水性富鋅防腐涂料實(shí)驗(yàn)

1、新一代水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的研究與應(yīng)用海洋環(huán)境是極其嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，海洋船舶及海洋工程設(shè)施所用的防護(hù)涂料屬于重防腐涂料。通常的防腐蝕涂料，大部分是溶劑型涂料，含有大量的揮發(fā)性有機(jī)物，這類涂料在使用過(guò)程中不僅浪費(fèi)了資源，還造成環(huán)境污染。本文研究了一套用水性無(wú)機(jī)富鋅涂料作底漆，高固體分復(fù)合樹(shù)脂防腐涂料作面漆的海洋環(huán)境防腐涂料配套體系，已在大型鋼架橋、輸油管道、船舶、海港碼頭、貯罐等眾多領(lǐng)域得到實(shí)踐驗(yàn)證。這種配套體系的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在綠色環(huán)保、高效防腐、使用期長(zhǎng)、方便保養(yǎng)等方面。水性無(wú)機(jī)富鋅涂料以水為分散介質(zhì) ,VOC 含量近似為零，不含重金屬和其他有害的有機(jī)物。經(jīng)過(guò)幾代的發(fā)展，到目前為止，高模數(shù)硅酸鉀富

2、鋅防腐涂料已經(jīng)成為水性無(wú)機(jī)硅酸鹽防腐蝕涂料的主流產(chǎn)品 1 。高模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料是指用二氧化硅與氧化鉀的比例超過(guò) 4 1 8 的硅酸鉀水溶液為基料制成的硅酸鉀富鋅涂料。與低模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料及其他硅酸鹽防腐涂料相比，高模數(shù)硅酸鉀基料更容易與鋅粉混合反應(yīng)，固化時(shí)間也大為縮短，減少了單層涂裝及面涂的時(shí)間。此外，由高模數(shù)硅酸鉀基料形成的防腐涂層的耐水性、耐沖擊性和附著性均比以低模數(shù)硅酸鉀及其他硅酸鹽基料所形成的防腐涂層強(qiáng) 2 。本文在施工性、貯存穩(wěn)定性，延緩腐蝕性等方面，進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)高模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料的改進(jìn)進(jìn)行初步研究和闡述。1 實(shí)驗(yàn)部分1. 1 儀器與原材料1 . 1 . 1 實(shí)驗(yàn)儀器電爐 ；

3、 高速攪拌器 ； 溫度控制儀 ； 電子天平 ； 柔韌性測(cè)定器 ； 漆膜沖擊試驗(yàn)器 ； 鹽霧箱 ； 劃格器等。1 . 1 . 2 原材料硅酸鉀溶液 ： 青島泡花堿廠 ； 硅溶膠 ： 江陰國(guó)聯(lián)化工有限公司 ； 烷氧基硅烷 ： 化學(xué)純，杭州硅寶化工有限公司 ； 硅酸乙酯 ： 化學(xué)純，天津市化學(xué)試劑一廠 ； 海藻酸鈉 ： 分析純，市售 ； 水楊酸 ： 分析純，市售 ； 硅酸 ： 分析純，上海化學(xué)試劑采購(gòu)供應(yīng)站 ； 乙醇 ： 分析純，市售 ； 鋅粉 ： 工業(yè)級(jí)，市售 ； 緩蝕性復(fù)合顏料 ： 自制 ； 防閃蝕助劑 ： 自制 ； 防銹乳液 ： 自制 ； 表面活性劑 ： 南京立派化工有限公司 ； 馬口鐵板。1

4、. 2 試驗(yàn)方法1 . 2 .1 高模數(shù)硅酸鉀溶液的制備將定量的蒸餾水倒人裝有高速攪拌器和加熱裝置的反應(yīng)器中，升到一定溫度，在攪拌下慢慢加入計(jì)量的硅酸鉀溶液，滴加硅溶膠，將體系升到一定溫度，再向反應(yīng)器中滴加硅烷，在此過(guò)程中補(bǔ)加配方余下的蒸餾水 ； 滴加完硅烷后，高速攪拌 1. 5 2 . 0 h, 降溫，靜置 24 48 h, 從上層傾倒、過(guò)濾，取出澄清透明溶液，即得到高模數(shù)的硅酸鉀溶液。下層含有白色粒狀物的溶液留待下次生產(chǎn)或試驗(yàn)再用。1 . 2. 2 海藻酸鈉溶液的制備(1) 將水楊酸和乙醇按 1 10 的比例配成水楊酸乙醇溶液，過(guò)濾，備用。(2) 將海藻酸鈉配成質(zhì)量濃度為 1% 的純水溶液

