无苯无毒低表面处理环氧厚浆涂料可以容忍钢材经简单或手工预处理后残存的锈斑、氧化皮、各种旧涂层、水分、盐分、油污等,还可以容忍高温、低温、高湿度等环境因素,是主要针对不可能喷砂除锈达到Sa2.5级别、而又要达到高级别防护目的所使用的涂料[1]。开发低表面处理涂料,特别是高性能的厚浆型长效防腐低表面处理涂料与水性低表面处理涂料,是目前涂料研究开发的热点,也是未来涂料的发展趋势。
低表面处理环氧厚浆型涂料的基本原理是采用渗透性较好的树脂为基料,借助于渗透剂、极性溶剂的配合,使涂料具有好的渗透性,从而浸润和渗透锈层,并将其封闭。另外,依靠涂料中树脂的反应基团、活性颜料或铁锈转化剂与锈层中活泼有害的成分反应,生成稳定的抑制化合物,从而使整个锈层成为稳定的保护膜。低表面处理环氧厚浆涂料是一种高固体分双组分涂料,由于涂料中溶剂含量低于30%,大大降低了涂料VOC对大气环境的污染。但现有涂料中一般均含有较多的苯系溶剂[2],刺激性和毒性均很大,且效果较好的铬系防锈颜料毒性问题也未解决,这些因素除污染环境外,还会危害施工人员的身体健康。本研究选用渗透性较强的低相对分子质量的6101-BY-80无苯环氧树脂溶液为成膜物质,并掺加304不饱和聚酯树脂,以改善其韧性;采用刺激性低的丙酮、乙醇配制成附着力较高的无苯环氧溶剂;防锈颜料则选用一种经超细化和钼酸锌改性、有机改性的新颖、高效、无毒纽碧莱106改性磷酸锌,适当配以稳定性、密封性较好的其他颜填料;并加入各种助剂,配制成一种无苯无毒绿色环保的长效低表面处理环氧厚浆涂料。该产品已在江苏省水闸闸门修复项目中使用,取得较好效果,获国家发明专利授权。
1 实验部分
1.1 主要原材料
6101-BY-80环氧树脂溶液:实验室自制(6101环氧树脂生产厂为南通星辰合成材料有限公司);601-RD-70环氧树脂溶液:实验室自制(601环氧树脂生产厂为南通星辰合成材料有限公司);304不饱和聚酯树脂:上海新华;丙酮、乙醇:国产市售;106改性磷酸锌:上海纽碧莱;铝粉:市售;铁红、云母氧化铁、锌铬黄:一品颜料;云母粉、滑石粉:安徽格锐;凹土触变剂:安徽希奇;0965无溶剂改性芳脂胺无毒常温固化剂:上海君江。所用原材料规格均为工业级。
1.2 环氧树脂溶液的制备
在1份6101环氧树脂中加入0.1份丙酮,用搅拌机搅拌至6101与丙酮基本融合,再在此溶液中加入0.1份乙醇,用搅拌机搅拌至三组分完全融合。
1.3 配方
经多次平行筛选试验,确定的涂料基本配方如表1所示。
Table 1 Basic formulation of the non-benzene and non-toxic epoxy mastic coating with elementary surface treatment |
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注:(1)—乙组分用量以甲组分的质量计。 |
1.4 涂料加工过程
将各种原材料在搅拌机内搅拌均匀后,以乙醇调整黏度至30 000~50 000 mPa·s,即得甲组分涂料。
在施工前混入称量的乙组分原料,搅拌均匀即可。
1.5 涂料及涂膜主要性能指标和检测结果
2 结果与讨论
2.1 基料的选择
2.2 溶剂
2.3 防锈颜料和体质颜料
防锈颜料分为物理防锈型、化学缓蚀性防锈型和电化学作用防锈型。物理防锈的原理是借助细密的颗粒或鳞片状结构,降低腐蚀介质对涂膜的渗透性,起到防锈作用。化学缓蚀性防锈的原理是依靠化学反应使金属表面钝化,产生新的膜层。电化学作用防锈是使膜层电位较原金属为正,使金属表面避免成为阳极,从而起到防锈的作用。
本研究选择氧化铁红、铝粉、云母氧化铁、改性磷酸锌等作为防锈颜料,云母粉、滑石粉作为体质颜料。其中纽碧莱106改性磷酸锌是一种经细化和钼酸锌改性、有机改性的新颖、高效无毒防锈颜料,它不同于一般传统的红丹、锌铬黄等有毒防锈颜料,水解后能与铁锈生成杂多酸络合物Fe[Zn3(PO4)2(RCOO)4]3、Fe4[ZnH2(PO4)2],从而形成坚韧稳定的涂膜,还会慢慢离解磷酸根离子与金属表面反应形成有粘附力的化合物,使金属钝化。另外,铝粉、云母氧化铁、云母粉、滑石粉为不同粒径的鳞片状颜填料,除叠合作用外颗粒间还能互相填充,起到更好的物理紧密作用。使用不同防锈颜料的低表面处理涂料及涂膜性能对比见表5,耐盐雾性对比见图3。
3 结 语
所研制的无苯无毒低表面处理环氧厚浆涂料使用丙酮、乙醇作为环氧厚浆涂料的溶剂,克服了苯系溶剂给施工、操作人员带来的健康隐患,采用高效、无毒的改性磷酸盐为主的防锈颜料,制成的涂料具有环保、高性能、施工方便的优点,适用于水工、桥梁等各类钢结构的涂覆维护,也适合各类新建钢结构工程,符合新型涂料的发展方向。