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醇溶性无机富锌底漆的研制(网络资源)

醇溶性无机富锌底漆的研制

1 引言

无机富锌底漆一般分为水性无机富锌和醇溶性无机富锌两种。水性无机富锌适合于干燥条件下施工,对施工环境要求较为苛刻,施工难度较高;醇溶性无机富锌通过与空气中的水蒸气反应而固化,尤其适合我国南方高湿条件下施工。西方国家于20 世纪50 年代开始研究应用无机富锌底漆,近年来仍有相关专利发表。目前,这种底漆已逐渐发展成为防腐性、耐候性、耐热性优异的无机涂料。

2 醇溶性无机富锌底漆的研制
2.1 底漆研制理论
   醇溶性无机富锌底漆以硅酸乙酯的水解物为黏结剂,通过与空气中的水蒸气反应而固化。硅酸乙酯的水解与缩合是一个非常复杂的过程,这一过程可概括为3 种反应类型[1-2]
—Si—OR +H2O→—Si—OH+ROH
—Si—OR +HO—Si→Si—O—Si +ROH
—Si—OH+HO—Si→Si—O—Si +H2O
为生成硅醇(—Si—OH)的水解反应;

为生成醇的缩合反应;

为生成水的缩合反应。

分水解的硅酸乙酯涂覆于钢铁表面,可进一步吸收空气中的水分而缩合交联,并与钢材表面活性铁反应形成锌-硅酸-铁化合物,同时,也和锌粒子的表面反应,最终形成一层坚硬的硅酸锌漆膜。
   无机富锌底漆的防腐蚀机理,主要有电化学保护和化学防护两类[3]
   电化学保护:金属锌比铁活泼,容易失去电子,在微电池中锌作为牺牲阳极,失去电子变成离子锌,使铁得到了保护。
   化学防护:锌在涂层表面会反应形成碳酸锌、氯化物及络合物等,这些生成物结构致密,是极难溶的稳定化合物,沉结在涂层表面,能有效地防止氧、水和盐类的侵蚀,起到防锈的效果,使铁得到保护。

2.2 树脂合成研究
   由上述理论分析可见,无机富锌底漆的性能和硅酸乙酯的水解与缩合过程密切相关。水解环境不同,水解和缩聚反应的速率不同,酸性环境有利于水解,碱性环境有利于缩合。在制定无机富锌底漆配方时,要求硅酸乙酯的水解物在涂覆前以中、低相对分子质量的预聚物存在,所以通常选用酸作为催化剂。为了得到适合底漆条件的硅酸乙酯水解预聚物,必须对硅酸乙酯的水解和缩合过程对漆膜的影响作详细的研究。文献表明:水解与缩合过程与水解时的温度、pH 及水的加入量有关。因此,重点考察了水的加入量、酸的加入量以及反应温度对水解反应及漆膜性能的影响。
   在三口烧瓶中加入硅酸乙酯及异丙醇,水浴加热至指定温度,恒温,不断搅拌,将HCl 和水的混合液滴加到体系中,搅拌并恒温。反应后的水解液与锌粉浆按一定比例配成漆液,喷涂制板并测其性能。配方设计及漆膜性能见表1

  

从表1 可以看出,在所选取的试验范围内,酸的加入量、反应温度对漆膜的性能影响不大,而水加入量的变化严重影响漆膜的各项性能指标。加入的水量较大时,漆膜的柔韧性相对较好,固化速率快,但附着力较差;加入的水量较少时,虽然有较好的附着力,但漆膜的柔韧性较差,漆膜固化很慢。从表1 中还可以看出,单纯用硅酸乙酯水解物作为无机富锌底漆的成膜物,漆膜的多项技术指标均不能满足要求。因此,有必要对水解的树脂进行改性。

2.3 树脂改性研究
   参考有关文献,经探索性试验,采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)对水解液进行改性。PVB 树脂品种很多,不同品种相对分子质量差别很大。研究表明,低相对分子质量的PVB 树脂与硅酸乙酯有较好的相容性,对硅酸乙酯水解液有良好的改性效果。表2 是低相对分子质量PVB 改性黏结剂对漆膜性能的影响。

  

