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【涂装】GFT-1防腐涂料生产技术(1)

hc360慧聪网涂装与表面处理行业频道 2004-03-24 09:46:18

一、前言腐蚀给人类造成的损失是惊人的，全球每年腐蚀经济损失约10000亿美元，占各国国民生产总值GNP的2％—4％。腐蚀损失为综合自然灾害损失，即地震、台风、水灾等损失总和的6倍，据有关部门最新统计，我国腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约占国民生产总值GNP的4％，每年约有30％的钢铁因腐蚀而报废。如此巨大的损失，刺激着防腐蚀涂料的发展，高性能防腐蚀涂料正是在这样的背景之下产生的。高性能防腐蚀涂料，又称之为重防腐蚀涂料，是指能够在苛刻腐蚀环境下长效防护的一类高性能涂料，防护寿命一般为10年以上。优质的高性能防腐蚀涂料，不仅可起到良好的防腐蚀作用，而且可改善劳动条件，节约能源和保护金属资源。所以，在近二十年来受到发达国家的普遍重视。目前，美、英、日等发达国家己竞相开发了多种性能良好的重防腐蚀涂料品种。因耐蚀性能优异，使用期长，维护涂装费少而被广泛应用于各种腐蚀环境中，产生了明显的经济效益。在追求防腐蚀涂料高性能的同时，节约资源、保护生态环境这个具有国际意义的新课题对涂料工业提出了“无污染”的新要求。开发绿色产品，进行绿色创新，不仅可以减少污染，改善环境，而且可以节约资源，降低成本，提高经济效益，因而成为全球涂料工业的一种发展趋势。 GFT—1高性能防腐蚀涂料采用复合的活性稀释剂为溶剂，活性稀释剂由于带有环氧基而能与固化剂固化成膜。所以该产品的固体含量高达95％左右，大大减少了溶剂挥发造成的资源浪费、环境污染以及对施工人员的损害。在同样设计厚度下，每公斤涂料可涂刷的面积大大增加，因而降低了单位面积基材所用涂料的成本。二、GFT—1高性能防腐蚀涂料的配方设计 GFT—1高性能防腐蚀涂料在配方设计上遵循当前国际上徐料工业发展的“四E”原则，即经济性、效果、生态和能源的原则，并将重防腐涂料和无溶剂涂料的配方原理融合于设计之中。通过大量试验，严格筛选基料、固化剂、稀释剂、颜料、填料及各种助剂，最终研制而成的产品，充分体现了重防腐涂料和无溶剂涂料的各自性能特点。 1．基料用于无溶剂涂料的基料品种主要有：环氧树脂、聚氨脂树脂、聚脂树脂及氯化橡胶等。其中，以环氧树脂的耐蚀性能及粘接强度最为突出，因此，我们选用环氧树脂为基料。由于无溶剂涂料是不含有惰性溶剂的，所以在满足对漆膜性能的前提下，如何降低涂料本身的粘度，以满足施工要求，是拟定配方时首先要考虑的问题。为降低涂料的粘度和减少稀释剂的用量，应采用低分子量的环氧树脂。为此，618环氧树脂最为理想，但价格较贵。通过配方调整试验，6101树脂也能满足要求。 2、活性稀释剂使用液体环氧树脂仍难以满足施工的要求，因此需加入适量的活性稀释剂。活性稀释剂是低分子、低白度，能参与交联固化而成为漆膜的一种溶剂；选择活性稀释剂的原则为：稀释树脂的能力强、无毒、无特殊臭味‘不易挥发，并能满足漆膜的性能要求。丁醇、异辛醇、甲酚、烷基醇和高级一元醇的缩水甘油醚及脂肪酸缩水甘油酪等是常用的单官能度活性稀释剂，二缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚等是常用的双官能度活性稀释剂。其中，环氧丙烷丁基醚是最常用的活性稀释剂，其稀释能力强，价格相对便宜。但是，单官能度活性稀释剂的引入，会使环氧树脂的交联密度下降，从而漆膜的耐热性能、抗冲击强度、硬度、抗弯曲能力下降。为了兼顾涂料的各种性能，在加入一定量单官能度话性稀释剂的同时，还采用了对环氧固化体系热形变温度影响较小，并对改善漆膜柔韧性和抗冲击性能有明显改善作用的双官能度活性稀释剂，由此复配的活性稀释剂，不仅有效地降低厂环氧树脂的粘度，而且改善了漆膜的抗冲击抗弯曲能力及耐热性能。 3．增韧剂低粘度的环氧树脂固化物较脆、涂层的柔韧性及耐热冲击能力较差。为此，常常向树脂——固化体系中加入被称为增韧剂的部分，增韧剂不仅能改善固化物抗冲击强度及耐热冲击能力，而且提高涂层的剥离强度，减少固化时的反应热及收缩性。其作用原理是用增韧剂分子与环氧树脂分子之间相互作用代替环氧树脂分子链段间的相互作用，使涂层的玻璃化温度降低，由此增加高分子化合物的韧性，改善涂层的脆性。用于环氧树脂增韧的原料主要有聚酞胺树脂、聚硫橡胶、环氧化聚丁二烯树脂，丁脂橡胶以及不饱和聚脂树脂等。在改善漆膜韧性的同时，也必须充分考虑增韧树脂的耐蚀性能，与环氧的相容性及其本身的贮存稳定性。最近几年兴起的二甲苯型不饱和聚脂树脂以二甲苯甲醛树脂为原料，部分取代常用的二元醇，经与二元醇缩聚反应得到一种不饱和聚脂树脂。由于这类不饱和聚脂树脂结构中含有较多的苯环结构，另一方面又降低了酯基密度(脂基是不饱和聚脂分子中的腐蚀薄弱环节)，因而提高了树脂的耐蚀性。