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低VOC环氧防腐涂料的生产与应用

http://www.coatings.hc360.com2015年05月29日08:54 来源:中国防腐涂料网T|T

    慧聪涂料网讯:

吴远光

    (福建百花化学股份有限公司,福建连城366211)

    摘要:以复合环氧树脂为成膜物,从树脂选型、固化剂的匹配、颜填料的选择、助剂的应用等方面着手,进行配方优化组合,在利用现有工艺条件、生产设备、涂装设备的前提下,开发出了高固低黏的溶剂型低VOC环氧防腐涂料。

    关键词:低VOC环氧涂料;防腐;环保

    中图分类号:TQ633 文献标志码:A 文章编号:1007-9548(2014)11-0021-03

    0·引言

    在工业防护涂料中,环氧树脂涂料是主流产品,多为溶剂型涂料,体积固含60%、VOC在450g/L,其中的有机溶剂挥发到空气中,会对生产和施工人员健康造成危害,且存在火灾隐患;此外,挥发到大气中的有机化合物在紫外线的作用下与氮氧化物发生光化学反应形成烟雾,在一定程度上提高了PM2.5指数,其造成的污染仅次于汽车尾气,今年1月全国多省份已经向雾霾“宣战”。因此,日益严格的环保法规对于涂料行业既是一个重大挑战,也是实现涂料技术进步的一个大好机遇。但是,人们往往走进一个误区:一提到节能减排、环保绿色就与水性化产品挂钩,认为水性化产品能完全替代溶剂型;其实,在工程与工程机械防腐上,水性防腐涂料不论是性能、价格还是在使用方面,目前,也许今后一段时期内都难以与溶剂型产品抗衡。现今国内涂料企业最大的压力和风险或许不是来自市场,而是来自环保政策;如果严格按照标准政策执行,很大部分中小涂料企业将很难生存,谁先抓住发展趋势的尾巴,谁将在洗牌之际存活并发展壮大。

    本文基于普通溶剂型涂料,以复合环氧树脂为成膜物,从树脂选型、固化剂的匹配、颜填料的选择、助剂的应用方面着手,进行配方优化组合,在利用现有工艺条件、生产设备、涂装设备的前提下,开发出高固低黏的溶剂型涂料,适应日益严格的环保法规,减少有机溶剂含量,降低涂料VOC值,无疑也是一种创新;对于节约资源、保护环境、实现安全生产,都具有十分重要的意义,这样做切合了目前重防腐涂料节能减排工作的主题,也体现国内涂料技术完全能够满足要求最严格的美国中大西洋地区新法案“工业维护涂料底漆和中涂的VOC含量小于250g/L”要求。

    1·低VOC环氧防腐涂料的生产

    1.1 主要原材料及生产和检测设备

    原材料:环氧树脂1、环氧树脂2、云母粉、氧化铁红、氧化铁黄、有机中黄、云母氧化铁、磷酸锌、氧化锌、滑石粉、石英粉、硫酸钡、铁黑、钛白粉、增稠剂、润湿分散剂、改性聚酰胺、二甲苯、丁醇、重芳烃溶剂、硅烷偶联剂、聚酰胺树脂、酯环胺改性聚酰胺、腰果油改性的酚醛胺固化剂,均为市售工业品。

    设备:调料釜、配色釜、SFJ分散机、卧式砂磨机、101A-1电热鼓风干燥箱、涂料密度杯、流挂试验仪、分析天平、PosiTest附着力测定仪、GPQ12C无气喷涂机、精密型耐盐雾试验机、能量色散X荧光光谱仪、NDJ旋转黏度计、冲击试验仪。

    1.2 制备方法

    1.2.1 铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆

    铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆配方见表1。

表1  铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆配方

表1 铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆配方

    铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆的生产方法:在调料釜中加入配方量的2种环氧树脂和混合溶剂,在低速搅拌下加入硅烷偶联剂、分散剂,根据颜填料密度,按照先轻后重的顺序,依次加入各种粉料,并避免混入其他杂质,最后加入增稠剂,高速分散20~30min,然后过滤,进入卧式砂磨机研磨,分散到细度小于50μm;调整黏度、固体含量,取样检验合格后,经120目过滤后计量包装。

    固化剂根据环氧值与固化剂活泼氢当量进行计算,按照包装配比,直接过滤、计量、包装。

    1.2.2 环氧富锌底漆

    环氧富锌底漆的配方见表2。

表2  环氧富锌底漆的配方

表2 环氧富锌底漆的配方

    固化剂用量根据计算,按照包装配比,过滤、计量、包装。

    1.2.3 环氧云铁中间漆

    环氧云铁中间漆的配方见表3。

表3 环氧云铁中间漆的配方

表3 环氧云铁中间漆的配方

    环氧云铁中间漆的生产方法:在调料釜中加入环氧树脂、混合有机溶剂在低速搅拌下加入硅烷偶联剂、分散剂,根据颜填料密度,按照先轻后重的顺序,依次加入各种粉料,并避免混入其他杂质,最后加入触变剂,高速分散30~60min,取样检验合格后120目过滤计量包装。

