水性环氧底漆及其制备方法

2020-07-15

工程机械涂层通常包括环氧底漆层和面漆层,其中环氧底漆作为与工件直接接触的涂层,必须具备几个功能:(1)优良的附着力,既能牢固地附着在各种基材上,又能容易地与中涂层相结合,起着重要的过度承接作用;(2)优良的填充性,以消除被涂物表面的洞眼、纹路等,从而制成平整的表面,使涂饰面漆后得到平整、丰满的涂层,提高整个漆膜的鲜映性和丰满度,以提高整个涂层的装饰性;(3)优良的打磨性,从而打磨后能得到平整光滑的表面;(4)优良的物理机械性能,既硬又韧;(5)优良的耐水性和耐化学品性;(6)优良的低黏防沉性,水性环氧底漆若黏度高防沉性好,但黏度太高,施工需加入较多的稀释剂,降低施工固含量,导致填充性下降;(7)优良的施工性和防流挂性,当水性环氧底漆应用于大巴修补时,对其施工性和防流挂性就会有更高的要求;(8)优良的遮盖力,能够很好地遮盖住底材;(9)优良的贮存稳定性。目前市售水性环氧底漆大多不能同时满足以上所有要求。所以,需要开发一种综合性能良好的水性环氧底漆。

本文研究了体质颜料、分散剂和防沉剂对环氧底漆的物理和化学性能的影响,提供了一种综合性能优异的水性环氧底漆及其制备方法,这类环氧底漆不仅VOC 含量低,属于环境友好型产品,而且其具有优良的附着力、填充性、打磨性,优良的物理机械性能、耐水性和耐化学品性,优良的低黏防沉性、施工性和防流挂性,以及优良的遮盖力和贮存稳定性。

1 实验部分

1. 1 原料

水性环氧树脂、环氧固化剂:工业级,亨斯迈化工贸易(上海)有限公司;碳酸钙、硫酸钡、云母粉、硬脂酸锌、滑石粉、高岭土:工业级,常德丰硕化工有限公司;三聚磷酸铝、磷酸铁锌:工业级,山东千贝化工有限公司;R-706:工业级,科慕;Raven-3500:工业级,美国哥伦比亚;BYK-190BYK-151BYK-022RD:工业级,毕克化学;FX600FX365FX1070DE:工业级,海明斯化学;OROTAN快易:工业级,陶氏化学;TEGO - 500TEGO - 901wTEGO - 240GlymoA200:工业级,美国赢创化学;二丙二醇甲醚:分析纯,阿拉丁试剂有限公司。

1. 2 水性环氧底漆的制备

水性环氧底漆的配方见表1

水性环氧底漆组分A的制备方法:把去离子水、分散剂、润湿剂和消泡剂分散均匀后,加入防沉剂、体质颜料、防锈颜料和着色颜料,高速分散至粉浆有较好的流动性,然后用砂磨机研磨至细度≤30 μm,即得组分A粉浆;把预先制备好的胶浆与粉浆混合均匀,过滤出料即得组分A

水性环氧底漆组分B的制备方法:把固化剂和助溶剂混合均匀后,缓慢加入去离子水、防闪锈剂和附着力促进剂,混合均匀,过滤出料即得组分B

1. 3 水性环氧底漆膜的制备

把组分A和组分B按照质量比61混合均匀,加去离子水调节黏度至3540 s(涂-4#杯,23 ℃),喷涂于打磨好的钢板上,70 ℃烘烤60 min,即得性能优异的环氧底漆膜。

1. 4 测试与表征

贮存稳定性根据GB/T 6753. 31986进行测试;漆膜的打磨性根据GB/T 17702008进行测定;漆膜的耐冲击性根据GB/T 17321993进行测试;漆膜的柔韧性按GB/T 67422007进行测试;漆膜的附着力(划格试验)按GB/T 92861998进行测试;漆膜的耐水性按GB/T 52091985进行测试;漆膜耐酸/碱性参照GB/T 92741988 进行测试;漆膜耐盐雾性按GB/T 17712007进行测试。

2 结果与讨论

2. 1 体质颜料对水性环氧底漆及漆膜性能的影响

分散剂选用BYK-190 + FX600,且BYK-190FX600=1. 53. 5(质量比,下同),防沉剂选用DE时,体质颜料对环氧底漆性能的影响如表2所示。

由表2可知,配方1和配方2的贮存稳定性、打磨性、填充性、遮盖力、附着力、柔韧性、耐水性和耐化学品性均合格;配方3的填充性比配方1和配方2稍差,其他性能与配方1和配方2相当;配方4的贮存稳定性不合格,其他性能都合格。这是因为,相对于硫酸钡,云母粉的填充性较差,所以配方3的填充性较差,而硬脂酸锌在这种分散剂组合下不能很好地分散,从而导致配方4的贮存稳定性不合格。因此,体质颜料优选碳酸钙、硫酸钡、滑石粉和高岭土。

