与传统的喷涂工艺相比,静电喷涂中涂料的利用率提高了30%~40%[1],可以方便地涂覆于锐边或者隐藏的表面[2]。目前重防腐涂料大多为溶剂型涂料,且大多采用无气喷涂施工方式,施工现场漆雾迷漫,对施工人员的身体健康影响较大。采用静电喷涂无论是在成本方面还是在环保方面均具有明显的优势。
导电剂作为极性分子,本身具有偶极矩,在外电场的作用下产生诱导极化,偶极矩增强。原涂料中虽然也有一定量的极性分子,但由于数量少、极性低,不能满足静电喷涂所需的电阻率。当向涂料中加入导电剂后,大量具有较强极性的分子在高压电场的作用下产生定向极化,增强了导电性[3]。有文章指出在不同类型的导电剂中,季铵盐或铵盐导电剂用量要求较少,涂膜不黄变,光泽保持性高,不影响涂料的耐盐水性,对涂料贮存稳定性影响小,在降低电阻率方面取得了良好的效果[1]。为了使涂料产品能够更好地服务于重防腐市场,配合客户进行新型小型构件涂装生产线的设计开发,本研究选取季铵盐类导电剂和铵盐类导电剂进行对比分析,从耐候性、耐盐雾性等方面考察了2种阳离子型导电剂对重防腐涂层性能的影响。
1 实验部分
1.1 原料和仪器
导电剂1:铵盐类化合物,市售;导电剂2:季铵盐类化合物,市售;环氧富锌底漆、环氧云铁漆、丙烯酸聚氨酯面漆:工业级,中海油常州环保涂料有限公司。
电阻率仪:EST-1B,日本岩田IWATA公司;旋转粘度计:RVDV-Ⅱ+Pro,美国BROOKFIELD公司;光泽度仪:BYK-4430,德国毕克公司;测色仪:DATACOLOR 600,美国datacolor公司;加速老化试验机(QUV/SE)、循环盐雾腐蚀试验机(Q-FOG CCT/1100):美国Q-Lab公司;电子万能试验机:AGS-500NJ,岛津公司。
1.2 样板制备
按照相应比例将各涂料的A组分与B组分混合均匀,随后制板。
配套板选取150 mm×75 mm×3 mm的钢板,底材的处理按GB/T 9271—2008中3.4的规定进行,底材的处理需经过喷砂处理,达到Sa2.5级。先喷涂1道环氧富锌底漆,干膜厚度70 μm;再喷涂1道环氧云铁漆,干膜厚度100 μm;最后喷涂1道丙烯酸聚氨酯面漆,干膜厚60 μm。底、中、面每道涂装间隔24 h,制板后样板在符合GB/T 9278—2008的环境下放置7 d后检验。
1.3 性能测试
用电阻率仪测定涂料电阻率;用旋转粘度计测定涂料黏度;用光泽度仪测定涂层光泽;用测色仪测定涂层色差。按照GB/T 5210—2006测试涂层的拉开法附着力;按照GB/T 9274—1988测试涂层的耐酸碱性和耐海水性;按照ISO 11507∶2007进行人工加速老化试验;按照GB/T 1771—2007测试涂层的耐盐雾性。
2 结果与讨论
2.1 导电剂对涂料电阻率的影响
表1 导电剂用量对环氧富锌底漆电阻率的影响Table 1 Effect of conductive agent on resistivity of epoxy zinc-rich primer |
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表2 导电剂用量对丙烯酸聚氨酯面漆电阻率的影响Table 2 Effect of conductive agents on resistivity of acrylic polyurethane topcoat |
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因导电剂1中含有的氨基活性基团易与环氧基团发生反应,导致其在使用时限制较多;同时该活性基团与羟基丙烯酸树脂中的少量羧基亦可发生反应,造成涂料黏度不断增加,对后期的使用带来不便。综上所述,导电剂2较导电剂1无论是在环氧涂料体系,还是在丙烯酸聚氨酯涂料体系中均具有一定的优势。
另通过试验比较了2种导电剂对环氧云铁漆电阻率的影响,实验结果显示2种导电剂在加入涂料质量的1.5%时,加入导电剂1后电阻率为47 MΩ·cm,加入导电剂2后电阻率为38 MΩ·cm,电阻率均可满足静电喷涂的需要。
根据以上实验结果,在满足施工性能要求的前提下,按照涂料的质量百分比,环氧富锌底漆+0.5%导电剂、环氧云铁漆+1.5%导电剂和丙烯酸聚氨酯面漆+5%导电剂的比例配漆,并制备配套板,分别进行拉开法附着力、耐酸碱性、耐人工加速老化性、耐海水性和耐盐雾性等测试,考察导电剂对涂层配套性的影响。
2.2 导电剂对涂层耐酸碱性的影响
2.3 导电剂对涂层耐人工加速老化性的影响
用Q-LAB公司的QUV紫外光加速老化试验机对3种配套板进行人工加速老化试验,测试循环条件:(1)UVA-340光照,60 ℃,0.71 W/cm2,4 h;(2)凝露50 ℃,4 h。图5为导电剂在人工加速老化试验中对涂层颜色和光泽的影响。
从图5可以看出,随着老化时间的延长,3种配套板涂层的色差和失光率均有大幅度的增加,其中以添加导电剂1的变化最大,耐候性最差,1 800 h后,失光率达到了50%以上。
2.4 导电剂对涂层耐海水性及耐盐雾性的影响
按照GB/T 9274—1988和GB/T 1771—2007分别对配套板进行耐海水和耐中性盐雾测试。结果表明:在耐海水性试验50 d和耐盐雾性试验1 500 h后,涂层表面均完好,无剥落、起皱、开裂、起泡、生锈等现象,外观良好,均表现出了优异的防腐性能。随后,对测试后的样板以及标板进行拉开法附着力测试,测试结果如表3所示。
表3 耐海水性及耐盐雾性试验前后附着力变化Table 3 The changes of adhesion before and after resistance to seawater and salt spray test |
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在上述的拉开法附着力测试中,断裂面均为中间漆与面漆层间剥落,结合表3中实验数据可以看出,导电剂的加入降低了配套涂层的附着力,特别是加入导电剂1后,对环氧类漆的固化具有促进作用,导致重涂间隔缩短,附着力下降明显。而经过海水浸泡或是经过耐盐雾性测试后,附着力均有所下降,其中加入导电剂1的配套板附着力下降幅度最大,加入导电剂2的配套板附着力下降幅度与原始配套板相比相差不大。由此可以看出,导电剂2对配套涂层的耐腐蚀性影响较小,更适合用于重防腐涂料体系。
综合以上实验结果可以得出,因导电剂1中含有可与环氧树脂和丙烯酸树脂发生反应的氨基活性基团,使得其在使用过程中造成了涂料性能的下降,而导电剂2中不含该类活性基团,性能较稳定,对各种漆液和涂层的性能影响较小,因此,导电剂2更适用于重防腐涂料中。
3 结 语
通过对2种导电剂的平行比较,可以得出以下结论:
(1)季铵盐类化合物导电剂在降低涂料电阻的性能上优于铵盐类化合物导电剂;
(2)铵盐类化合物导电剂中因含有氨基活性基团,对环氧体系以及丙烯酸聚氨酯体系涂料的贮存稳定性影响较大;
(3)氨基活性基团对环氧类涂料的固化起到了促进作用,但降低了涂层的整体配套性,相比较而言,季铵盐类化合物导电剂更适用于重防腐涂料。