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分析水性环氧树脂体系对金属耐盐雾性的影响

返回列表 作者: 浏览:9 发布日期:2021-05-31

为适应国家环保政策的要求,涂料水性化已是大势所趋,各大涂料厂家都在不遗余力的加大开发力度,很多厂家均有成型产品出售。水性金属防腐底漆已经在很多工程设备制品上得到了应用,其涂膜性能主要由树脂体系决定,但基于国内产品的耐盐雾性和稳定性同进口品牌相比尚有一定的差距。


分析水性环氧树脂体系对金属耐盐雾性的影响


水性环氧体系如何影响了防腐底漆的耐盐雾性?

水、氧和离子是盐雾腐蚀的三要素,其中氧气和粒子均溶解在水中。金属防腐涂料作为薄薄的一层高聚物涂膜,通过对水、氧和离子的阻止和隔断,从而起到防止底材金属腐蚀的效果。而树脂固化体系对耐盐雾性起着关键性的作用。

一、体系的固化交联度

固化度越高,交联点就越多,所形成的高分子涂膜越致密,水、氧和离子透过防护涂层的可能性就越小;固化度越高,涂膜的刚性越好,被水浸润的抵抗涂膜变形的能力就越强,起泡的可能性就越小;合适的交联度,使体系粘附能力提高,反应形成的羟基跟底材形成氢键合结构,有利于阻止水、氧和离子的侵入界面。

低温固化的水性环氧固化剂,降低了反应的活化能,有利于常温下提高固化交联度,提高耐盐雾性。其中曼尼希改性胺,具有低温固化的特点,引入芳香环结构有利于提高涂膜的刚性、憎水性和耐盐雾性;尤其是腰果酚改性胺类,因具有C15长链,又可提升涂膜的附着力,增强憎水性。


二、环氧乳液的影响

1、乳化剂类型的环氧乳液含较多的单官能团或增塑型乳化剂,降低了体系的交联密度和机械性能、耐热性和附着力,形成的涂膜相对缺陷较多。而自乳化环氧为双官能团的环氧树脂结构,增韧了固化体系,对固化物强度影响较小。

2、环氧乳液的乳胶粒子的大小。

乳胶粒子以分子抱团的颗粒形式存在,在水中形成“水包油”的状态,外层亲水基接触水性固化剂反应后分子量增大,具有疏水性,阻挡了内层环氧跟水性固化剂的进一步反应,固化物的交联密度下降,水、氧和离子透过的可能性大增,所以相对乳胶粒子小,接近纳米级的自乳化环氧具有更高的交联度和涂膜机械性能。

3、固化体系的柔韧性。

柔韧性(而不是增塑型)的环氧固化物具有更强的剥离强度和附着力,可舒缓因水分和溶剂挥发收缩产生的应力,可有效阻止水、氧和离子从界面通过,从而提高耐盐雾性。但以牺牲刚性得到的涂膜柔韧性,往往变形能力强,盐雾试验中起泡的可能性大增。

4、环氧乳液的稳定性

放置一定时间后,乳胶粒子分层或返粗,导致配比偏离或固化度下降,影响了涂膜的硬度、耐盐雾性能。而自乳化环氧则有所不同,相比乳化剂类型,具有更强的抗沉性和粒子稳定性,即使出现乳液分层现象,稍微搅拌就能恢复到出厂时的状况。

5、离子含量。离子含量直接影响涂膜的耐盐雾性能,水性环氧中离子含量要低,配方中也需要添加去离子水。

6、自乳化环氧可乳化油性固化剂和环氧活性稀释剂,通过对油性固化剂的选择,只有成膜性能稳定,耐盐雾性和附着力都能得到提升。而乳化剂类型的乳液难以具备这个特点。

7、自乳化环氧乳化油性固化剂时,需要时间和剪切速度(建议600-800转10-15分钟)。乳化不良的体系加入水后,容易导致破乳或者乳胶粒子粗大,影响成膜性和涂膜机械强度。因此,建议水直接加在自乳化环氧乳液中预先混合,再加入固化剂体系乳化,成膜性能更好。


三、固化剂的影响

1、亲水性和疏水性的统一。

既要与水混溶,用水调节粘度,又要在固化后能避免水的影响;既要求固化前较好的亲水性,又要求固化后较强的憎水性。这是一个矛盾的综合体。过强的亲水性虽成膜性好,但固化物憎水性不够,腐蚀因子透过的可能性增加;过强的疏水性导致体系混溶性变差,乳胶粒子粗大,交联度下降,涂膜致密度不够。MH-6380属于脂环胺改性水性固化剂乳液,具有自乳化的特点,水分散性好,加水轻微搅拌直接形成稳定的乳液,乳胶粒子小,配合环氧乳液能形成致密的涂膜,因此具有较高的耐盐雾性。

