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钢结构水性带锈防腐涂料制备与性能研究

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钢结构水性带锈防腐涂料制备与性能研究

发布日期:2019-01-28 作者: 点击:

涂料防腐是金属防腐的重要途径之一,为了获得优良的防腐蚀效果,需要对待涂饰表面进行处理,这不仅耗时、耗力、降低了生产效率、提高了施工成本,而且锈尘还会危害人体健康。即便如此,表面处理的结果可能还是满足不了涂装要求。而带锈涂料则正好弥补了这种缺陷,带锈涂料就是可在不经除锈或者简单除锈的表面直接涂刷的防锈涂料,该涂料施工前处理简单、降低了施工成本,具有较大的实用价值,带锈涂料按防锈的原理可以分为渗透型、转化型、稳定型及功能型四类。转化型带锈涂料含有可以与铁锈发生化学反应的成分,能将铁锈转化为稳定的或者有保护作用的物质,使锈蚀层成为坚实并能较好附着于钢铁表面的物质。研究表明,聚苯胺具有优异的防腐性能,极少用量即可实现较佳的防腐效果,因此,将聚苯胺作为防腐添加剂用于带锈防腐涂料既可提高防腐效果,延缓金属的腐蚀速度,又可降低成本。


本研究以水性环氧乳液、丙烯酸乳液为主要成膜物,聚苯胺乳液为防腐添加剂,制备了水性聚苯胺带锈涂料。该涂料将环氧乳液与丙烯酸乳液的特性结合起来,提高了涂料的综合性能,聚苯胺乳液直接添加入涂料,解决了聚苯胺与其他高分子乳液的相容问题和制备的防腐涂料的稳定性问题,提高了涂料的防腐性能。转化液、聚苯胺中的酸和活泼氢可以促进环氧树脂的固化,作为环氧乳液的固化剂工艺简单,成本低。


1、实验部分

   

1.1原料


苯胺(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;过硫酸铵(APS分析纯);铁锈转化剂、聚苯胶乳液,自制;十二烷基苯磺酸(DBSA,工业级);十二烷基硫酸钠(分析纯);乙醇(分析纯);水性环氧乳液,马鞍山采石矶涂料有限公司;丙烯酸乳液(工业级)。

 

1.2带锈防腐涂料制备


取一定量的铁锈转化剂与聚苯胺乳液,混合搅拌均匀30min,温度控制在50-60℃。将其缓慢加到规定量的环氧乳液和丙烯酸复合乳液中搅拌均匀,再分别加入成膜助剂、分散稳定剂、铁锈转化剂、消泡剂和增稠剂,温度控制在65-80℃搅拌30-50min即得带锈涂料。

1.3测试与表征


按照GB/T 1973- 1993 漆膜耐水性测定法对涂膜的耐水性进行测试;按照GB/T 9286 1998 对涂膜的附着力进行测试(划格法);按照国内标准GB/T6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度;观察涂层表面是否完全变黑对铁锈的转化程度进行测试,刮开涂层观察铁片表面是否完全露出金属色,以完全露出金属基体色为100%;对试样的铁锈转化时间进行测试,将带锈涂料涂在带锈铁片上,涂完开始计时,当铁片上铁锈不再转化,终止计时,这段时间即为转化时间。


2、结果与讨论


2.1聚苯胺用量对涂膜性能的影响


采用水性环氧树脂与丙烯酸乳液为涂料的主要成膜物质,以聚苯胺乳液为防腐添加剂,保持水性复合乳液的质量为55%(wt,质量分数,下同),以铁锈转化剂含量为2%,制备带锈涂料。考察聚苯胺含量对涂料性能的影响,结果见表1。

