环氧厚涂层涂料

  环氧厚涂层涂料具有优异的防腐性能、电绝缘性能以及机械强度等,因此广泛用于海岸、海上及化学腐蚀环境下钢铁结构、混凝土表面的涂装及耐蚀贮槽内衬和其他有特殊功能要求的场合。由于涂层附着力随着涂层厚度的增加而降低,并且环氧涂料具有较高的交联结构,因而环氧厚涂层存在附着力不高、柔韧性以及耐热性差等缺点,难以满足工程技术的要求,使其应用受到一定限制。国内外针对环氧涂料性能缺陷已进行了大量的改性研究[1-3],本文主要通过选择合适的环氧树脂、填料、溶剂等制备了环氧厚涂层涂料,并重点应用液态聚硫橡胶对其进行改性处理,制备了涂层附着力高、柔韧性以及耐热性好的环氧厚涂层涂料。
    1 实验部分
    1.1 原材料的选择
    1.1.1 环氧树脂的选择
    环氧树脂的相对分子质量及其分布均对涂料的性能有明显影响,选用何种相对分子质量的环氧树脂,取决于所采用的固化体系、所制备的漆的类型及施工应用性能等因素。本文选用相对分子质量较低且分布较为均匀的壳牌公司型号为828的环氧树脂作为环氧厚涂层涂料的成膜树脂。
    1.1.2 填料的选择
    由于本文研究的环氧厚涂层涂料涂层较厚,为了实现快速喷涂施工并且还要满足不流挂的要求,因此,本文重点以防流挂性能为指标进行填料的选择。通过实验确定选用轻质碳酸钙以及白炭黑作为环氧厚涂层涂料的填料。
    1.1.3 溶剂的选择
    溶剂的种类对涂料的干燥速度、施工性能以及涂层的质量影响很大。本文选用以丙酮和二甲苯组成的混合溶剂作为环氧厚涂层涂料的溶剂。
    1.1.4 助剂的选择
    由于本研究的环氧厚涂层涂料的固体分较高,易沉降结块,因此本文重点从提高其贮存稳定性入手进行助剂的选择。通过实验本文选用楠本化工6900-20X作为环氧厚涂层涂料的防沉剂。
    1.1.5固化剂的选择
    一般的环氧树脂固化剂存在低温固化速度慢的缺点,不
    能满足环氧厚涂层涂料的施工要求。因此,本文选用在较低温度(-5℃)下仍可与环氧树脂反应的美国卡德莱公司的NX-2001作为环氧厚涂层涂料的固化剂。
    1.1.6 橡胶的选择
    用橡胶对环氧厚涂层涂料进行改性处理,可以降低其内应力,提高附着力、柔韧性以及耐高温等性能。用于改性环氧的橡胶必须具备以下两个条件[4-5]:①能与环氧树脂在未固化前相容,并且分散良好。因此,橡胶相对分子质量不能太大,但当环氧树脂固化时,橡胶能顺利析出,呈两相结构,又要求橡胶交联点间相对分子质量不能太小;②为了产生牢固的化学交联点,应能与环氧基相互作用,这就要求橡胶至少要有两个端基官能团(或侧基官能团),端基与环氧基团反应形成嵌段聚合物。
    液态聚硫橡胶JLY-121的分子结构中有活泼的硫氢基(—SH),可以与环氧基反应,从而使JLY-121与环氧涂料进行反应,可在环氧涂料的交联结构中引进一部分柔性较好的链段,降低涂层的内应力,进而可提高环氧涂料的附着力、柔韧性以及耐温性等。此外液态聚硫橡胶JLY-121还可直接与环氧涂料混合,无需进行预反应就可有较好的增韧效果[6]。因为两者的溶解度较接近,也不需要任何溶剂就能很好地相容。因此,本文选用液态聚硫橡胶JLY-121作为环氧厚涂层涂料的增韧剂。
    1.2 涂料制备
    1.2.1 A组分的制备
    根据所确定的技术路线和实践经验,经过多次的配方试验,确定了环氧厚涂层涂料A组分配方如表1所示。将烘化后的环氧树脂加入高速搅拌机中,之后按比例加入白炭黑、轻质碳酸钙、防沉剂以及工业丙酮、二甲苯进行搅拌,直至涂料分散均匀、细度合格为止,出料,装桶备用。
    1.2.2B 组分的制备
    由于NX-2001的黏度较大,因此需加入溶剂进行稀释,并根据环氧树脂固化剂与环氧树脂的理论用量,以及使A组分与B组分之比为2的要求,确定B组分的配方(如表2所示)。将酚醛胺与二甲苯加入高速搅拌机后进行搅拌,直至分散均匀,出料,装桶备用。
    表1环氧厚涂层涂料A组分配方
                       