在无溶剂环氧涂料中加入这类树脂不仅能够改善涂层的脆性及粘结性能，提高抗冲击能力，而且不会因此而降低漆膜的耐蚀能力。 4、鳞片填料鳞片填料能屏蔽水、氧、离子等腐蚀因子的透过，切断漆膜中的毛细孔。互相平行交叠的鳞片在漆膜中起到迷宫效应，延长腐蚀因子渗入漆膜的途径，提高涂层的防蚀能力。因此鳞片填料对于大幅度提高重防腐蚀涂料的耐蚀性能起到了关键作用。目前，国内外生产的重防腐蚀涂料普遍采用玻璃鳞片和不锈钢鳞片。由于此类鳞片的加工制造困难，价格较高，且在涂料中含量大，使得由此制得的重防腐蚀涂料往往因成本很高而难于推广应用。因此，寻求某种价格便宜的鳞片状填料代用品对于重防腐蚀涂料的实用化有相当重要的价值。 GFT—1高性能防腐蚀涂料采用的鳞片填料是一种来源广泛、价格便宜的云母鳞片，具有优良的绝缘性、弹性和韧性，径厚比大、热膨胀系数小，在各种化学腐蚀介质中完全惰性，抗紫外线辐射。经偶联剂进行表面处理后，完全可以替代昂贵的玻璃鳞片和不锈钢鳞片，达到降低成本的目的。此外，云母鳞片有20目至1000目各种规格，选用方便。为了增加漆膜的致密性，降低涂层的透气性，改善施工性能，应选用不同规格和级配比的云母。 5．偶联刑云母鳞片是影响漆膜耐蚀性能的关键，但它与树脂的粘接能力较弱。因此，腐蚀因子可能在鳞片和树脂的界面上渗透、迁移。所以，必须采用偶联剂处理，才能在树脂和鳞片之间形成化学键或氢键结合，以增加附着力，达到屏蔽和抑制腐蚀因子迁移的目的。常用的偶联剂种类有硅烷偶联剂和钛酸脂偶联剂，云母鳞片经用某种偶联剂喷淋处理后，与树脂粘接性能大为改善，从而提高了徐层的抗渗性能和耐蚀能力。 6、颜料、填料为使漆膜具有不同的标志色，要采用各种颜料进行调色，颜填料的品种和用量对涂料的稳定性、涂层的耐蚀性能和物理机械性能具有相当大的影响，合理地选择颜填料，是高性能防腐蚀涂料配方设计的重要环节。高性能防腐蚀涂料所用颜料和填料必须在各种腐蚀介质中有优良的耐蚀性能，如钛白粉、色素碳黑、大红粉、酞青绿、酞著兰等均可采用。而耐蚀性能差的颜填料则不易采用，强氧化性的颜料，如铬黄、铬绿等，对GFT—1高性能重防腐蚀涂料的树脂凝胶有促进作用，直接影响到涂料的贮存稳定性，应避免使用。为防止涂料沉降及在涂装过程中的流挂，增加漆膜的硬度，吸收伸缩应力，使漆膜免于发生裂缝和空隙，需加入一定量的超细滑石粉。添加石英粉，能大大改善漆膜的耐磨耗性能。 7、触变剂 GFT—1高性能防腐蚀涂料属厚浆型涂料，由于一次涂刷形成的涂层较厚，往往会由于胶液的滑动而导致涂层在固化前出现严重的流挂，回此，必须添加适量的触变剂，以改善涂料的沉降和涂层的流挂。常用的触变剂有氢化蓖麻油、硬脂酸铝、硬脂酸锌、有机膨润土和超细二氧化硅等。触变剂的加入量必须恰到好处，这样既能在低粘度时予以适当流平，但时间又不过长而避免产生流挂，其用量一般为涂料总量的2％—3％。通过实验，我们采用约2％的气相二氧化硅等复合触变剂。 8、固化剂无溶剂环氧涂料系双组分涂料，要求所用固化剂的粘度较低，使用期较长，与漆料成膜后的涂层具有足够的强度和韧性。密实性好，并有较强的粘附性，由此使涂层具有长期抵抗外界机械磨损和化学腐蚀的良好性能。因此，固化剂及交联固化效果是决定涂层性能的关键。 GFT—1高性能防腐蚀涂料所用固化剂为无毒的胺改性固化剂，在涂层中有良好的分散性，所固化的涂层具有良好的坚韧性和密实性，在5℃以上可使涂料充分固化。三、GFT—1高性能防腐蚀涂料配方及性能 1、基本配方依据上述设计原则，经多轮配方试验及各种性能测试，最终确定漆料的基本配方如下：　　　　　　　　　　　　　　　　　表1　漆料的基本配方　　　　环氧树脂6101　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　35.0%－40.0% 　　　　二甲苯型不饱和聚酯树脂　　　　　　　　　　　　　　　　　10.0%－12.0% 　　　　复合活性稀释剂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12.0%－15.0% 　　　　云母鳞片　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　20.0%－25.0% 　　　　滑石粉等填料　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3.0%－6.0% 　　　　颜料　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.0%－9.0% 　　　　助溶剂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.0%－4.0% 　　　　复合触变剂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.0% 　　漆料和固化剂的配制按表2进行：　　　　　　　　　　　　　　　　　表2　漆料和固化剂配比（重量比）　　　　　　t（℃）　　　　　　10－20　　　　　　20－30　　　　　　30－35 　　　　漆料A/固化剂B　　　　（6－7）/1　　　　（7－8）/1　　　　（8－9）/1 　　2、性能测试　　按国家标准及企业标准对GFG－1高性能防腐蚀涂料的主要性能指标进行测试，其结果如表3和表4。　　　　　　　　　　　　　