水性有机硅涂料的配制及其性能

1、水性工业涂料1壤豁萋箍*躜。鞴豢褊戮缫答撩勰魁冁瓣端酾漂嘲黼灞溪水蛀有仉硅涂料二纷配制日其牲髓摘要:利用硅丙乳液配制了三个系列的水性有机硅涂料一一有机硅白色普通涂料、有机硅耐热防腐涂料和有机硅耐高温涂料。探讨了涂料中基料树脂的有机硅含量及颜基比对所制涂层的耐热性、硬度、耐化学溶剂腐蚀性和附着力的影响,为进一步研制环保型高性能水性有机硅涂料提供了大量可靠的实验依据。关键词:水性涂料;硅丙共聚物;耐高温涂料;防腐蚀涂料0引言有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质的涂料川,近年来有机硅涂料以其优良的耐热耐寒等性能,在各方面均得到广泛的应用和发展。但它本身也存在一些问题,比如固化温

2、度高(150200、固化时间长、对底层的附着力差、耐有机溶剂性能差、价格较高等”】。为克服这些缺点,常用有机硅树脂对有机树脂进行改性。本文以有机硅改性丙烯酸酯乳液为基体树脂,配制了三个系列的水性有机硅涂料,探讨了涂料配方和树脂组成对涂料性能的影响,尤其是涂料的耐热性、硬度、耐化学溶剂性、附着力。1实验部分1.1原料与试剂颜填料:金红石型钛白粉、铬绿;锌粉、膨润土、情石粉、磷酸铝;成膜助剂:乙二醇丁醚;消泡剂:NFK3.01,工业级;增稠剂:SER.AD FX1010,工业级。参考文献战风昌,车悦良,等专用涂料北京:化学工业出版社,19881.2涂料的配制我们采用色浆法”1配制了三个系列的水性涂

3、料,分为有机硅普通白色涂料、有机硅耐热防腐涂料和有机硅耐高温涂料。该过程分四步进行:a聚丙烯酸钠的制备:量取配方量甲基丙烯酸,以过硫酸钾为引发剂,加入配方量的氢氧化钠水溶液,75。C下磁力搅拌5h,制得20%的聚丙烯酸钠溶液;b膨润土的预处理:称取配方量的膨润土,置于烧杯中,加入配方量的Na2CO,水溶液,放置24h,获得钠基化膨润土;C色浆的制备:在处理好的膨润土中,加入配方量的颜填料、蒸馏水和1/2成膜助剂及112增稠剂,通过高速剪切乳化机高速搅拌30min制得均匀稳定的色浆;d色浆与乳液的混合:按配方的颜基比分别称取定量色浆和乳液,在搅拌下混合均匀,2h后加入消泡剂及剩余量的成膜助剂和增

4、稠剂,慢速搅拌10min,放置24h。2】【3J。护,1999,(720:护,1997,(10:27f4等;豆珠僖罐十¨洚料最槲胎研讨全.2003.111,呲5采程与学f珠料水材吴子分源高洪学郗大兰理胜南姚华m m m皿1.3涂层样品的制备按照GBl72792漆膜的一般制备法,进行制样。用漆刷在规定的试板上,快速均匀地沿纵横方向刷涂,使其形成一层均匀的漆膜,不允许有空白或溢流现象,刷涂两层;在室温下放置15min后,放入电热烘箱中在120150下干燥2h。1.4涂料的性能测试耐热性能:按照GBl72779,在四块薄钢板上制备漆膜,将其中3块放置到已调节到测试温度的马弗炉中,达到规定时

5、间后,将3块样板冷却至25±1与预先留下的样板比较,检查有无起层、皱纹、鼓泡、开裂、变色等现象。硬度测试:按照GBrI'6739.86,采用铅笔测定法(硬度范围:6B,-6H。耐溶剂性能:漆膜的耐化学试剂性能按照GBl763.79测定;漆膜的耐盐水性能通过将涂漆样板三分之二浸入常温下3%(质量的盐水溶液中, 96h后取出样板,清洗后用滤纸吸干,与预留样板比较;漆膜的耐汽油性能按照GB/T1734.93测定。附着力测定:按照GB.tT9286.88色漆和清漆涂膜的划格试验法。2结果与讨论2.1涂料耐热性能在相同颜基比下,以钛白粉和滑石粉等做颜填料,改变基料树脂中有机硅的含量配置

6、得有机硅水性涂料(系列1,其耐热性能测试结果如图1所示。260_ :1_/_| ,200., ,p180.,雷m.,f140-_,一:!/AnoV-_l-o204060801l 图1杠有机硅含量,%尊从图1中可以看出,随着基料树脂有机硅的提高,所配制的涂料耐热性有明显提高,因为当硅氧烷树脂在高温时,聚硅氧烷部分会生成siOsi交联骨架结构,可防止主链断裂降解,同时对内部的聚合物起到保护作用,从而具有非常好的耐热性能”】。但是当树脂中有机硅含量超过50%时,涂层的耐热温度无法进一步提高,因钛白粉在250时已经开始粉化,因此,这时填料成为制约涂层耐热性的主要因素。在后面的试验中我们采用了三种不同颜

