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无溶剂环氧饮水舱涂料的制备介绍了无溶剂环氧饮水舱涂料的配制

2021年07月09日 延安机械设备网

无溶剂环氧饮水舱涂料的制备,介绍了无溶剂环氧饮水舱涂料的配制

0 前 言

为进一步清洁空气,满足国际化环保涂料的发展需求,国家将在“十二五”期间逐步制订相关政策法规,以此加强控制与减少VOC的排放。随着涂料行业的快速发展,无溶剂、高固体分、粉末、水性、光固化等低污染型涂料也越来越被人们所注重。

船舶长期处于恶劣的海洋环境中,经常受到海水和海洋大气的腐蚀,特别是船舶饮水舱空间狭窄,阴暗潮湿,钢铁极易腐蚀,这与我国目前各类船舶饮水舱所大多采用的传统的溶剂型涂料来说,其挥发出的有机溶剂在环境、水质及人体的健康上均带来了一定程度的污染和不利于卫生安全的因素涂料在线coatingol.com。

而无溶剂环氧饮水舱涂料作为一种不含挥发剂的液体涂料,由于固体含量极高而大大降低了溶剂的滞留,成膜后慢性挥发的物质少,低VOC排放,防腐性能优异,无毒、不污染水质,为饮水舱内的空气质量、防腐性及水质的卫生安全提供了可靠的保障,在防腐和环保要求较高的各类船舶饮水舱、压载水舱、淡水柜、食品容器内壁等方面得到了广泛的应用。

本文研制了一代新型高性能环保涂料——无溶剂环氧饮水舱涂料具有优良的耐水、防腐功能,无异味、异色和异常,适用于船舶的饮水舱、压载水舱、各种淡水柜及食品贮存室内壁等。

1 试验部分

1.1 配方的确定及制漆工艺

1.1.1 参考配方

根据确定的技术路线及各组分的理论用量,经多次试验确定基本配方如表1。

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1.1.2 制漆工艺

按配方工艺单的A组分比例将环氧树脂A、B和活性稀释剂混合,投入反应釜中,常温下搅拌均匀。然后依次加入颜料、填料及各种助剂,均匀分散,再进行砂磨研磨至≤80 μm。最后根据产品指标调节黏度(一般控制黏度在3~5 Pa·s),黏度合格后过滤包装。使用时,按mA组分∶mB组分=100∶15比例混对即可。

1.2 性能技术指标

按照比例配漆制板,依据GB/T5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》中相关技术指标要求,对无溶剂环氧饮水舱涂料进行性能的测试,检验的具体性能结果如表2所示。

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从表2的具体性能验证试验结果可以看出,无溶剂环氧饮水舱涂料涂膜坚韧、附着力强、密封性能佳、防化学腐蚀性能优异以及低污染化的结构完全可以满足重防腐和卫生安全要求,其低VOC特性可降低对环境的危害,起到了特殊的防护效果。

1.3 卫生安全性指标

依据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)附录A方法配制浸泡水,将抽取的无溶剂环氧饮水舱涂料样品浸在浸泡液中进行卫生性能的检测。浸泡时间(24±1) h,浸泡温度(25±5) ℃,检测的具体卫生指标结果如表3所示。

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无溶剂注:此为第30 d的检测结果。

环氧饮水舱涂料从表3的检测结果可以表明,所测试指标均符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)中有关规定的卫生要求。

1.4 理化检验和毒理检验

根据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)附录A方法配制浸泡水,将无溶剂环氧饮水舱涂料样品浸于浸泡水中,分别进行理化和毒理检验。理化检验1 L浸泡液浸泡50 cm2,毒理检验1 L浸泡液浸泡1 000 cm2,浸泡期30 d,浸泡温度22 ℃。检验的具体理化检验和毒理检验结果如表4~表7所示。

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注:小鼠微核试验未能引起微核率增加,结果为阴性。

从表4的具体指标测试结果可以看出,无溶剂环氧饮水舱涂料的理化检验和毒理检验均为卫生、安全,完全符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)对于防护材料的卫生要求和对毒理学指标的要求。

