低表面处理涂料的配方设计和研究进展

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1、低表面处理涂料的配方设计和研究进展0引言    每年因腐蚀而报废的钢铁结构约占钢铁总产量的20%以上,据统计,我国钢材锈蚀损失约占国民经济生产总值的4%。为防止腐蚀,最有效简便的方法就是用涂料来保护。钢铁表面除锈除水,增加涂装保护成本,还要考虑气候、湿度因素,有时会延误工期。据统计,在对钢铁涂装的总费用中,表面处理占42%,施工30%,涂料19%,拷锈9%。低表面处理涂料[1](surface-tolerantCoating)主要针对在不可能完全达到喷砂级别Sa2.5(ISO8501—1:1988),可以涂覆在手工或动力工具打磨到St2和St3级别的表面和高压水喷射除锈表面以及在潮湿环境

2、下或含有水膜表面的带水带锈涂料,近几年该领域正在国内外形成研究热点。    1低表面涂料配方设计原理    1.1基料的选择    水性乳胶体系:采用醋酸乙烯、丙烯酸共聚物、氯醚乳液、水性环氧制成水性树脂[2-4],其特点是将铁锈分离并包围在涂层中,阻止锈蚀的扩展。苯丙乳胶能形成渗水性较好的漆膜,无法用作好的屏蔽涂层,但与防锈颜料拼用比较成功。氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳胶,能提供极佳的对水蒸汽及氧的屏蔽作用,与颜料拼用时,其水蒸汽渗透性稍高,渗氧性较低。水性体系存在的问题是体系的pH值、温度等使用条件要求较为严格,从而限制了它的应用范围。无溶剂环氧树脂体系是目前应用数量最多、范围最广的重防腐

3、涂料用树脂,尤其是低相对分子质量液体环氧树脂,是高固体分及无溶剂重防腐涂料的常用树脂。在带锈涂装方面,环氧带锈涂料的制备是较成熟的技术。而带水涂装方面,双酚A环氧树脂的结构中带有大量含有极性的羟基和醚键[5],因此,即使在含水表面,也有很大附着力,是带湿带锈的最好选择。    1.2带水涂装组分    对于无溶剂环氧树脂体系,带水涂装组分的选择主要是考察固化剂的带水涂装功能。具有带水涂装功能的环氧固化剂可以是潮气固化聚氨酯、酮亚胺、潮气固化聚酰胺等,要求固化剂与环氧树脂混合后的亲铁功能大于水的亲铁功能,以便于涂装时能立即与铁结合,将铁表面的水分挤走,该水分再透过涂层的微孔或随溶剂和水分处

4、理剂一起挥发。根据这一原理,对8种可能用于带水涂装的国内外典型环氧固化剂进行全面的评价试验[6],试验结果如表1所示。    表1不同环氧固化剂带水涂装效果    注:“-”指超出仪器测量范围。    潮气固化聚氨酯可以在潮湿空气中固化,但当水分过多,如在水膜上涂刷时,由于漆膜表面的固化剂首先与水膜发生反应,阻碍了内部固化,不适用于所要求的场所。综合性能最好的是2094。2094是由腰果壳油改性的天然长链取代酚醛胺,其结构上的长碳链,不仅提高了固化体系的柔韧性,而且提高了固化体系的憎水性,降低了水的表面张力,从而增大了固化体系在被涂表面的流动性和渗透性,而且具有低温固化功能,特别适合在有

5、水膜的表面涂装。 1.3带锈涂装组分    目前国内外带锈涂装组分大致可分为三种类型:一是锈转化型:利用转化剂(如磷酸、亚铁氰化钾或鞣酸、水杨酸等)与铁锈反应,将活泼铁锈转化成为无害且具有一定保护作用的配位物或螯合物。二是锈稳定型:利用活性颜料的组合,通过缓慢水解产生的配位阴离子与活泼的铁锈形成难溶的复杂多酸配位物稳定铁锈。三是渗透型:利用漆料对疏松铁锈的湿润渗透作用将铁锈分隔开并将其包围。前两种可把厚度在80μm以下的锈层转化成稳定的化合物,成为漆膜中一种有益的成分而牢固地粘附在钢铁表面,形成保护性封闭层。后一种只适用于锈蚀较薄的表面涂装,而且防锈能力有限,所以目前高效的带锈涂料产品以

6、转化型和稳定性为主。    1.3.1锈转化型    锈转化剂的主要作用是和表面未除净的铁锈反应,使表面适合涂料涂覆。在锈转化剂中,处于对环境保护和安全考虑,传统的红丹体系、含铬体系以及亚铁氰化钾体系涂料已不符合现代低表面涂料的发展趋势。应值得特别注意的是一种基于丹宁酸和磷酸的锈转化剂,它毒性低,而且丹宁酸可再生。锈转化剂的效果取决于丹宁酸的种类[7]、丹宁酸浓度[8]、磷酸的浓度、钢铁的腐蚀情况[9]、铁锈与转化剂的反应时间、其他助剂的影响和使用方法。    丹宁酸是一种有机酸,来源于天然植物,分子式为C6H7O(C14H9O9)5,其中C14H9O9如式(1)所示。    其邻位羟基

7、为可螯合基团,与金属离子作用生成盐类,大多不溶于水。其中,植物丹宁酸与环氧聚合反应后制备的涂料比合成丹宁酸具有更好的耐盐水腐蚀性和带锈涂装性[11]。植物丹宁酸和合成丹宁酸中大量的羟基能在金属表面产生化学吸附,但植物丹宁酸含有二聚和三聚五梧子酸大基团,能与锈层中的铁离子形成非常稳定的分子内螯合物,起到稳定铁锈的作用。磷酸能把不稳定的铁锈溶解,使之更易与丹宁酸螯合。同时渗透到铁锈下面,与铁反应,生成磷酸亚铁,具有阴极化和阻蚀钝化作用。