上海涂料SHANGHAICOATlNGSV01.47No.1Jan.2009水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工(濮阳兴建防腐涂料有限公司457000摘要:阐述了环氧煤沥青防腐涂料的性能特点,讨论了水性环氧煤沥青涂料性能的影响因素,介绍了水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工工艺。关键词:环氧煤沥青防腐涂料;煤沥青;水性涂料;施工中图分类号:TQ630文献标识码:A文章编号:1009—1696(200901—0016—05前言环氧煤沥青涂料是我国的惯称,国外习称焦油环氧涂料,它兼具环氧树脂与煤焦沥青的优点,能长期经受干湿交替、阴暗潮湿及浸水等恶劣环境,在室内、地下、水下等都有优异的表现,在海上钻井平台、船运压载舱、污水容器管道内壁、矿井井下、冷却塔内壁、隧道、地下仓库、地下管道等环境中久经考验,表现不俗,这种高性能长效涂料是我国用途较为广泛的一种防腐材料。我国于1974年研制成功第一煤沥青涂料产品,1979年第二代产品也成功问世。自1982年首次大规模化使用的环氧煤沥青涂料历经20余年涂层依然黑亮、坚硬如故。环氧煤沥青防腐涂料的主要特点如下:同体含量高,可制成厚涂层,一次干膜厚度大于100gm;优良的防霉性、耐水性、抗渗、耐化学腐蚀、耐油性等;涂膜具有优良的的机械性能,硬度高、耐冲击、耐磨及良好的附着力。

防腐层性能稳定,使用寿涂层造价较低廉,在相同除锈条件下综合造价(含运输、加工、损耗等低于所有防腐材料,其技术经济综合性能较好,适用场合具有竞争优势;可与各类车问底漆配套,对未经充分除锈的【收稿日期】2008—09—12表面具有良好的润湿性,施工方便。涂层自然固化,无需加热设备,可以机械化、半机械化或手工施工。施工简便灵活的特点,特别适合于城市管网的零散管线防腐和补口、补伤,异型管件和非标准结构件防腐;经过20余年的经验积累,制订了一套从设到施工的技术标准,技术成熟可靠。近年来,随着人们环保意识的不断提高,许多国家相继出台颁布了限制挥发性有机化合物(VOC环保法规。由于溶剂型涂料含有较多的有机溶剂,在生产和施工阶段排人大气,造成环境污染,同时危害人类健康。人们正从传统的溶剂型涂料朝低VOC同体分、无溶剂及水性涂料的体系转变。水性涂料最早在建筑领域得到了广泛应用,之后才应用于钢结构防腐涂料,水性环氧涂料是目前用于工业重防腐领最为成功的涂料品种之一。本文就环氧煤沥青的水性化作一探讨。水性环氧煤沥青防腐涂料配方设计与性能1.1环氧树脂环氧树脂的类型对水性环氧涂料的性能影响很大。双酚A型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的羟基和醚键,对基材有良好的附着力,涂料固化时的体积收缩率低,耐化学药品性能良好。

并且双酚A型环氧树脂为刚性的苯环和柔性的醚键交替排布的结构,赋予涂膜较好的物理机械性能,所以这类环氧树刘宗晨:水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工17脂被广泛用于防腐涂料中,而其他类型的环氧树脂,型和酚醛环氧树脂则应用较少。目前国内外环氧树脂的水性化技术主要分为乳化法和成盐法两大类:乳化法指的是环氧树脂的直接乳化、不用外加乳化剂的自乳化或水性环氧同化剂乳化;而成盐法则是将环氧树脂改性成富含酸或碱的树脂,再用小分子的碱或酸进行中和。用于水性环氧涂料的环氧树脂乳液宜选用乳化法来制备。一般认为乳直接乳化法:将环氧树脂和乳化剂混合,加热到合适的温度,在激烈的搅拌下缓水完成相反转来制得水性环氧树脂乳液。(2自乳化环氧树脂:在环氧树脂分子链中引入亲水性氧化乙烯链段或氧化丙烯链段,同时保证每个改性后的环氧树子上含有两个或多个环氧基,不用外加乳化剂即可自分散形成乳液。(3固化剂乳化环氧树脂:固化剂乳化环氧树脂的原理是对多元胺进行改性,使其成为具有亲环氧树脂的水性环氧固化剂,同时该同化剂又作为阳离子型乳化剂完成对环氧树脂的乳采用乳化固化剂制备的水性环氧树脂乳液具有良好的稳定性,并且由于环氧树脂组分不需进行亲水改性,可以保证涂膜的耐化学药品性能良好。