2、涂膜刚性和韧性的统一。

一般盐水浸润的涂膜塑性增强,耐热和硬度均下降明显。

因涉及水溶性和憎水性的矛盾,水性体系难以通过增韧剂实现增韧,往往需要通过固化剂或者树脂的分子结构增韧来改善。而环氧乳液的增韧比较困难,所以对固化剂的分子结构设计显得尤为重要。

首先体系固化后跟金属底材附着力要好,剥离强度高,又要具备一定的刚性和盐水浸润条件下的抗变形能力。过高的耐热和硬度影响涂膜剥离强度,过强的柔韧性又会导致变形能力增强,起泡的可能性大增。所以,固化体系需达到刚柔相济的效果。

3、交联密度

带活性基团的多个交联点的分子结构有利于提高体系的交联密度,有效阻止腐蚀因子通过。这就是多氨基分子结构固化剂的优势。

4、憎水基的相对数量

憎水基越多,固化物就会形成荷叶效应,水分被排斥,界面易干燥,湿附着力提高,水分通过涂膜的可能性也大幅度降低。但是过多的刚性结构往往带来较大的位阻,降低交联度。

5、亲水基的相对数量。

亲水基越多,HLB值就越大,跟水的相容性就越强,水分被亲和,容易透过腐蚀因子,起泡和腐蚀的可能性大增。所以一般亲水性好的固化剂(非通过溶剂的增容),其耐盐雾性往往大打折扣。

6、离子含量

离子含量高,尤其是阳离子透过涂膜,导致涂膜起泡,直接影响涂膜的耐盐雾性。


四、固化反应

1、交联密度。水分挥发充分,较高的固化温度和时间可提高交联密度。

2、空气湿度的影响。

空气湿度影响水分的挥发,凝胶后未挥发完全的水分残留在涂膜中,后续挥发出来后形成了孔洞,为腐蚀因子提供了通道,耐盐雾性会相应下降。

凝胶前水分挥发得越充分,界面膜消失得越充分,涂膜的致密性就越好,耐盐雾性能就越好。适当的助溶剂有利于加速水分的挥发速度。

3、环氧乳液和固化剂的混溶性

二者混溶性好,形成的涂膜越致密。在相容性好的体系中,环氧或者固化剂的乳胶粒子突破界面膜后,能迅速相互渗透,达到混溶的目的,固化物接近油性体系的致密度;环氧乳液和固化剂能相互乳化的效果,有利于环氧或者固化剂的乳胶粒子相互突破界面膜,提高混溶性和固化交联度。

4、环氧乳液和固化剂的配比

为提高耐盐雾性,往往环氧乳液过量15-20%。因为往往环氧的疏水性强于固化剂,固化剂过量会加大体系的亲水性,不利于耐盐雾;因为乳胶粒子的影响,环氧乳液跟固化剂的反应度低于油性体系,环氧过量可尽量将亲水性的胺反应完全,对提高盐雾性有利;如固化剂为疏水性强的乳胶粒子,二者的配比范围影响相对较小。

5、漆膜成型后的破乳时间。

随着水分和有机溶剂的挥发,乳液破乳后开始反应,形成不溶于水的高分子,排挤残留水分。一般亲水型固化剂跟水一起附着在环氧乳胶粒子周围,可以直接进攻乳胶粒子,导致破乳,在水分挥发前发生反应,故凝胶较早,水分残留量和界面膜较多,耐盐雾性受到影响;而乳液型固化剂跟环氧乳液一样,以乳胶粒子形式分散在水中,二者的接触需突破两层界面膜,所以操作时间较长。往往需要水和溶剂挥发后期,才破乳接触发生反应,进一步排挤水分。这样形成的涂膜水分残留量和界面膜较少,反应更加充分,交联度更高,耐水性和耐盐雾性更佳。故破乳不宜过早,尽量发生在溶剂和水分挥发中后期,效果更佳。总之,加快水和溶剂的挥发速度,采用慢固化的环氧体系,可以提高耐盐雾性能。

6、局部降低空气湿度、加速空气对流、底材预热和强制干燥固化均有利于水份挥发和交联密度的提高,形成的涂膜更加均匀致密,提高耐盐雾性和生产效率!
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