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含低VOC和耐化学试剂涂层(CARC)底漆的制备

2011/7/7/9:25来源:现代涂料与涂装网

    慧聪涂料网讯:

郭斌,王喜梅,王化银

(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)

    摘要:总结了环氧粘结技术的研究进展,与现用底漆相比,该技术在提供性能相当或性能更好的底漆方面有潜力,并能把VOC的最大含量降至355.5g/L(2.8磅/加仑,美制)。

    关键词:耐化学试剂涂层;底漆;VOC;挥发性化合物

    0引言

    为对付化学战的威胁,美国陆军把瓷(漆)和漆基涂层体系换成耐化学试剂涂层(CARC)。在所有战斗装备、战斗支援装备和主要陆地支援装备上,以及战术轮式车辆和飞机上均要求使用CARC。构成该体系的涂料能阻止化学战试剂穿透涂膜。这导致更容易的净化程序(试剂的化学中和作用),或者当涂膜外表面暴露于自然环境而不是在其内部施加保护时,通过冲洗或通过快速溶解更容易除去试剂,使设备更快地复原而投入使用。隐身体系要求使用聚氨酯外涂层达到耐化学试剂性能。为与聚氨酯外层相容需要使用环氧底漆。军用技术规范MLL-P-53022中耐腐蚀、无铬酸盐、无铅的环氧底漆在耐化学试剂涂层体系中(CARC)已成为有缺陷的底漆[1]。1993年首次研制出无铅和无铬(六价铬)酸的底漆,以代替预处理金属制件上使用的含铅(适用于铁类基材)和铬酸盐(适用于非铁类基材)的10种环氧底漆。当陆军要求在FY95中使用CARC时,MLL-P-53022成为标准底漆。从那时起,为响应环境规定,对原始文件作了修改,使之成为适合环境的底漆。来自大气污染禁令的联邦和地方法规及其修正案都对保护性涂层施工期间释放出的挥发性有机化学物(VOC)有限制。对溶剂型体系,VOC实质上定义为涂料体积所用挥发性溶剂的质量,常以“磅/加仑”或“克/升”为单位表示。包括常用于环氧体系的酮类和某些芳烃在内的某些VOCs也被环保局(EPA)列为有害空气污染物(HAPs)[2]。1998年修订了该项技术规范,包含了较低VOC含量的配方。在VOC降低方面的第一步引入了类型Ⅱ,即高固体材料的配方中VOC的最大含量为419.4g/L(3.5磅/加仑,美制)。在历史上,涂料中VOC降低的两个主要途径是使用高固体(HS)含量的聚合物和水性(WB)或水稀释性(WR)聚合物。努力的重点一直是放在HS体系,因为WR环氧技术规范早已列入VOC极限为355.5g/L(2.8磅/加仑,美制)的CARC体系(MLL-P-53030,水稀释性的无铅和无铬酸盐环氧底漆涂层)。HS体系通常是由较低分子量聚合物组成的。在降低聚合物分子量的同时就降低了其黏度,随之而来的是需要使用溶剂来控制施工期间的体系黏度。固化过程(即干燥时间)会大大延长,因为聚合反应始于较小的“块”,但需要达到固化涂层性能的同一点而终止。第一年的目标是调查可用的HS和热固化环氧黏合剂工艺,与现在419.4g/L(3.5磅/加仑,美制)的底漆相比,它有提供相当或更好性能的潜力,而其VOC降至355.5g/L(2.8磅/加仑,美制)。另外要求耐化学试剂并与CARC外涂层相容。尽管耐试剂性未作为要求(因野战设备有CARC外涂层)包括在技术规范中,但事实上,所有CARC底漆都是耐化学试剂的,因为它们是满足使命要求的涂层体系的组成部分。最终研制目标是VOC为355.5g/L(2.8磅/加仑,美制)或更低的MLL-P-53022的Ⅲ型材料。

    1试验部分

    研制MLL-P-53022更低VOC类型组分的首要选择,是保持一切(即混合比、颜色、通用组成等)都相同,但使用更高的固体类型粘结剂组分以降低干燥过程中的溶剂挥发。例如,表1列出底漆A组分的现用颜料组成,表2表示A组分的全部组成,表3表示B组分的组成。新配方涉及到3种主要基团的精确平衡,参见表1~表3(即颜料、粘结剂及溶剂/添加剂)。对于该底漆,颜色选择是任意的,因为耐腐蚀颜料磷酸锌是白色。含铬酸盐的底漆一般为黄色,含铅的底漆通常为红色。因而,MLL-P-53022的白色可使其区别于那些类型并可表明无铅和无铬酸盐着色。体质(增量)颜料可提供光泽调节。该体系已被完善地建立起来,并且在该领域已生效多年。粘结剂体系一直是配方的中心。它提供最终产品的阻抗性能,包括耐化学试剂性、耐水性、耐烃性和耐DS2(MLL-D-50030中定义的2#净化溶液)性。典型的双组分环氧体系颜料被掺入组分A,或该体系的环氧部分。催化剂可为多胺、聚酰胺或多胺环氧加成物。这3个体系的化学性质是明显的,然而一旦选择了固化剂,就把该体系每一种组分调节到实际的包装黏度,同时保持反应组分的适当化学计量体积配比。

    现行的体积比是组分A∶组分B=4∶1。

    表1底漆着色配方

表1底漆着色配方

表1底漆着色配方

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    表2组分A组成

表2组分A组成

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    表3组分B的组成

表3组分B的组成

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