2. 2 分散剂对水性环氧底漆及漆膜性能的影响

体质颜料为硫酸钡和滑石粉,且硫酸钡∶滑石粉=1810(质量比,下同),防沉剂选用DE时,分散剂对环氧底漆性能的影响如表3所示。

由表3 可知,当配方中使用(BYK-190+FX600)或(BYK-190+OROTAN快易+ BYK-151)的分散剂组合时,水性环氧底漆的各项性能优异。这是因为相对分子质量小的离子型分散剂可以分散无机体质颜料、防锈颜料和钛白粉,同时赋予浆良好的流动性,相对分子质量大的离子型分散剂可以分散高色素炭黑和防沉剂,并且由于其相对分子质量较大,可以为炭黑和防沉剂提供有效的空间位阻,帮助炭黑和防沉剂稳定。BYK-190 的相对分子质量比FX365 Cytec-6208的大,所以由BYK-190制备的水性环氧底漆综合性能最好。因此,优选的分散剂组合是(BYK-190+FX600)和(BYK-190+OROTAN 快易+BYK-151)。

2. 3 分散剂配比对水性环氧底漆及漆膜性能的影响

体质颜料为硫酸钡和滑石粉,且硫酸钡∶滑石粉=1810,防沉剂选用DE时,分散剂配比对环氧底漆性能的影响如表4所示。

由表4可知,当分散剂BYK-190FX600的配比为1. 53. 5时,水性环氧底漆的各项性能优异。这是因为,作为大相对分子质量的BYK-190离子型分散剂,其空间位阻大,对体质颜料、防锈颜料和颜料的稳定性好;同时耐水性好。作为小相对分子质量的FX600 离子型分散剂比较亲水,能快速在水相中移动,能快速分散体质颜料、防锈颜料和颜料;而且分子链较短,可以为粉浆提供良好的流动性。当FX600的用量为4. 5%,而BYK-190的用量为0. 5%时,水性环氧底漆的贮存稳定性和耐水性不合格;FX600的用量为2. 5%,而BYK-190的用量为2. 5%时,对颜料的分散不到位,颜料的粒径不能达到最佳值,所以环氧底漆的遮盖力不达标;当BYK-190用量为4. 5%,而FX600的用量为0. 5%时,组分A粉浆流动性太差,不能满足砂磨机的进料黏度。因此,优选的BYK-190FX600的比例为1. 53. 5

2. 4 防沉剂类型对水性环氧底漆及漆膜性能的影响

体质颜料为硫酸钡和滑石粉,且硫酸钡∶滑石粉=1810,分散剂选用BYK-190+FX600,且BYK-190FX600=1. 53. 5时,防沉剂类型对环氧底漆性能的影响如表5所示。

由表5可知,当选用DERD作为防沉剂时,水性环氧底漆各项性能优异。这是因为DERD作为有机蒙脱土类防沉剂,参与共研磨时,可以均匀分散在颜料和体质颜料中,然后在水中电离,在表面出现电荷层,通过电荷层的静电斥力和大分子分散剂的空间位阻使得体质颜料、防锈颜料和颜料稳定在体系中,如图1所示。同时,若这种稳定结构被外力破坏之后,其可以通过电荷作用快速恢复,这就为体系提供了高触变性和良好的施工性;A200为二氧化硅类防沉剂,其防沉机理是靠粒子间的氢键作用,众所周知,电荷的作用力会远大于氢键的作用力,所以A200的防沉性不如DERD,由其制备的环氧底漆的触变性和防流挂性也较差;FX1070为缔合型聚氨酯类型的增稠剂,其没有电荷作用,也没有氢键作用,所以其防沉性不如DERDA200,由其制备的环氧底漆的触变性和防流挂性最差。因此,优选的防沉剂是DERD

3 结语

1)体质颜料决定了水性环氧底漆的打磨性和填充性,碳酸钙、硫酸钡、滑石粉和高岭土的搭配使用,可以同时兼顾打磨性和填充性。

2)相对分子质量小的离子型分散剂必须和相对分子质量的大离子型分散剂搭配使用,且小相对分子质量分散剂与大相对分子质量分散剂质量比为3. 51. 5时,方能稳定整个配方结构。

3)膨润土类型的防沉剂通过自身的静电斥力和分散剂提供的空间位阻,承托起各类颜填料,使体系处于稳定状态。

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