浅议影响水性钢结构防腐漆干性的因素及解决方案

2019-11-15 01:11:31 hualin 50

0 引言

近年来,由于气候和环境的不断变化,钢铁腐蚀问题也日趋凸显。涂料作为防腐蚀的主力产品,用量随之不断增大;但是溶剂型涂料在环境和健康双重威胁的大环境下根本无法满足使用者,同时也无法满足中国可持续、绿色发展的要求。目前,大部分企业的水性涂料的研发及应用仍在探索之中,水性漆在应用过程中的干燥问题尤为突出,也是其在市场推广使用方面较大的阻碍。


当代社会,钢结构的防腐蚀已成为可持续发展的标志,但是传统的溶剂型涂料,无论是在生产和贮存,还是在运输或施工过程中都会有大量有机溶剂挥发,对于环境都会有较大污染,同时也对使用者身体健康造成威胁乃至慢性伤害。由于技术、材料、设备等诸多方面的原因,涂料始终无法被完全替代,因此,研制新型环保涂料成为目前的唯一途径。钢结构防腐涂料作为用量最大,与人们生活息息相关的产品,其应用及推广迫在眉睫。目前,大部分企业已完成试验室研发工作,但应用仍处于发展初期,市场上的水性钢结构涂料形形色色,鱼龙混杂,使用者在施工中出现的状况及其处理方法不当,尤其是水性涂料干燥速度较慢,而对水性涂料性能的质疑成为阻碍其发展的根本性问题。本文就水性钢结构防腐涂料的干燥问题,浅议其在使用过程中的解决方案。


目前,水性钢结构涂料可以在理想环境下对钢材提供保护作用。由于其溶剂主要为水,所以具有低燃性和低能源损耗,而且减少了运输过程中的危险等级;但用水作为溶剂也带来了负面影响,水性涂料的成膜相对于溶剂型涂料有着更为严苛的条件,如:需要较高的温度和较低的湿度等,所以根据钢结构的行业标准HG/T 4847—2015来看,表干8 h,实干24 h的要求成为水性涂料发展初期的技术难题。


1 试验部分

1.1 试验原料及器材

丙烯酸改性环氧树脂(固体分70%)、二甲基乙醇胺(DMEA)、消泡剂、分散剂(迪高)、基材润湿剂(BYK)、流平剂(德谦)、催干剂YX-A、催干剂C-01、纯丙烯酸乳液、去离子水、水性颜料和填料。


高速分散机,砂磨机,烧杯,pH试纸,电子天平,药匙,玻璃棒。


1.2催干剂对涂膜干性的影响

1.2.1通过筛选催干剂提高干性

在气干性水性钢结构涂料的制备过程中,为了提高其干性会加入一定量的催干剂,促使喷涂后的涂膜在较短的时间内氧化干燥,以达到客户的要求。但是不同厂家的催干剂成分不同,加入量和加入方法也大相庭径,所以对涂膜的干性有不同程度的影响。


1.2.2催干剂的加入方式对涂膜干性的影响

试验过程:选择YX-A、C-01两种催干剂进行试验。如表1所示,首先将树脂、中和剂和去离子水加入配料罐中,搅拌均匀后依次加入润湿剂、消泡剂、颜料和填料,然后将相同加量的催干剂,YX-A研磨前加入;C-01研磨后加入分别兑稀,调整pH为8.0后制板,检测表、实干时间,如表2所示。

表1  水性钢结构涂料参考配方


                 方式

原料

共研磨/%

后添加/%

丙烯酸改性环氧树脂

36.0

36.0

DMEA

1.0

1.0

去离子水

15.0

15.0

分散剂

1.5

1.5

润湿剂

0.5

0.5

水性颜料

10.0

10.0

水性填料

30.0

30.0

流平剂

0.3

0.3

增稠剂

0.2

0.2

催干剂YX-A

1.0

0

催干剂C-01

0

1.0

去离子水

4.5

4.5

合计

100.0

100.0


表2  检测结果

 

 

催干剂

添加方式

表干时间/h

实干时间/h

摆杆硬度

常温贮存

30 d

YX-A

共研磨

在研磨过程中出现焦化现象且无法恢复

后添加

3.0

22

0.30

轻微分水

C-01

共研磨

2.5

21

0.32

轻微软沉淀

后添加

3.0

24

0.25

返粗,分层较为严重


通过催干剂的加入方式试验,得出以下结论:YX-A适合在兑稀过程中加入,以共研磨的方式加入会导致无法恢复的胶化状态;C-01适合以共研磨的方式加入,表明树脂与此类催干剂共研磨后有较好贮存稳定性和催干效果;催干剂使用时应按照推荐方式加入,可以避免不必要的质量事故,同时也能使其发挥最佳的催干效果。


1.2.3催干剂的加入量对涂膜干性的影响

试验过程:此试验探讨在不同加量的情况下催干剂对涂膜干性的影响,如表3 ~ 4所示。

表3 制漆参考配方


     