表3　GFT－1高性能防腐蚀涂料的物理性能指标　　　　项　　目　　　　　　　　　　　　　指　　标　　　　　　　　　　测试方法　　　漆膜颜色及外观　　　　　　　　　色泽均匀、平整光滑　　　　　　 Q/HF254-98　　　　　　固化含量（%）　　　　　　　　　　　≥95.0　　　　　　　　　　Q/HF254-98 　　　　表干h（20℃）　　　　　　　　　　　≤3　　　　　　　　　　　 BG1728－79 　　　　实干h（20℃）　　　　　　　　　　　≤24　　　　　　　　　　　BG1728－79 　　　　柔韧性（mm）　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　　BG1731－79 　　　　附着力（级）　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　　BG1720－79 　　　　冲击强度（J）　　　　　　　　　　　4.9　　　　　　　　　　　 BG1732－79 　　　　硬度（H）　　　　　　　　　　　　　≥3　　　　　　　　　　　 BG1732－86 　　耐磨性（500g、1000转）　　　　　　　≤40mmg　　　　　　　　　　　BG1768－79 　　　　　　　　　　　　表4　GFT－1高性能防腐蚀涂料耐蚀性能　　　　腐蚀介质　　　　　　　　　　浸泡时间　　　　　　　　　试验结果　　　30%硫酸溶液　　　　　　　　　　三个月　　　　　　　　　漆膜无变化　　　15%盐酸溶液　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　25%和饱和氢氧化钠溶液　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　10%饱和氯化钠溶液　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　　　汽油　　　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　　　氨水　　　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　　　酒精　　　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　饱和尿素溶液　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化　　　　海水　　　　　　　　　　　　二年　　　　　　　　　　漆膜无变化四、主要性能特点：综上所述，GFT—1高性能防腐蚀涂料具有以下主要性能特点： (1)抗渗性好，具有严酷环境下卓越的防护性能，耐酸、碱、盐、海水等腐蚀介质的长期腐蚀。 (2)固体含量高达95％左右，减少了溶剂挥发造成的资源浪费和环境污染。 (3)涂层的物理机械性能突出，附着力强，抗磨耗性好，坚韧密实。 (4)固化过程中溶剂挥发量极少，一道涂装可以很厚而不会形成针孔，减少了达到同样设计涂装厚度所需的施工道数 (一)GFT—1高性能防腐蚀涂料采用的关键技术绿色技术在追求防腐蚀涂料高性能的同时，节约能源、保护生态环境这个具有国际意义的新课题对涂料工业提出了“无污染”的新要求。开发绿色产品，进行绿色创新，不仅可以减少污染，改善环境，而且可以节约资源，降低成本，提高经济效益，因而成为全球涂料工业的一种发展趋势。 GFT—1高性能防腐蚀涂料以改性环氧树脂为基料，并以能参与交联固化而成为漆膜的活性稀释剂为溶剂，涂料的有效成分高达95％左右。因此，施工中避免了由于溶剂挥发造成的污染，以及对施工人员们损害。采用低价鳞片填料鳞片填料对于大幅度提高重防腐蚀涂料的耐蚀性能起到了关键作用。目前，国内外生产的重防腐蚀涂科普遍采用玻璃鳞片和不锈钢鳞片。由于此类鳞片的加工制造困难，价格昂贵，且在涂料中含量很高，使得由此制得的重防腐蚀涂料往往因成本很高而难以推广应用。因此，寻求某种价格便宜的鳞片状填料代用品对于重防腐蚀涂料的实用化有相当重要的价值。
信息来源：中国航天工业总公司第三十一研究所沈希


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