮初后期的防銹性能、降低涂膜的透氣性等因素 , 選用了粒度 1 000 目左右的磷酸鋅、云母氧化鐵和三聚磷酸鋁作防銹顏填料 ,P V C 控制在 35% ～ 40% 。

2.4 觸變劑對(duì)涂料的影響

要使涂料一次形成較厚的涂層 , 觸變劑起著極為關(guān)鍵的作用 , 然而 , 觸變劑的用量亦不是越多越好 , 當(dāng)其用量過(guò)大時(shí) , 涂料不經(jīng)攪拌 , 幾乎就沒(méi)有流動(dòng)性 , 增加了噴涂施工的難度 , 嚴(yán)重時(shí) , 會(huì)滯留在輸漆管道內(nèi)無(wú)法排出 , 從而損壞噴涂裝置 , 且涂刷涂層表面平整性較差 , 刷痕嚴(yán)重 , 光澤性也達(dá)不到要求。因此 , 觸變劑的用量應(yīng)適當(dāng) , 以既可達(dá)到厚涂層要求又可滿(mǎn)足施工噴涂要求為準(zhǔn)。常用的觸變劑有：氫化蓖麻油、有機(jī)膨潤(rùn)土、氣相二氧化硅、聚酰胺蠟和改性脲溶液等。其中氫化蓖麻油對(duì)溫度的變化比較敏感 ; 改性脲溶液性能較好 , 添加方便 , 但價(jià)格較高。為了得到良好的觸變性能 , 還要在配方中加入控制絮凝的潤(rùn)濕分散劑 , 使得整個(gè)涂料體系形成可控絮凝狀態(tài)。由可控絮凝形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) , 可進(jìn)一步改善涂料的抗流掛性能。常用的助劑有 BYK 公司的 Anti-terra203,Henkel 公司的 923S 等。

2.5 硅基聚合劑的作用

用硅基聚合劑 ( 聚硅氧烷 ) 來(lái)改性環(huán)氧樹(shù)脂 , 能大大改善環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性、耐水性、韌性、耐候性等性能。通常聚硅氧烷和環(huán)氧樹(shù)脂的相容性較差 , 不易共混 , 因此采用反應(yīng)的方法來(lái)改性。在催化劑作用下 , 由低分子量聚硅氧烷的烷氧基、羥基、氨基、羧基、巰基等活性基團(tuán)與低分子量的環(huán)氧樹(shù)脂的仲羥基及環(huán)氧基反應(yīng)而得。有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、耐熱性、耐水性和粘結(jié)性能 , 可用于高溫、高濕、溫度劇變環(huán)境下使用的防護(hù)涂料和絕緣材料。

2.6 增韌劑對(duì)涂料性能的影響

選擇增韌劑首先要考慮其黏度 ; 其次要考慮其性能 , 如增韌效果、耐介質(zhì)性能等 ; 最后還要綜合考慮成本等因素 , 如 C T B N 增韌就非常成熟 , 增韌效果也較好 , 但其價(jià)格較高 , 黏度也較大。聚丙二醇縮水甘油醚 , 增韌效果好 , 黏度低 , 但耐介質(zhì)效果較差。本試驗(yàn)選擇聚氨酯增韌 , 不僅效果好 , 使得涂層機(jī)械強(qiáng)度和冷熱交變性能都有很大的改善 , 且耐介質(zhì)性也有提高 , 成本也較合適。

2.7 填料的選用對(duì)涂料性能的影響

填料的選用 , 主要考慮屏蔽性能、耐介質(zhì)性能以及吸油度。如云母粉由于其片狀結(jié)構(gòu) , 能很好地賦予涂層屏蔽性能和力學(xué)性能 , 且耐介質(zhì)性能好 , 吸油度較高 , 容易增加體系的黏度 ; 沉淀硫酸鋇吸油度低 , 填充量大 , 可提高涂層的耐磨性 , 屏蔽紫外線(xiàn) , 耐介質(zhì)性能好 ; 滑石粉吸油度大 , 耐介質(zhì)性能好 ; 硅微粉則吸油度低 , 耐介質(zhì)性能好。

3 結(jié) 論

本文對(duì)環(huán)氧重防腐涂料各組分作用進(jìn)行了深入的分析 , 結(jié)合海洋環(huán)境下的涂裝實(shí)際 , 對(duì)各組分對(duì)涂層性能的影響進(jìn)行了分析。無(wú)溶劑超厚膜環(huán)氧涂料固含量高 , 無(wú)溶劑揮發(fā) ,V O C 含量極低 , 一次涂裝能達(dá)到 1 200 μ m 以上 , 減少施工涂裝道數(shù) , 既縮短了工期 , 又有效地減少了環(huán)境污染。該涂層干燥后收縮率低 , 抗?jié)B透性能好 , 綜合物理性能優(yōu)異。 （王犇 1 , 李 震 2 , 劉 志 3 , 楊小剛 4,5 ）