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有机硅-丙烯酸酯水性带锈防锈涂料的研制
文章作者admin: 时间:2021-01-18 14:06

有机硅-丙烯酸酯水性带锈防锈涂料的研制
                                   刘玉欣,吕耀辉,魏世丞,王晓明
        (装甲兵工程学院 装备再制造技术国防科技重点实验室,北京 100072)
    摘要 :以硅丙乳液为成膜物制备新型水性带锈防锈涂料。采用正交实验法,将乳液、稳定剂、防锈颜料和缓冲液的含量作为因素,设计3 组3 水平正交实验,通过对涂料及涂膜性能的测试和分析,筛选出性能良好的水性带锈防锈涂料配方,并与纯丙及苯丙带锈防锈涂料进行性能对比研究。试验结果表明:硅丙带锈防锈涂料的综合性能优于纯丙及苯丙带锈防锈涂料。
    关键词:乙烯基硅油;硅丙乳液;带锈防锈涂料;水性涂料
    中图分类号:TQ 632.4 文献标识码:A 文章编号 :1009-1696(2014)02-0001-04
    0· 引言
    带锈涂料省去除锈、除油、除水等表面处理工序,在一定的锈蚀表面上能直接施工,既可显著减少涂装成本[1],还可大大简化涂漆工艺,从而减轻劳动强度,减少锈尘对人体的危害和环境污染。近年来,高性能、低污染的水性带锈涂料的研究十分活跃,所选用的基料有醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液等,但在实际应用中,由于其自身结构的限制,仍然存在一些不足之处。为了更好地提升带锈防锈涂料的综合性能,本文以有机硅和丙烯酸酯共聚,制得以丙烯酸酯类大分子为主链,侧链为带烷氧基或羟基的硅烷或聚硅氧烷的有机硅改性丙烯酸树脂水性带锈涂料。该涂料具备使活性锈蚀惰性化、坚实化的作用[2],使锈蚀呈稳定状态并能很好地相互附着,从而达到良好的防锈作用。
    1· 实验部分
    1.1 硅丙乳液的合成
    本文采用乙烯基三乙氧基硅油对丙烯酸酯进行改性制备硅丙乳液。乳液聚合过程不仅包括丙烯酸类单体的共聚反应、有机硅氧烷的共聚反应、有机硅氧烷与丙烯酸酯类单体之间的共聚反应,还包括硅氧烷中的烷氧基水解生成硅醇、硅醇发生缩合生成缩合物的缩聚反应[3]。最终乳液是由丙烯酸酯的共聚物、丙烯酸和有机硅氧烷的共聚物、硅氧烷的均聚物、硅氧烷的水解缩合物组成的混合物。硅丙乳液干燥成膜时,硅氧烷水解、缩聚,可在聚合物分子之间,以及聚合物与基材之间形成牢固交联的—Si—O—Si—立体网络结构,使漆膜具有很强的耐水性和附着力。硅丙共聚物交联机理如图1所示。
               
    设计合成硅丙乳液(理论固含量为47%)的配方(质量分数)如表1 所示。
              
    1.2 水性带锈防锈涂料的制备
    以研制的硅丙乳液为成膜物,无毒高效的有机转化剂及无机稳定剂为带锈防锈主体成分,优选出磷酸锌和氧化铁红配用组成防锈颜料体系,并加入缓蚀剂亚硝酸钠、分散剂TM-950、润湿剂X-16、消泡剂QF246、缓冲剂AMP-95、滑石粉、醇酯-12、流平剂、增稠剂、去离子水。经优化组合制得一种机械性能好、无毒、不燃、附着力好、带锈防锈能力优良的水性带锈涂料。
    1.2.1 涂膜的制备工艺
    选择120 mm×50 mm 马口铁作为本实验测试用样板。无需对测试样板进行过度表面处理,清除浮锈即可。
    参照GB/T 1727—1992《漆膜一般制备法》与GB/T9152—1988《建筑涂料涂层试板的制备》要求进行涂布。采用刷涂法涂覆2 道,第1 道涂布量为(150±20)g/m2(按55% 固体分的涂料计算);第2 道涂布量为(100±20)g/m2(若涂料的固体分不是55%,可换算成等量的成膜物质进行涂布)。施涂间隔时间为4 h,涂完末道涂层后使样板涂漆面向上,于(23±2)℃,(50±5)% 相对湿度的条件下干燥7 d。
    1.2.2 性能测试
    (1) 干燥时间:按常规方法测定表干时间和实干时间。
    (2) 附着力:使用QFZ- Ⅱ型附着力实验仪,采用划圈法,按照GB/T 1720—1979(1989)进行评级。
    (3) 耐水性和耐盐水性:按照GB/T 10834—2008《船舶漆耐盐水性的测定 盐水和热盐水浸泡法》进行测定。
    (4) 硬度:采用铅笔硬度法进行测定。
    (5) 遮盖力:按GB/T 1726—1979(1989)进行测定。
    (6) 耐冲击性:按GB/T 1732—1993 进行测定。
    (7) 中性盐雾实验:将试片放入盐雾箱中,按照GB/T 1771—1991 规定方法进行测定。实验采用连续喷雾8 h 后,停喷16 h 为1 个周期,总时长为240 h。
    1.2.3 正交实验
    本文采用4 因素3 水平正交实验法,用L9(34)正交表进行实验[4],选取如下4 个因素:A—乳液的含量,B—无机稳定剂的含量,C—氧化铁红的含量,D—AMP-95 缓冲液的含量。每个因素都取3 个水平,进行9 组实验[5],测试结果见表2。

 
    通过观察涂料的外观及对各性能指标的测试,得出如下结论:1#、2#、3#、6# 配方的各项性能优良,都能达到国家相关标准。根据多指标正交实验极差分析的综合平衡法[6]得出较优的涂料配方为1#、3#(表3),这一分析结果也在实验中得到验证。
                
    1.3 不同成膜物水性带锈防锈涂料的对比
    在乳液、颜填料、分散剂及增稠剂等用量不变的情况下,分别以纯丙乳液、苯丙乳液及硅丙乳液作成膜物,按1# 配方制备3 组不同的水性带锈防锈涂料。制备工艺及测试方法如前所述,并对3 组涂料进行性能测试,实验结果见表4。
              
    由表4 可见:硅丙带锈防锈涂料的耐水性、耐盐水性以及耐冲击性均优于纯丙和苯丙带锈防锈涂料,其耐腐蚀性好、不易变形和开裂,具有良好的柔韧性和对底材的附着力。
    2· 结语
    以硅丙乳液为成膜物制备水性带锈防锈涂料,采用正交实验优化筛选了涂料配方,其耐盐雾性、耐盐水性、硬度、附着力、耐冲击性和耐水性等都符合国家标准,并可带锈涂装。其综合性能优于苯丙带锈防锈涂料和纯丙带锈防锈涂料。
参考文献
[1]赵红军,田金承. 新型水性带锈防腐涂料的研制[J]. 中国科技信息,2005(10):12.
[2]胡文阁,彭冰. 带锈涂料的应用及发展前景[J]. 涂料工业,2001(08):34-37.
[3]易翔,郭贤烙,杨辉琼. 水性带锈涂料的研制[J]. 电镀与涂饰,2002,21(02):25-27.
[4]刘艳,段新广. 正交实验在水性带锈涂料配方设计中的应用[J].现代涂料与涂装,2008,11(06):13-15.
[5]苏均和. 实验设计[M]. 上海:上海财经大学出版社,2005 :101-104.
[6]苑玉凤. 正交试验结果的分析[J]. 统计与决策,2006(03):137-139.



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