5、，過(guò)濾，備用。(3) 在 100 g 海藻酸鈉純水溶液中加入 1 g 水楊酸乙醇溶液，攪拌均勻，即得本實(shí)驗(yàn)中用的海藻酸鈉溶液。1 .2 . 3 高模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料的制備將定量的高模數(shù)硅酸鉀溶液、海藻酸鈉溶液、防銹乳液、表面活性劑、鋅粉、緩蝕性顏料、防閃蝕助劑倒入燒杯中，攪拌均勻，即得到高模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料。試驗(yàn)時(shí)也曾經(jīng)將防銹乳液在高模數(shù)硅酸鉀溶液制備時(shí)熱拼一部份，主要是想解決涂料的貯存穩(wěn)定性問(wèn)題，但效果并不明顯，相關(guān)試驗(yàn)正在進(jìn)一步進(jìn)行中。1 . 2 .4 樣板的表面處理及涂裝用溶劑洗凈樣板上的污物，將樣板用實(shí)驗(yàn)室噴砂機(jī)噴砂處理，直到樣板表面現(xiàn)出金屬本色，粗糙度不大于 50 m, 表面無(wú)可見(jiàn)污

6、物或斑漬，吹去樣板表面砂粒，立即用水性無(wú)機(jī)富鋅涂料噴涂樣板，噴涂厚度控制在干膜厚 30 m 和 50 m 3 。1 . 2 . 5 漆膜性質(zhì)的測(cè)定 4 附著力 ： 1 級(jí) ； 鹽霧試驗(yàn) ： 10 000 h 表面完好 ； 表干時(shí)間 ： 2 20 min； 實(shí)干時(shí)間 ： 24 h； 耐溫性 ： 450 涂膜無(wú)影響，瞬時(shí)高溫 600 涂膜無(wú)影響 ； 涂刷面積 ： 8 10 m 2 /L； 焊接試驗(yàn) ： 焊縫合格，涂料對(duì)焊接無(wú)影響 ； 無(wú)毒試驗(yàn) ： 浸泡液符合國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)口毒性試驗(yàn)，受試物屬無(wú)毒級(jí) ( 河北省衛(wèi)生廳認(rèn)定的涉及飲用水衛(wèi)生安全產(chǎn)品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)河北省衛(wèi)生檢測(cè)中心的檢驗(yàn)報(bào)告 ) 。1.

7、 2 . 6 改進(jìn)后產(chǎn)品涂膜部分性能與原產(chǎn)品的比較(1) 漆膜的附著性在溫度為 (25 ± 2) 相對(duì)濕度為 (50 ± 5) % 條件下，對(duì)放置不同時(shí)間的涂膜樣板進(jìn)行附著力測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 1 。表 1 附著力試驗(yàn)注 ： 樣板 1 是未加防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣 ； 樣板 2 是加了防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣。 Gt0 /5B 井字型刀切邊緣是完全光滑，格子邊緣沒(méi)有任何剝落 ； Gt1 /4B 在割痕相交處有小片涂層剝落，大約是面積的 5%； Gt2 /3B 涂層延邊緣及部分格子被剝落，面積大約是 5% 。(2) 漆膜的柔韌性在溫度為 (25 ± 2)

8、相對(duì)濕度為 50 ± 5% 條件下，對(duì)漆膜柔韌性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 2 所示。表 2 漆膜柔韌性測(cè)試注 ： 樣板 1 是未加防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣 ； 樣板 2 是加了防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣。好是指樣板上漆膜絲毫未脫落，邊緣沒(méi)有裂縫 ； 良好是指樣板上漆膜絲毫未脫落，邊緣有細(xì)微的裂縫 ； 差是指棱角處有漆膜脫落，邊緣有小裂縫。(3) 漆膜的耐沖擊性在溫度為 (25 ± 2) 相對(duì)濕度為 (50 ± 5) % 條件下，對(duì)漆膜進(jìn)行耐沖擊性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 3 所示。表 3 漆膜耐沖擊性試驗(yàn)注 ： 樣板 1 是未加防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣 ； 樣板

9、 2 是加了防銹乳液的，做 3 個(gè)平衡試樣。優(yōu)是指樣板沖擊坑邊緣無(wú)漆膜脫落，無(wú)任何裂縫 ； 良是指樣板沖擊坑邊緣無(wú)漆膜脫落，有些細(xì)紋 ； 中是指樣板沖擊坑邊緣有部份漆膜脫落，有些粗裂縫 ； 差是指樣板沖擊坑邊緣有大量漆膜脫落，有很多粗裂縫。(4) 漆膜的耐高溫性在溫度為 (25 ± 2) 相對(duì)濕度為 (50 ± 5) % 條件下，漆膜干燥 7 d 后測(cè)試其耐高溫性，在樣板經(jīng)不同的溫度烘烤后，測(cè)試其附著力和耐沖擊性結(jié)果見(jiàn)表 4 所示。表 4 漆膜耐高溫性(5) 漆膜的耐鹽霧性在溫度為 (25 ± 2) 相對(duì)濕度為 (50 ± 5) % 條件下，漆膜干燥 7