表1  聚苯胺含量对涂料性能的影响

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由表可知,不含聚苯胺的涂料,表干时间较长,硬度和附着力较低,耐水浸泡时间短,这是因为涂料中的环氧乳液没有固化剂,无法完全固化,酸性转化剂可能会促使其固化,但是转化剂含量有限,而且会优先与铁锈反应,无法固化实干导致涂膜硬度、耐水性等各项性能较差。加人聚苯胺乳液后,聚苯胺中的氢及聚苯胺乳液中的酸均会促使环氧乳液固化,担当环氧乳液的固化剂,此外,聚苯胺乳液中含有的乳化剂可以提高涂料的润湿和渗透性能,增强涂料与基材的附着性,聚苯胺中含有的助乳化剂乙醇不仅可以提高涂料的渗透性能,还可以降低膜的干燥时间。因而,聚苯胺的加入使涂膜的各项性能大幅度提高。另外,聚苯胺在涂料中还主要起防腐作用,它在金属表面可以钝化金属、屏蔽腐蚀环境、阻碍电子传递、形成疏水吸附层、防止污物粘附,这使得聚苯胺具有优异的防腐效果。因此,加入聚苯胺后,涂层的耐水性显著提高,防腐性能提高。但是,作为防腐添加剂,聚苯胺的用量是有限度的,加入量过多,乳液中含有大量的乳化剂、未反应完全的酸,残留在涂层中,会导致涂膜性能下降,而聚苯胺乳液的酸性决定了一旦其加入量过大,会引起环氧乳液的团聚,形成颗粒甚至凝胶。综上:聚苯胺含量为1.2%为宜。


2.2成膜物含量对涂膜性能的影响


复合乳液作为涂料的成膜物,复合乳液的用量对涂料的性能有直接的影响。涂料中成膜物含量过低,则水含量高,成膜自然会差,成膜差,会导致转化剂无法均匀的在铁片表面铺展,无法在铁片表面很好的停留,故转化不好。另外,水含量过高,涂料稳定性和干燥时间也会受到影响。但是成膜物含量过高,乳液黏稠,干燥时间延长,对于本带锈涂料,环氧乳液没有固化剂无法完全固化,而且涂料成本会上升,在满足涂料各项性能的条件下,尽量降低涂料成膜物含量。在聚苯胺含量为1.2%的条件下,改变成膜物含量,制备带锈涂料,测试涂料性能,结果见表2和图1。

表2成膜物含量对涂料性能影响

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由表2与图1可知,成膜物含量低,则水含量高,由于水的蒸发热高,使表干时间延长,成膜差还导致转化剂无法将铁锈完全转化,残余锈层的存在加之成膜物少,使得膜的表观差,均匀性、致密性低,膜与基材的附着力低,耐水时间只能达23h。随着成膜物含量的逐渐提高,膜表观、表干时间、转化效果、硬度、附着力和耐水性都显著提高,这是因为成膜物多,乳液粒子更易将疏松的铁锈润湿、渗透、包裹,涂料中的转化剂与铁锈充分接触,更易转化完全,锈层被转化成致密并很好附着于基材表面的物质,相当于填料而成为涂膜的一部分,促使膜的硬度、附着力和耐水性提高。而成膜物增加,涂膜的厚度、致密性增加,进一步提高了膜的硬度、附着力和耐水性。但是成膜物含量达到70%,由于过量的环氧乳液无法固化,因而,膜的硬度变低、耐水性变差,成膜物含量高导致涂料稠度增加,表干时间延长。故选择成膜物含量为60%。


2.3铁锈转化剂含量对防腐性能的影响


在聚苯胺含量为1.2%,成膜物含量为60%的条件下,改变铁锈转化剂(丹宁酸与焦性没食子酸复配)含量,制备带锈涂料,测试涂料各项性能,结果见表3和图2。

表3铁锈转化剂含量对带锈涂料性能的影响
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丹宁酸中苯环相连的3个羟基与Fe3+发生络合作用,两个邻位酚羟基以O-形式与Fe3+形成一种稳定的五元网状结构,即黑色丹宁酸铁络合物,具有很好的附着力,可与钢铁基体表面紧密结合,起到良好的防腐防锈作用,隔绝了腐蚀介质中Cl-、O2和H2O等因素的影响。第3个酚羟基虽没有与之络合,但可使相邻两个酚羟基离解,从而进一步增加了络合物的稳定性.

由图2与表3可知,当涂料中铁锈转化剂含量为2%时,即可达到较佳的转化效果,11min可转化完全,得到的涂料涂膜呈黑色,膜均匀、平整、光滑、光泽度高,耐水浸泡可以达到167h,耐盐雾性超过300h;继续提高铁锈转化剂含量,酸性的铁锈转化剂导致乳液各项性能降低,涂膜性能劣化,因此铁锈转化剂用量宜为2%。

   

 3、结语  

制备的钢结构复合带锈涂料漆膜致密且与金属的交联能力良好,该涂料具有无毒、无味、无有机挥发物(VOC)排放、无污染,无燃爆风险,施工安全方便,绿色环保的优点,具有广阔的应用前景。

本文网址:http://www.bf-gs.com/news/391.html

关键词:涂料防腐,防腐涂料制备

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