7、填料体系分别制得了三种涂层材料。系列l为以钛白粉为主要颜料的白色涂料:系列2为以锌粉为主要颜料的灰色涂料;系列3为以铬绿为主要颜料的绿色涂料。以有机硅含量为70%的硅丙树脂为基料,采用颜基比为3:1时,其耐热性能温度结果如表l所示。从表1中可以看出,不同的颜填料对于涂料的耐热性能有很大的影响,3个系列涂料的耐热温度分别为250、400和650。系列1中由于钛白粉在200时易粉化,加入粉化改善剂后得以改善,耐热温度可达到250"C。系列2中锌粉在420左右开始融化,涂层可耐400高温。系列3中的颜料铬绿的耐热性能非常好,甚至可以达到800以上。表1颜填料对涂料耐热性能的影响害震拦警鹫乞

8、颜基比系列,系列2系列32.2涂层的硬度涂层的硬度是表示漆膜机械性能的重要性能之一,试验中我们通过施加一定质量的负荷作用在比较小的接触面积上,测定出漆膜抵抗包括由于碰撞、压陷或者擦划等造成变形的能力表现涂层的硬度”5J,结果如表2所示。从表2中可以看出,三个系列涂层的硬度有着相同的变化趋势,随着颜基比的增大,涂层的硬度增加:随着基料树脂中有机硅含量越大,涂层的硬度变差。当用纯聚硅氧烷作为基料树脂时,因聚硅氧烷分子链为柔性链段,成膜时硬度小,所以所得的涂层硬度很小,难以实用。50%和70%有机硅含水性工业涂料二。一、。一,:+瓣gi*裂灏罄穰静戮鞣瓣蓑涮黪l;女麓量树脂做基料时的涂层硬度好,可获

9、得硬度良好的涂层。2.3涂层的耐化学溶剂及腐蚀性能涂膜的耐化学腐蚀性是涂膜发挥保护作用的一项重要指标。我们主要对涂膜接触化学介质引起破坏的抵抗性进行了检测,结果如表3、4所示。表3涂层的耐盐水性能1002:l 3:1无变色少量无无无无无少量从表3中可以看出,所制涂层的耐盐水性能较有很大关系。表4表明,涂层的耐汽油性能良好,好,颜基比为2:1的涂料所制涂层耐盐水性能最经200#汽油浸泡96h后,仅基料树脂有机硅含量好,经过96h盐水溶液浸泡后,均无气泡、变色和为50%的涂层有变化,这是因为有机硅树脂具有良脱落现象,说明涂层的耐盐水性能与涂料的颜基比好的耐溶剂、化学腐蚀性能,因此,高有机硅含量军二

10、在球楫掣,I性潦料屐树胎研讨奎.2003.11',无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无舱腿无无无l 23l 23l 2的树脂作为基料树脂时,涂层的耐盐水和耐溶剂性能非常好,而用纯有机硅氧烷配制的涂料所得涂层的耐盐水和耐溶剂性能则一般,这主要是由于纯有机硅树脂在基材上附着力差所致。另外,我们还对系列2防腐涂料的防腐性能进行了进一步的测定,考察了涂层在3%浓度盐水浸泡F,涂料颜基比对涂层耐盐水性能的影响。结果如图2所示。从图2中可以看出,随着锌粉用量的增加,涂层的防腐蚀性能先增高,达到某一最大值后开始减小。因为对于防腐颜料而言,

11、每种涂料都有其最适宜的用量,在此用量下,漆膜对介质的吸附性小,而电绝缘性和保护性最好。用量在临界量以下时,防腐性能随着颜料体积浓度的增加而提高:超过临界用量时,防腐性能反而下降。且从图2中可以看出,在试验体系下,锌粉的用量为28%(此时颜基比为2.5:1左右时,涂层的防腐性能最好。习八蚓/8。60.1。j.:.2030405060Zn含量,%图2锌粉用量对涂层耐腐蚀性能的影响2.4涂层的附着力试验中我们按照GB,r9286.88色漆和清漆漆膜的划格试验中的结果分级法,测定了涂层的附着力,其根据划格涂层的脱落程度划分为0巧级,其中0级最好。结果如表5所示。从表5中可以看出,基料树脂中有机硅含量越

12、金属表面的附着力较差,而聚丙烯酸酯她粘附陛能;涂料颜基比越大,涂层的附者因为涂层的附着力粘结主要靠基料成膜时生的物理化学变化,涂料中基料树脂含量涂层的附着力增大。'y竿二在球僻型l|¨汝斯厦栩肥研讨套.2003.11表5涂层的附着力3结论1在800以下,当基料树脂中有机硅含量超过50%时,颜填料成为影响涂层耐热性能的主要因素;当采用耐热性能好的颜填料时,基料树脂中有机硅含量越高,涂层的耐热性能越好。2以有机硅改性树脂为基料的涂料所制得的涂层具有良好的耐盐水和耐化学溶剂性能;对于Zn 粉做主要填料的防腐涂料,就试验所得涂料体系而言,Zn粉用量为28%,.颜基比为2.5:1时,所制涂层的防腐蚀性能最好。3涂层的硬度随着涂料颜基比的增大而增大,随着基料树脂有机硅含量的增大而减小;涂层的附着力则随着涂料颜基比的增大和基料树脂有机硅含量的增大而变差。参考文献【1】VM Rosa,M l Felisberti,JAppl Polym Sci,2001,81:3272【2】X Chela