10、 d 后測(cè)試其耐鹽霧性。每塊樣板上劃“ X ”，在鹽霧箱中放置一定時(shí)間后，觀察其表面顏色和銹蝕情況。結(jié)果見(jiàn)表 5 所示。表 5 漆膜耐鹽霧試驗(yàn)注 ： 樣板 A 是原水性無(wú)機(jī)富鋅涂料產(chǎn)品，做 3 個(gè)平衡試樣。樣板 B 是添加了防銹乳液、防閃蝕助劑、緩蝕性復(fù)合料的產(chǎn)品，做 3 個(gè)平衡試樣。優(yōu)是指顏色正常無(wú)變化，無(wú)白色析出物，“ X ”痕清晰，劃痕外無(wú)任何銹點(diǎn) ； 良是指顏色正常，有白色析出物，“ X ”痕清晰，劃痕外有少量銹點(diǎn) ； 中是指顏色正常，有白色析出物，“ X ”痕稍有破壞，劃痕外有大量銹點(diǎn) ； 差是指顏色有深淺，很多白色析出物，“ X ”痕破壞嚴(yán)重，劃痕外有大量銹點(diǎn)。(6) 漆膜的抗滑移

11、系數(shù)測(cè)試試件說(shuō)明 ：試件為兩栓拉力接頭，雙面拼接 ,M22 10 . 9 s 級(jí)螺栓，材質(zhì)為 16Mn 鋼，表面處理為噴砂，噴涂水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，干膜厚為 100 m 。試件如圖 1 所示。圖 1   漆膜抗滑移系數(shù)測(cè)試測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 6 。表 6 漆膜抗滑移試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果試樣 NO . 1 涂裝產(chǎn)品為本公司原產(chǎn)品，抗滑移系數(shù)最小值為 0 . 715； 試樣 NO . 2 為添加緩蝕性防銹顏料后改進(jìn)產(chǎn)品，抗滑移系數(shù)最小值為 0. 746 改進(jìn)后的涂料涂層抗滑移性有明顯提高。2 結(jié)果與討論2. 1 影響高模數(shù)硅酸鉀溶液制備的因素關(guān)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度、硅烷種類、硅

12、烷用量、硅溶膠、 pH 值、攪拌速度對(duì)高模數(shù)硅酸鉀溶液性能影響的分析請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn) 3 。2. 2 防閃蝕助劑的作用水性無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料的溶劑為水，在成品涂料中粘接劑含量較少，形成的干涂膜不致密，在施工環(huán)境較潮濕、較陰冷時(shí)，水的揮發(fā)速度較慢，薄涂容易產(chǎn)生閃銹現(xiàn)象。防閃蝕助劑在涂膜中的作用是與基材表面形成一層鈍化膜，減少鋅粉起反應(yīng)前的快速生銹現(xiàn)象。2. 3 緩蝕性復(fù)合料的作用緩蝕性顏料由金屬活性稍強(qiáng)的材料和耐磨物質(zhì)組成。鋅粉為常用的鋼鐵銹蝕保護(hù)材料，因其單質(zhì)金屬性比鋼鐵活潑，水性無(wú)機(jī)富鋅涂層長(zhǎng)時(shí)間裸露于大氣中易被氧化老化，導(dǎo)致涂膜發(fā)白，減弱防腐效果，縮短防腐使用壽命。在水性無(wú)機(jī)富鋅涂料中增加適量緩蝕

13、性復(fù)合料可以減少金屬鋅粉活性，延緩金屬鋅粉涂料的老化，提高漆膜的耐老化性能。在單層緩蝕性無(wú)機(jī)富鋅涂料作防銹涂層時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中較少有發(fā)白現(xiàn)象，即“白銹”現(xiàn)象大大減輕。本公司自制的緩蝕性復(fù)合料中含有極高熔點(diǎn)和硬度的材料，提高了涂膜的摩擦系數(shù)，增強(qiáng)了被防護(hù)物鈑面間摩擦力，即抗滑移性能大大提高。經(jīng)過(guò)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心金屬化學(xué)檢驗(yàn)站檢驗(yàn)，抗滑移系數(shù)達(dá) 0 . 74 以上。高熔點(diǎn)材料使涂膜耐瞬時(shí)溫度和長(zhǎng)期使用溫度都有提高，正常使用溫度可達(dá) 600 ，瞬時(shí)溫度可達(dá) 700 。2. 4 防銹乳液的作用自制了膠束粒徑很小的防銹乳液，如果乳液粒徑太大，在電解質(zhì)濃度極高的硅酸鉀溶液中很容易破乳，造成

14、粘接料的貯存穩(wěn)定性很差。通過(guò)研究，在水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的粘接基料中添加防銹乳液后，粘接基料的固體分有了明顯提高，提高了涂膜的濕附著性和致密性，使水性無(wú)機(jī)富鋅涂料在施工后短時(shí)間內(nèi)粘接性能得到明顯提高，拓寬了該涂料的施工適應(yīng)性。涂層完全干燥后，柔韌性、沖擊強(qiáng)度也有了很大的提高。在基材沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格前處理或者施工時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)力不符合通常噴涂條件的情況下，施工該涂料也能得到性能良好的涂層和防腐防銹效果。3 結(jié)語(yǔ)研制的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，根據(jù)兩年來(lái)大生產(chǎn)及用戶使用實(shí)踐反饋的情況，在基料及防銹顏料等幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。改變了市面上高模數(shù)硅酸鉀富鋅涂料易發(fā)生凝膠，貯存穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn) 5 。改進(jìn)粘接基料后的成品水性無(wú)機(jī)富鋅涂料雙組分混合