2 配方设计及分析

2.1 环氧树脂的选择

环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三相网状结构的高聚物。环氧树脂其本身分子量不高,能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料,符合近年的环保要求,并能获得厚膜涂层[1]。环氧饮水舱涂料是无溶剂涂料的配方设计,该体系几乎可以在0~180 ℃温度范围内固化。

固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行,没有水或其他挥发性产物放出。与酚醛树脂等相比,在固化过程中显示出极低的收缩性(小于2%),吸水性低,内应力产生小,柔韧性好,酸性等性能优异,并能耐大多数霉菌。同时,因环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在,使其对多种物质具有较高的黏附力,但正因为如此,配方设计中未添加溶剂,使得体系中的黏度过大,给施工带来了不便。在整个体系中树脂黏度是最主要的影响因素,为此,在A组分的配方中,主体树脂A选用了黏度低及适中的环氧树脂E-44。

该树脂防腐能力强,施工时对环境污染小,若在配方设计中结合常温固化剂及活性稀释剂,涂装和操作时就大为简便了。树脂B选用环氧树脂E-20,分子链较长,可改善涂膜的机械性能,提高其柔韧性。双酚A环氧树脂在重防腐领域中应用最广泛。因为双酚A型环氧树脂分子中含有羟基和醚键,使其对底材具有较高的浸润性和粘附力。又因其结构为刚性的苯环和柔性的烃键交替排列,从而赋予涂膜较好的物理机械性能,且施工的性能较佳。因此配方中选用E-44和E-20混拼,以此来满足成膜的性能要求。

2.2 颜填料的选择

所选用的颜填料本着满足无毒、不污染水质的要求,在涂膜中具有良好的封闭性、防化学腐蚀、防锈性能,使涂膜坚韧、附着力强并具有良好的流变性,同时能有效地降低涂料的成本。颜料在涂料中最重要的是起着遮盖和赋予涂层以色彩的作用。除此之外其活性表面还可以和大分子链相结合,形成交联结构,增加强度,减少涂料固化时体积的收缩,改善附着力等。

无溶剂环氧饮水舱涂料属于厚浆型涂料,若涂料施工表干时间较长,则有机颜料容易产生浮色、发花等问题,因此本配方选用了耐化学介质性能和耐候性能俱佳的无机颜料钛白粉。填料的选用关系着涂层的最终性能,它不仅是在为涂料“填充”,提高固体含量,减少树脂与溶剂用量而降低成本。现代涂料技术更重视填料的第二方面作用,即通过填料的加入来改变涂膜或漆料的物理和化学性质。适量加入可有效改善涂料的贮存性能和施工性能,提高涂膜的机械强度、耐磨性、耐水性、抗紫外线、隔热性和抗龟裂性等。过量加入则会增加涂料黏度,难以流平,造成施工困难。所以填料应宜以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片状等为妥,如体系所选用的超细滑石粉。

2.3 固化剂的选择

对于环氧体系所选用的固化剂种类及用量对涂膜性能有较大的影响[2]。尤其是要重点考虑到不同环境温度、湿度条件下的凝胶时间、固化情况、防腐保护及环保情况等。体系选用了腰果壳油改性胺作为固化剂。腰果壳油是一种农业副产物,组分主要是酚类化合物,但价格却比苯酚便宜许多。其衍生物都是以带有不饱和双键的C15直链取代酚为基础,通过反应引入的多元胺基与相邻的弱酸性的酚羟基是环氧树脂固化反应的催化剂。

从而使这种体系在低温下也能快速固化。同时极性的羟基增加固化剂的极性,增强了对底材的润湿和附着力,进一步降低体系的黏度,提高主剂和固化剂的兼容性。长直链不但给体系提供了良好的内增韧效果,而且对体系的固化反应有初始的空间位阻效应。固化剂分子中的特殊结构含有憎水性优异的长脂肪链、常温反应活性高的脂肪胺以及抗化学腐蚀的苯环结构,使其在低温(-5℃)或常温条件下完全和环氧树脂起交联反应,且不产生副产物,无毒、不含苯酚,凝胶时间长,可水下快速固化,现场施工使用混合比例范围宽,对钢铁等表面渗透力强,与环氧树脂相容性好,容易操作,并兼具了环保性、高性能、快速固化、低处理表面正常施工等诸多优点,是用于船舶饮水舱涂料的最佳固化剂。