因此引起人们的极大关注。1.2煤沥青煤沥青具有优异的耐水性、防霉性及低表面处理的润湿性,由于它是含多种稠环和杂环的有机碳氢化合物,呈芳香性,能和多种环氧树脂相容,价格低,是环氧树脂最重要的改性剂之一。市场上一般多以70%固体分(重质苯或200#煤焦溶剂出售。沥青要选择比较容易乳化的品种,如软化点在40~80之间,针人度和延度较大等。沥青可单独乳化,再和环氧树脂或固化剂混合;也可和固化剂或环氧树脂混合后乳化。本文采用和环氧树脂混合预乳化,再用固化剂乳化的方法。1.3水性环氧固化剂水性环氧固化剂是决定水性环氧煤沥青涂料最终性能的关键组分之一。作为水性环氧树脂的同化剂,应能够较好地溶解或分散在水中,而且在水中能够稳定存在,与环氧树脂、煤沥青要有良好的相容性。固化剂可直接乳化环氧树脂、煤沥青防腐涂料配方分析,同时体系的流变性能、适用期、固化条件和涂膜性能也应满足防腐涂料的使常用的水性环氧固化剂大多为多元胺改性产物。多元胺常用的改性方法主要种:第一种是由多元胺与单脂肪酸反应制得酰胺化的多胺;第二种是由二与多元胺进行缩合制成聚酰胺;第三种是由多元胺与环氧树脂加成得到多胺一环氧加成物。3种方法均采用在多元胺分子链中引入非极性基团,使得改性酰胺化的多胺本身具有一定的水溶性或水可分散性,无需借助助溶剂或乳化剂的作用就可获得一定范围的水可稀释性,具有表面活性剂的作用,可和低相对分子质量的液体环氧树脂在施工前混合乳化。

用酰胺化多胺乳化的水性环氧体系具有施工性能好、适用期长等优点。但它与环氧树脂的相容性不好,容易发生相分离,并且固化不充分,易造成涂膜的耐化学性能和耐湿性较差及形成涂膜表面浮油和凹坑等缺陷。采用二聚酸与多元胺进行缩合来制备水性聚酰胺固化剂,可改善与环氧树脂的相容性;乳化的环氧树脂体系的适用期较短,一般不超过来麻烦。并且用聚酰胺固化的涂膜柔韧性、抗冲性能较差,涂膜偏脆。采用环氧树脂与多元胺反应,在多元胺分子链中引入环氧树脂分子链使得合成的固化剂具有亲环氧树脂的分子结构,减少固化剂分子中伯胺基团的含量,可明显降低固化剂的活性,使得用这类水性环氧固化剂乳化的环氧体系的适用期有所延长。并通过添加聚氧化烷基多胺及表面活性链段等方法来改善涂膜性能。1.4颜填料水性环氧煤沥青涂料同溶剂型涂料不同,颜填料宜加到环氧固化剂组分中进行研磨。由于水性环氧固化剂呈碱性,因此应避免选用不耐碱的颜、填料,尽量选用耐化学药品性和耐候性好的无机颜料,或相应的水性色浆。水性环氧煤沥青涂料配制时填料的选择原则是采用低吸油量、细度适中、性能稳定的填料。填料的用量(用颜基比来表示对水性环氧煤沥青涂料的最终性能影响很大,适量的加入不仅能降低方数据18上海涂料第47成本,缩短涂膜表干时间,还可以提高涂膜的机械强度、耐磨性、光泽和遮盖力,减少涂料固化时的体积收缩,并赋予涂料良好的贮存稳定性;过量加入则会 增加水 性涂料的粘度,导致涂料的流平性变差,施工 困难,涂膜的表面效果变差。