2.4 黏结剂黏度对性能的影响

硅酸乙酯水解液中,存在生成水和生成醇的缩合反应,PVB 树脂中也存在活泼的—OH 基团,因此可以预计由硅酸乙酯水解液和PVB 树脂组成的黏结剂在贮存过程中黏度会有变化。图1 是黏结剂黏度随时间的变化曲线,表3 是黏结剂贮存180 d 前后与锌粉浆复配喷涂的漆膜性能对照。

 

由图1 可知,黏结剂的黏度与时间近似成对数函数关系,黏结剂在贮存初期黏度有较大的增加,而到后期黏度增加不大。从表3 的数据看,漆膜的各项性能指标无明显的变化,说明黏度的这种增大对漆膜的性能并未形成不利的影响。

2.5 锌粉防沉技术研究

锌粉密度较大,而黏结剂组分黏度低,如将锌粉直接加入到黏结剂组分中,锌粉极易沉淀。为了使锌粉与黏结剂混合后沉淀速度减缓,易于施工,必须进行锌粉的防沉处理。
   常用的防沉方法是在漆液中加入防沉剂,本试验在初期选用了超细二氧化硅、有机膨润土等进行性能研究。研究发现,加入超细二氧化硅对锌粉的防沉作用不大,锌粉在溶液中最终形成坚硬的沉降层,而加入有机膨润土,辅以适当的助剂,可以使锌粉在溶液中形成体积较大、松软的沉淀层,一经搅拌即可使锌粉均匀分散,因此可使锌粉浆在贮存时保持良好的贮存稳定状态;同时有机膨润土能形成网状结构,赋予涂料结构黏度,具有触变性,在涂料施工时,由于其良好的防沉作用,锌粉的沉淀速度大为降低,较好地保证了涂料在施工过程中的均一性。

3 性能指标
   通过以上研究,所得醇溶性无机富锌底漆的性能指标见表4

无机富锌底漆防腐性能优良,但由于该类底漆为无机多孔涂层,与其上涂覆的涂层层间结合力差,是长期以来妨碍该类涂料广泛应用的问题之一[4]。为了考察所研制的无机富锌底漆与中间漆、面漆的配套性能,在涂有底漆的试样上,分别涂覆881901 系列的中间漆、面漆,采用拉开法(GB 5210)测试了无机富锌底漆和881901 系列中间漆、面漆之间的层间结合力,试验结果见表5
   由表5 可以看出,不同组合漆膜间的黏结力均大于10 MPa,除881HL 外,其余涂层体系断裂界面均为底漆与底材间的断裂,说明所研制的无机富锌底漆与其上的涂层层间结合力良好,可以配套使用。

4 醇溶性无机富锌底漆的施工和应用

醇溶性无机富锌底漆施工时,对钢铁表面处理的要求较严格,一般要求表面处理除锈等级必须达到Sa2.5 级,并有一定的粗糙度。施工时,应先将锌粉浆组分混合均匀,按照规定的配比,将锌粉浆倒入黏结剂中,搅拌成均匀的漆液,方可进行有气喷涂或无气喷涂。醇溶性无机富锌底漆为湿固化类型的涂料,其干燥机理是吸收空气中的水蒸气而固化,因此空气湿度对漆膜的干燥性能影响很大。试验中发现如果大气的湿度很低,漆膜将长期不能固化,漆膜的力学性能及防腐性能均不能达到要求,因此底漆施工时应保证有足够的湿度。表6 20 时不同湿度下漆膜的固化时间。

针对不同使用要求,底漆可与多种中间漆及面漆进行匹配,从试验结果来看,底漆的匹配性能很好。但无机富锌底漆为多孔性的涂层,为保证涂层防腐性能,在涂面漆时面漆黏度不能太大,喷涂时应先扫涂薄薄的一层,然后再喷涂全部涂层。醇溶性无机富锌底漆具有优异的防腐、防蚀性能,被广泛用于桥梁、管路、舰船及工厂设施等钢结构的防腐。近期在武汉军山长江大桥、三峡工程等重大防腐项目中均有醇溶性无机富锌底漆的应用,说明该类涂料具有广阔的应用前景。

5 结语
   研究证明水的加入量对醇溶性无机富锌底漆的性能有显著的影响,PVB的加入能显著改善漆膜的性能。所研制的无机富锌底漆具有良好的防腐性能,贮存稳定,能与多种面漆、中间漆配套,适用于对防腐要求较高的钢铁表面,可作为船舶、桥梁、网架等钢结构的防腐底漆。

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