钢结构用单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的制备技术研究_王小牧.pdf

NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS钢结构用单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的制备技术研究王小牧，王雷，雍涛，王瑞（西北永新涂料有限公司，甘肃 兰州730046）0引言涂料的防腐常需要底漆、中间漆、面漆或者底漆、面漆之间相互协作的涂装体系共同完成，在整个涂装体系中底漆的作用尤为重要，常使用的底漆有双组份环氧富锌底漆、单组份环氧防锈底漆和热镀锌涂层。应用最广泛的是环氧富锌底漆，它不仅防腐性能比较出色，还具有较佳的粘结力、耐热性和不影响焊接等优点，是钢结构桥梁、船舶、码头、厂房、管道、铁塔等重防腐涂料中的主要配套底漆。常用的环氧富锌底漆可以划分为国标富锌底漆、车间底漆、集装箱专用底漆、鳞片型锌粉底漆等，这些都可以用作防锈底漆，但在具体适用环境、涂装工艺等方面有所差别，在实际使用过程中需根据涂装需求、涂装施工的难易程度进行合理选择1-4。双组份环氧富锌底漆具有良好的防腐性能、与钢基材的附着力佳，但漆膜的柔韧性较差，产品由主漆与固化剂构成，施工时需要将二者严格按照配比添加，混合均匀后使用，增加了施工的工序，以及调配中人为的不可控因素可能造成产品质量问题，且需在规定时间内用完；另外产品在 5 以下施工时干燥变慢，甚至无法干燥；同时采用的球状锌粉，使用量一摘要：以亚麻油脂肪酸改性的 E12 环氧树脂为成膜物，添加催干剂异辛酸钴溶液促进涂膜的表干，加入一定比例的鳞片状锌粉和玻璃鳞片，复配纳米镍钛合金粉和超细磷铁粉，制得单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆，不但大大降低了单位面积内的耗锌量和涂层厚度，而且提高了涂层的屏蔽性能和抗蚀性能；单组份鳞片型环氧富锌底漆的涂层性能符合 HG/T 43422012 和 HG/T 36682020 的要求，与双组份环氧富锌底漆相比，具有干燥快、耐盐雾性能好、锌粉含量低和施工性易操作等优点，尤其耐盐雾性能突出，达 2200 h。关键词：单组份；鳞片状锌粉；富锌底漆；干燥快中图分类号：TU56+1.2文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0047-04Study on preparation technology of one-component scale type epoxy zinc-rich antirust primerfor steel structureWANG Xiaomu，WANG Lei，YONG Tao，WANG Rui（Northwest Yongxin Coatings Co.Ltd.，Lanzhou 730046，China）Abstract：Taking the E12 epoxy resin modified by linseed oil fatty acid as the film-forming material，adding the drying agentcobalt solution to promote the surface drying of the coating film，adding a certain proportion of flake zinc powder and glass flakes，compounded with nano-nickel-titanium alloy powder and ultra-fine phosphorous iron powder，a one-component flake epoxy zinc-richrust-proof primer was prepared，which not only greatly reduced the zinc consumption per unit area and coating thickness，but alsoimproved the shielding