                                 表1环氧厚涂层涂料A组分配方
    表2环氧厚涂层涂料B组分配方
               
    1.2.3 环氧厚涂层涂料C组分的确定
    由于在实验中发现液态聚硫橡胶不但可与环氧树脂反应,而且与酚醛胺混合后,放置10d后有轻微凝胶现象,因此,本文单独将液态聚硫橡胶JLY-121作为环氧厚涂层涂料的C组分使用。
    1.3 试样的制备及测试
    将各组分按表3配方比例均匀混合后,用丁酮调整到喷涂黏度进行试样喷涂,喷涂结束后,50℃烘1.5h后,升温至70～80℃烘1.0h后,再升温95～100℃烘5.0h。常温放置7d后进行性能测试。
    表3C组分添加量对性能的影响

                            表3C组分添加量对性能的影响
    附着力测试按GB/T5210—1985进行;由于本文研究的涂料涂层厚度在1.0mm以上,因此,柔韧性采取在1mm×50mm×120mm冷轧钢试板上,按工艺要求均匀喷涂涂料并固化后,以15mm圆柱为半径,使试板弯曲90°后根据涂层裂纹状况评分的办法,分为1～10分,1分最差,10分最好。C组分添加量对环氧厚涂层涂料性能的影响如表3、图1、图2所示。从表3可以看出,当液态聚硫橡胶与A组分之比为0.25时,涂层的附着力及柔韧性出现最大值,但考虑到液态聚硫橡胶添加量对施工工艺性的影响,最终确定液态聚硫橡胶与A组分之比为0.20。将在A组分中未加液态聚硫橡胶的配方与在A组分中入20%的液态聚硫橡胶的配方进行对比实验,考察涂层的柔韧性及耐温性。将以上配方按喷涂工艺及施工工艺进行试样制作,常温放置7d后,涂层在钢板上弯曲90°的对比状态如图3所示;将以上配方按喷涂工艺进行试样喷涂后,在50℃条件下烘0.5h,再升温至110℃烘2h,涂层在钢板上表面对比状态如图4所示。
    图1C组分添加量对附着力的影响
                     
                            图1C组分添加量对附着力的影响
图2C组分添加量对柔韧性的影响
                     
                           图2C组分添加量对柔韧性的影响
    A—不含液态聚硫橡胶;B—含20%液态聚硫橡胶
    图3涂层在钢板弯曲90°的对比状态
                     
                             图3涂层在钢板弯曲90°的对比状态
    图4涂层在钢板烘烤110℃表面对比状态
                      
                                 图4涂层在钢板烘烤110℃表面对比状态
    2 结果与讨论
    从表3可以看出当液态聚硫橡胶只有在适当的范围内才会出现最佳值。开始时涂层的附着力随着液态聚硫橡胶的增加而增加,但当超过一定范围时,附着力反而降低。这是由于开始时随着液态聚硫橡胶的增加,在涂料固化过程中,胺类等环氧固化剂及带有活性基团的液体橡胶与环氧树脂相互交联形成互穿网络型结构,提高了漆膜的柔韧性和延伸率,降低了弹性模量。此外,在环氧树脂固化过程中,一些橡胶段从基体中析出,在物理上形成以环氧树脂为连续相,橡胶段为分散相的两相结构[7]。由于环氧相的存在,使涂层的弹性模量和硬度不至于过分下降,而分散的橡胶段则可作为大量应力的集中物。当材料受到应力作用时,可以引发大量的银纹,从而吸收大量的能量,同时大量银纹之间应力场的相互作用,又可阻止银纹的进一步发展,从而使涂层的固化应力和热应力能够有效地传递,提高了涂层的附着力、柔韧性以及耐温性能。但当液态聚硫橡胶的量超过一定范围时,随着液态聚硫橡胶的增加,液态聚硫橡胶颗粒的距离进一步缩短,固化过程中橡胶粒子就会聚集析出,而使固化物疏松,黏度下降,导致涂层极易破坏,并且使涂料的施工工艺性下降,产生流挂现象。从图3可以看出在环氧厚涂层涂料中添加20%的液态聚硫橡胶比未添加液态聚硫橡胶的涂层柔韧性有了明显提高;从图4可以看出未添加液态聚硫橡胶的涂层在110℃烘2h条件下,涂层已起泡开裂,而添加了20%液态聚硫橡胶的涂层在110℃烘2h条件下,涂层表面完好无损。这是由于液态聚硫橡胶的加入降低了涂层的内应力,从而使环氧厚涂层涂料柔韧性以及耐温性有了明显提高。