1.5 助剂 对于水性环氧煤沥青涂料,颜填料在水性环氧固 化剂组分中分散,具有乳化环氧 树脂功能的同化剂分 子中含有表面活性链段,有一定的润湿分散作用,能 润湿颜填料, 可以不加分散剂或少加分散剂。 因为水的表面张力较高,对底材的润湿性较差, 特别是残余油脂的表面更难以润 湿,这时可加入润湿 流平剂,在改善涂料流平性的同时,提高对底材的润 湿性。由于 固化剂带有表面活性基团,会降低表面张 力,因此水性环氧煤沥青涂料在生产及施工 过程中容 易带入空气;同时表面活性剂的加入也很容易造成泡 入抑泡剂和消泡剂。通常在分散前加入抑泡剂来减少形成泡沫的可能,分散后再加 消泡剂来消除混入的气体,这样才能在涂装时形成光滑平整的表面。此外,还可以 加入增稠剂来调节固化 剂色漆的粘度,使得两个组分的粘度相差不大,便于 混合乳 1.6助溶剂 助溶剂(也叫成膜助剂通常是挥发很慢的溶剂, 等,加入后可使水性环氧煤沥青涂料的最低成膜温度逐渐降低,有利于固 化凝结成 膜。同时助溶剂还能调节涂料体系的粘度, 改善涂料的流平性和最终涂膜的外观。 一般情况下, 助溶剂的添加量为基料的 l%一5%,在温度较低的季 节施工,加入量可 适当增加以得到更好的涂膜效果。

1.7 水性环氧煤沥青涂料的配方及工艺 1.7.1 参考配方(表1 水性环氧煤沥青涂料的参考配方组分 质量分数,%组分 质量分数,% A组分 B组分 环氧树脂 90~!oo 165。200煤沥青(70% 120~140 颜填料 150-185 助溶剂 lO助剂 2.5。5 乳化剂 o.5~2 45~601.7.2 水性环氧煤沥青涂料的制备工艺 组分A: 将环氧树脂加热到60,缓慢加人煤沥青,搅拌30min; 加入部分助溶剂,搅拌均匀,过滤包装。组分B: 将水性环氧固化剂、水和少量抑泡剂加到料筒中,搅拌直至水性环氧固化剂 溶解均匀; 在中速下加入钛白粉和各种颜填料,先高速分散10min,然后进行砂磨,直至细 度小于50Hm; 过滤后在中速下缓慢加入水性环氧同化剂,加完后再搅拌15min; 用增稠剂调节色漆粘度涂料品牌网,并在低速下加入消泡剂,搅拌5min 后进行包装。 1.8 水性环氧煤沥青涂料的性能指标(表2 水性环氧煤沥青涂料的性能指标检验项目 性能指标 检验项目 性能指标 干燥时|‟HJ/lI 耐水性(96h 无异常 耐碱性(10%NaOH无异常 硬干 48J|if|酸性(25%H:SO. 无异常 耐冲击性/em 40 水性(96h无异常 划格附着力/级 结果与讨论2.1 影响水性环氧煤沥青涂料成膜的因素 水性环氧煤沥青涂料是一种乳液型涂料,两组分 混合后,水性环氧固化剂分子首 先和环氧树脂分散相 的表面接触发生固化反应。

涂覆后,随着连续相(分 散介质— —水、溶剂、助溶剂等的挥发和固化反应 的进行,环氧树脂、煤沥青分散相的相对 分子质量和 玻璃化温度逐渐提高,使得固化剂分子向环氧树脂分 散相粒子内部的扩 散速度逐渐变慢;同时随着固化反 应的进行,环氧树脂分散相粒子逐渐变硬,环氧、 沥青粒子运动受阻防腐涂料配方分析,粒子之间也很难相互作用而凝结成膜。所以,其成膜过程受以 下因素制约。 分散相粒径:分散相粒子的大小及其分布既影响到水性环氧煤沥青乳液本身 的稳定性,同时也 刘宗晨:水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施1==19是影响涂膜性能的最主要因素。分散相粒子的粒径越 小,分布范围越窄,固化进 行得越完全,所形成的涂 膜的物理化学性能越好。 分散相粘度和玻璃化温度:水性环氧煤沥青涂料的固化反应由水性环氧同化 剂的扩散过程控 制,分散相的粘度与玻璃化温度影响到水性环氧固化 剂的扩散速率, 分散相的粘度越大、玻璃化温度越高, 越不利于水性环氧固化剂分子的扩散。分散 相颗粒的 粘度和玻璃化温度与所用环氧树脂、煤沥青的种类、 乳化方式以及固化 过程中反应进行的程度有关。 水性环氧固化剂与环氧煤沥青的相容性:水性环氧固化剂与环氧煤沥青的相容性越好,水性环 氧固化剂的扩散越容易,越有利于固化。 环境因素:水性环氧煤沥青涂料的成膜过程涉及到水分的挥发与体系同化交