performance and corrosion resistance of the coating.The coating performance of one-component flake epoxyzinc-rich primer meets the requirements of HG/T 43422012 and HG/T 36682020.Compared with two-component epoxy zinc-rich primer，it has the advantages of fast drying，good salt spray resistance，low zinc powder content and easy operation，especiallythe outstanding salt spray resistance，reaching more than 2200 h.Key words：single component，flake shaped zinc powder，zinc-rich primer，quick drying收稿日期：2022-08-15；修订日期：2022-10-09作者简介：王小牧，男，1971 年生，高级工程师，主要从事风电塔筒、建筑钢结构等重防腐涂料的研究、应用及管理工作，E-mail：。中国科技核心期刊47新型建筑材料202302般在 80%以上，储存时伴有严重沉淀的弊病。现使用的单组份环氧防锈底漆又存在耐盐雾性能差、干燥慢、附着力差等问题，只能在钢结构轻防腐领域使用，不适合在重防腐领域推广应用。热浸镀锌具有耐腐蚀性能好、镀层附着性好的优点，但存在工作环境差、污染严重等缺点。热浸镀锌过程在高温下进行，溶剂烘干和待镀工件浸入锌池时会析出强烈刺激性的氯化氢气体，锌池长时间处于高温下，表面产生锌蒸气，导致工作环境恶劣，同时生产时向大气中排放大量含有 SO2、CO2、CO和粉尘的烟雾，造成严重的大气污染5-7。本文针对现有防腐涂料存在的漆膜柔韧性较差、不易操作、锌粉沉淀严重、耐盐雾性能差、干燥慢、附着力差和环境污染严重等问题，以亚麻油脂肪酸改性的 E12 环氧树脂为成膜物，添加催干剂异辛酸钴溶液促进涂膜的表干，通过鳞片状锌粉、玻璃鳞片和纳米镍钛合金粉的复配以及防沉剂的筛选，进行单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆制备技术的研究。1试验1.1原材料和主要仪器设备亚麻油脂肪酸（酸价为 190200 mg KOH/g）：安徽瑞芬得油脂深加工有限公司；604 环氧树脂（E12）：江苏三木；氧化锌：兰州黄河锌镁纳米材料研究所；顺丁烯二酸酐（SCG）：湖北黑飞马化工科技有限公司；二甲苯、醋酸丁酯、乙酸丁酯：中石化；分散剂（AT204）、流变剂（BYK-430）：毕克化学；膨润土（SD-2）、防沉蜡（202P）、附着力促进剂（KH560）：海明斯德谦；气相二氧化硅（R972）：赢创德固赛；ULTRA 防沉剂：北京聚合物科技有限公司；蜡粉（VP031）：雷孚斯（上海）化工贸易有限公司；3300S 防沉蜡：济南拜文新材料有限公司；鳞片状锌粉（PFC4016）：湖南新威凌；玻璃鳞片（325 目）：河北天慎玻璃鳞片有限公司；纳米镍钛合金粉（DK-Ni-Ti）：北京德科岛金；超细磷铁粉（2000 目）：贵州希磷；催干剂异辛酸钴：陕西万银。以上原料均为工业级。主要仪器设备：ZNHW 型智能恒温电热套，巩义市予华仪器有限公司公司；GFJ-04 高速分散机，上海现代环境工程技术有限公司；JJ500 型精密电子天平，常熟双杰测试仪器厂；QSD 型刮板细度计，上海天辰现代环境技术有限公司；BGD501/1 型拉开法附着力检测仪及 BGD 887/S 盐雾试验箱，标格达精密仪器有限公司；DHG-9075A 电热恒温鼓风干燥箱，上海昕仪仪器仪表有限公司。1.2涂料的制备1.2.1改性环氧树脂的合成亚麻油脂肪酸改性环氧树脂合成的参考配方如表 1 所示。表 1改性环氧树脂合成的参考配方质量份具体合成过程如下：（1）检查设备清洁，回流畅通，阀门开关正常后，将亚麻油脂肪酸、回流二甲苯加入反应釜，控制搅拌速度 100 r/min，开启搅拌。