原料

 

C-01

YX-A

工序

丙烯酸改性环氧树脂

36.0

36.0

配料

DMEA

1.0

1.0

配料

去离子水

15.0

15.0

配料

催干剂

0.7

0

配料

1.0

1.3

分散剂

1.5

1.5

配料

润湿剂

0.5

0.5

配料

水性颜料

10.0

10.0

配料

水性填料

30.0

30.0

配料

流平剂

0.3

0.3

兑稀

增稠剂

0.2

0.2

兑稀

催干剂

0

0.7

兑稀

1.0

1.3

去离子水

4.5

4.5

兑稀


表4  试验结果


催干剂种类

加入量/%

表干时间/h

实干时间/h

摆杆硬度

常温贮存30 d

YX-A

0.7

3.5

28

0.30

轻微分水

1.0

2.5

21

0.30

轻微分水

1.3

3.0

22

0.18

胶化严重

C-01

0.7

3.5

27

0.30

轻微分水

1.0

2.0

20

0.32

轻微软沉淀

1.3

3.0

21

0.20

返粗


通过加入不同量催干剂的试验,得出以下结论:YX-A的加量应控制在0.7 ~ 1.0之间,过量加入会出现胶化状态,但此状态可以通过加入助溶剂调整,并不影响喷板效果;C-01的加量也应控制在0.7 ~ 1.0之间,加入过量后涂膜有颗粒出现,致使涂料施工异常。


1.3 通过“冷拼”乳液提高干性

水性钢结构防腐漆干性的调整还可以通过“冷拼”乳液法实现。由于水性醇酸树脂的价格低廉,有较好的耐候性和丰满度,所以水性醇酸树脂成为制备水性钢结构防腐漆的首要选择。但由于水性醇酸树脂的干燥速度不能达到客户短时间内包装运输的要求,因此通过在兑稀过程中添加纯丙烯酸或者苯丙乳液也成为有效解决干燥的方法之一。乳液法制备色漆有干燥速度快的特点,但其防锈性能和丰满度不够,所以用水性醇酸树脂和乳液混合制备的钢结构防腐漆可以完美地避开各自的缺点,将优点发挥到极致。


纯丙烯酸乳液具有高光泽和很好的耐老化性能,所以与水性醇酸树脂混合制备钢结构防腐漆时选择纯丙烯酸乳液。在确定乳液加入量的试验中,选择10%、20%和30%三个不同的加量进行试验。在兑稀过程中加入10%的乳液制板检测,表干、实干时间较原漆缩短4% ~ 7%,硬度和光泽较原漆无明显变化,常温贮存30 d无异常;加入20%的乳液制板检测,表干、实干时间较原漆缩短10% ~ 15%,硬度和光泽较原漆略有提高,常温贮存30 d无异常;加入30%的乳液制板检测,表干、实干时间较原漆缩短12% ~ 20%,硬度较原漆提高5%,光泽较原漆提高4%,常温贮存3d有分层现象,同时因为拼加的乳液较多,致使产品价格上涨幅度较大。综上所述,水性醇酸树脂制备钢结构防腐漆时,乳液加量应控制在20%左右最为适宜。


2 结果与讨论

在探讨催干剂不同加入方式对水性钢结构防腐漆干性的试验中,C-01的整体效果好于YX-A,说明加入不同类型的催干剂促使涂膜干燥时时应注意加入方式,虽然C-01在兑稀阶段加入时对涂膜性能并没有太大的影响,但会严重影响施工和贮存;通过加入不同量的催干剂调整水性钢结构防腐漆的干性时,C-01的整体表现好于YX-A,在整体加入量均为0.7%时,对于涂膜和贮存都没有太大的影响,但是加入量过大会导致贮存胶化或返粗,施工时出现“干喷”现象,涂膜干燥后出现“掉粉”等涂膜弊病。


“冷拼”乳液法需要注意以下几个方面:1)因为加入乳液,后期增稠剂需要搭配加入,加量要据实际黏度进行调整,不能按照原配方加入。2)后期根据乳液的补加量需加入成膜助剂,防止成膜过程中出现“裂纹”现象。3)还需补加0.1% ~ 0.3%的防腐剂,防止因涂料长时间贮存出现发霉现象。4)贮存的环境温度需在0 ℃以上的,防止温度较低使乳液破乳导致胶化或者返粗现象。


3  结语

水性钢结构防腐漆是一种相对新型的防腐涂料,虽然市场上已普遍使用,但相对于溶剂型涂料,生产、包装、运输、贮存及施工等方面的技术还有一定的差距和区别。特别是在干燥方面,水性钢结构防腐漆的干燥相比溶剂型的要慢,而且在干燥过程中容易出现闪锈现象。其次,在涂膜未实干时捆绑或者运输,会破坏涂膜,致使工件表面的涂膜脱落或者工件大面积生锈。所以提高水性钢结构防腐漆的干燥速率是决定其市场推广的关键性因素。