2.4 助剂的选择

助剂在整个涂料配方中所占的比例虽说很少,但却是涂料不可分割的重要组成部分。涂料生产工艺的强化、涂料贮运中的稳定性、涂层的配套性及涂膜缺陷的克服、涂装施工性能的改善和提高,都与涂料助剂的应用分不开[3]。为确保无溶剂环氧饮水舱涂料的优异性能,必须添加一定的助剂,如润湿分散剂、触变剂和消泡剂等。同时也要注意助剂的整体匹配性,如助剂与基料之间的相容性,助剂与助剂之间的协同性,用助剂协调涂料性能要求之间矛盾的平衡性等。

为调低树脂黏度,体系也加入了适量的活性稀释剂。润湿分散剂主要应用在涂料的制造阶段,可以降低颜料与树脂之间的界面张力,提高润湿效率,减少研磨时间,降低能耗,还可以提高涂料贮存的稳定性,防止絮凝,返粗、沉淀、以及涂膜的浮色发花,增强颜料的着色力、展色力、遮盖力、减低成本等。体系选用了对基料有宽广相容性的BYK163作为分散剂,用量为0.3%~0.5%。触变剂主要是用于控制体系高中低剪切速率下的黏度,使其在贮存时防止颜料的沉淀,改善涂刷性,在涂装时能使涂膜较厚而不流挂。通过一系列的筛选试验,体系选用了聚酰胺蜡粉作为触变剂。

聚酰胺蜡粉是一种颗粒极其细微、具有100%活性的流变助剂。它的主要特点是高效的防返粗性能,其性能不会因为高加工温度和长加工时间而受到不利影响;其卓越的触变抗流变性能,可保证体系极强的触变性能,可有效防止涂料进行立面涂装时所经常发生的各种不同程度的厚涂层流挂现象。而且防沉性能特别优越,可大大减少颜料的沉淀。

消泡剂是一种表面活性剂,在气/液界面处发挥作用,用于抑制涂料体系中气泡的形成,使厚涂涂层致密无空隙平整,达到最佳的防腐保护效果。其主要原因是由于在配制无溶剂环氧涂料的过程中,机械搅拌把空气夹带到涂液中,同时分散剂所用的非离子表面活性剂也增加了起泡性,泡沫的存在导致了针孔、缩孔、鱼眼、橘皮等有损外观的不良现象,并影响了涂层的结合力、耐蚀性。因此,需选择合适的消泡剂使涂液中的气泡降到最低,从而制得性能良好的无溶剂环氧涂层。体系选用了BYK060作为消泡剂,其添加量在0.04%~0.06%。

2.5 稀释剂的选择

体系选用了NC-513活性环氧稀释剂。该稀释剂是一种低黏度的液体,每个分子上都有一个活性环氧官能团,比较独特,最宜用于与饮用水接触的无溶剂涂料的配方设计,特别是针对需要柔韧性和耐水性优的涂料。

3 结 语

本试验制备的无溶剂环氧饮水舱涂料无毒、急性口毒性试验属无毒级,小白鼠骨髓细胞染色体畸变试验、Ames试验结果均为阴性,不污染水质,不影响人体健康,防腐能力强,符合GB/T5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》和《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)的性能要求和防护标准,完全可以取代目前正在普遍使用的溶剂型涂料。其不含有机溶剂的环保特征,减少了对环境的污染及对人体的危害,同时也节约了能源,是船舶饮水舱涂料的主要发展方向和开发研究的热点,适应了环保要求。经性能测试和用户试用表明:该涂料涂膜坚韧、密封性强,具有优良的耐水、防腐功能,盛水数月洁净如初,无异味、异色和异常,堪称船舶的饮水舱、压载水舱、各种淡水柜及食品贮存室内壁等的一代新型高性能环保涂料。可以预见,不久的将来溶剂型饮水舱涂料必将被无溶剂环氧饮水舱涂料所代替。