（2）升温至 80 左右，在搅拌情况下加入 604 环氧树脂，升温至 100 加入氧化锌、顺丁烯二酸酐后，继续升温至 180并保持 2 h；再升温至 190 并保持 1 h，测酸价、黏度（格式管，25 ）。若黏度10 s，则 190 继续保持；若黏度10 s，则升温至 200 保持。当酸价5 mg KOH/g（液体），黏度在 1215 s 时，降温，出锅，兑稀。黏度、酸价测试时，m（漆基）m（二甲苯）11，取样时黏度10 s 时，每 1 h 取样 1 次；黏度10 s后 0.5 h 取样 1 次。（3）在兑稀罐中加入兑稀溶剂的 55%，测固体算出补加溶剂后按量加入溶剂，调整固含量为 50%。（4）过滤、包装（包装时温度控制在 50 以下）。1.2.2单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的制备单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的参考配方见表 2。表 2单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆参考配方 质量份单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的制备工艺：（1）在 300r/min 转速下，向干净搅拌釜中依次加入亚麻油脂肪酸改性环氧树脂、分散剂 AT204、膨润土 SD-2、气相二氧化硅 R972、鳞片状锌粉、玻璃鳞片、纳米镍钛合金粉、超细磷铁粉，搅拌均匀。（2）将转速升至 1200 r/min，高速分散 40 min，注意搅拌时漆浆温度50，检测细度满足80 m。（3）细度合格后，在 800r/min 转速搅拌下加入催干剂异辛酸钴、附着力促进剂 KH560、二甲苯和乙酸丁酯，搅拌 5min 至均匀，测试黏度在 120130KU、密度在（3.00.1）g/cm3。（4）过滤 60 目细箩包装。2结果与讨论2.1环氧树脂的改性研究用于改性环氧树脂的脂肪酸有亚麻油酸、豆油酸、桐油酸、蓖麻油酸、棉籽油酸等，亚麻油为干性油，具有气干特性、亚麻油脂肪酸604 环氧树脂氧化锌顺丁烯二酸酐二甲苯（回流）二甲苯（兑稀）醋酸丁酯（兑稀）152525400.010.050.10.538354549改性环氧树脂AT204分散剂膨润土气相二氧化硅鳞片状锌粉玻璃鳞片20350.20.50.510.5155702035纳米镍钛合金粉超细磷铁粉催干剂异辛酸钴附着力促进剂二甲苯乙酸丁酯510380.20.50.51150.52王小牧，等：钢结构用单组份鳞片型环氧富锌防锈底漆的制备技术研究48NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS干燥快、与钢材的附着力佳、耐候性和耐化学品性良好等优点，同时选择与其反应改性的环氧树脂为 E12 环氧树脂，其分子质量较大，采用溶剂法进行酯化合成反应，酯化物的稳定性和机械性能较高，不易产生胶凝现象，并可通过控制温度和反应时间获得较低的黏度，且成品质量稳定可控，环氧树脂与亚麻油脂肪酸的质量比对改性环氧树脂性能的影响见表 3。表 3环氧树脂和亚麻油脂肪酸的质量比对改性环氧树脂性能的影响由表 3 可见，当 m（环氧树脂）m（亚麻油脂肪酸）=2.11时，改性环氧树脂的综合性能最佳，尤其耐盐雾性能出色，可达 2040 h。2.2颜基比对产品性能的影响定义颜基比为涂料中颜料与树脂的质量比，颜基比高，树脂基料就不能充分覆盖颜填料表面，使涂料的整体性能下降；颜基比低，会使涂料的成本上升。成膜致密性影响盐雾的渗透，随着颜基比的增大，涂膜起泡逐渐降低，而锈蚀却逐渐增大，且柔韧性、耐冲击性均逐渐降低。当涂膜中的颜填料体积增大到树脂基料不足以包覆这些颜填料颗粒时，涂膜的各项性能均会发生突变，因此，需要同时经配方设计和试验筛选确定最佳的颜基比。颜基比对产品性能的影响见表 4。表 4颜基比对产品性能的影响由表 4 可见，颜基比为 3.51 时，漆膜具有更好的干燥性、附着力和耐盐雾性，可形成较为致密的防腐涂层。2.3颜填料的复配应用研究本研究添加鳞片状锌粉和玻璃鳞片，再配以纳米镍钛合金粉，与树脂形成超强复合防腐材料体系。鳞