    固化剂根据环氧值与固化剂的活泼氢当量进行计算,按照包装配比,过滤、计量、包装。

    1.3 性能检测

    根据以上工艺配方生产的产品,有现行行业标准的,按行业标准进行检测,没有相应行业标准的,按照公司制定的企业标准进行检测。

    环氧富锌底漆按照HG/T3668—2009进行检测,结果见表4。

表4 环氧富锌底漆性能检测

表4 环氧富锌底漆性能检测

    铁红、工程黄、灰色磷酸锌环氧底漆按照企业标准Q/FJBH016—2011进行检测,结果见表5。

表5 性能检测

表5 性能检测

    环氧云铁中间漆按照HG/T4340—2012进行检测,结果见表6。

表6 环氧云铁中间漆性能指标

表6 环氧云铁中间漆性能指标

    2·施工应用

    在实际施工中,厚浆型涂料的黏度在3000~10000mPa·s内的产品,可不添加稀释剂进行高压无气喷涂。从检测结果可以看出,设计生产的产品性能满足标准要求,重金属未检出,VOC含量小于250g/L;铁红环氧底漆,工程黄环氧底漆,主要应用在工程机械上作防锈底漆,而在工程防腐涂料中主要使用富锌环氧底漆、铁红环氧底漆、磷酸锌环氧底漆和环氧云铁中间漆等产品。

    3·结果与讨论

    在利用现有的生产设备、涂装工艺的基础上,为获得高固体分,低VOC,不含重金属,且性能满足溶剂型涂料的性能指标,须对配方产品配方进行优化组合,对成膜物、颜料、填料、助剂、固化剂进行筛选。

    3.1 环氧树脂的选择

    在前期的试验过程中发现:如果完全用相对分子质量低的环氧树脂,一些性能指标无法满足现有产品的技术要求,而只用中相对分子质量的环氧树脂,VOC含量不可能满足设计技术指标。经试验采用低相对分子质量与中相对分子质量的环氧树脂配合使用,性能上得到取长补短,既可提高产品的性能,又可满足VOC要求。

    3.2 润湿分散剂的使用

    为防止环氧底漆的涂膜附着力降低,配方中一般不建议添加分散剂、消泡剂与流平剂;由于产品配方中的颜填料体积固体含量很高,为了降低VOC含量,有利于生产操作,有助于调料与研磨过程中减少溶剂使用量,必须添加润湿分散剂。通过试验,最终选择对无机颜填料有良好润湿效果,又不对底材附着力和配套面漆的层间附着力产生影响的阴离子界面活性剂作分散剂。

    3.3 触变剂的选择

    选择对涂料体系有良好防沉、防流挂作用又对体系黏度影响小的触变剂,有利于产品的生产和使用,保证最终涂料产品的VOC满足设计要求。有机膨润土用量大,增稠效果好,但是用量过多时,会)影响产品的耐介质性能,并且影响生产的顺利进行;溶剂型触变剂会带入溶剂增加挥发物的排放,经过对多种触变剂的试验筛选,最终选择用量少,防沉、防流挂性能好,对体系黏度影响小的改性聚酰胺作触变剂。

    3.4 颜料的选择

    尽量选择吸油量低、相对密度小、遮盖力好、不含重金属的颜料,降低溶剂用量,且降低产品密度。

    3.5 防锈颜料的选择

    选择吸油量低、相对密度小、防锈效果好、不含重金属的防锈颜料。

    3.6 填料的选择

    要满足VOC尽量小的要求,根据VOC含量的计算公式:

    ρ(VOC)=w×ρs×1000

    式中:ρ(VOC)—试样的VOC含量,单位为g/L;

    w—试样中挥发物含量的质量分数,单位为%;

    ρs—试样的密度,单位为g/mL;

    1000—转换因子。

    所以,应该选择吸油量低、相对密度小、化学性质稳定、不含重金属的填料,以提高产品体积固体含量、降低溶剂用量,同时有效控制产品密度,最终选择各方面满足要求的滑石粉与石英粉作填料。

    3.7 固化剂的使用

    为满足VOC要求,固化剂必须采用低黏度、高固含量、可以低温固化类型的环氧固化剂。通过对聚酰胺树脂、腰果油改性的酚醛胺固化剂、酯环胺改性聚酰胺等产品进行试验:聚酰胺树脂本身黏度大、干燥速度慢、与低相对分子质量的环氧树脂不混溶而影响使用;腰果油为原料改性的酚醛胺固化剂,虽然各方面性能满足要求,但产品颜色深,同时存在漆膜固化后会出现变颜的问题,在不要求颜色的场合也可以使用腰果油改性的酚醛胺固化剂;酯环胺改性聚酰胺因固体含量高、黏度较低、干燥速度快、可低温固化、不变色,是试验过程中满足所有条件的固化剂,最终选择酯环胺改性聚酰胺树脂作为产品的固化剂。

    3.8 混合溶剂的选择与用量

    目前溶剂型环氧多采用二甲苯与丁醇作溶剂,但二甲苯毒性相对较大。为提高产品的环保性,采用部分重芳烃取代二甲苯,可降低产品毒性溶剂含量,全部采用重芳烃取代二甲苯,溶解能力有限,影响干性,用其他环保型溶剂替代二甲苯是下一步的目标。

    4·结语

    溶剂型产品VOC控制在220~250g/L范围是现有原材料与技术的极限,开发满足最严格的美国中大西洋地区新法案“工业维护涂料底漆和中涂的VOC含量小于250g/L”要求的产品有相当的难度,更低VOC含量的产品很难再进行研发;随着科技的进步,一些新材料的应用,有可能打破这个极限。

    少溶剂、无溶剂仍然是目前重防腐涂料发展的主要方向,水性化产品暂时乃至今后一段时间都可能无法替代溶剂型产品的地位。本文介绍的产品是工程机械、钢结构行业应用最广泛的品种,如果涂料涂装人都行动起来,严格按照政策、标准执行,整个行业全部采用低VOC的环氧防腐涂料,保守估计每年可减少数十万t的有机溶剂排放,对于节约资源、保护环境、实现安全生产、改善雾霾、行业的可持续发展都具有十分重要的意义。

责任编辑:谭蓉

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