水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工_图文

1、第47卷第1期 2009年1月上海涂料SHANGHAI COATlNGSV01.47No.1 Jan.2009水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工刘宗晨 (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:TQ 630文献标识码:A 文章编号:10091696(2009010016050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

2、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年研制成功第一代环氧 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:(1同体含量高,可制成厚涂层,一次干膜厚度 大于100gm;(2优良的防霉性、耐水性、抗渗、耐化学腐蚀、 耐油性等;(3涂膜具有优良的的机械性能,硬度高、耐冲 击、耐磨及良好

3、的附着力。防腐层性能稳定,使用寿 命长;(4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;(5可与各类车问底漆配套,对未经充分除锈的 【收稿日期】20080912 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; (6经过20余年的经验积累,制订了一套从设 计到施工的技术标准,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

4、(VOC的 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的高 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域 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。1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

5、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 万 方数据第l期 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, 如双酚F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 化有3种方法:(1直接乳化法:将环氧树脂和乳化 剂混合,加热到合适的

6、温度,在激烈的搅拌下缓慢加 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 脂分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化。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

7、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 4080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

8、有良好的相容性。固化剂 可直接乳化环氧树脂、煤沥青,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 用要求。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有3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 聚酸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 后的多胺固化剂具有两亲性结构,以改善与树脂的相 容性。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

9、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l h就会凝胶化,给 施丁带来麻烦。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

10、,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 万 方数据18上海涂料 第47卷成本,缩短涂膜表干时间,还可以提高

11、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

12、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 沫,所以配漆时要加入抑泡剂和消泡剂。通常在分散 前加入抑泡剂来减少形成泡沫的可能,分散后再加入 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 混合乳化。1.6助溶剂助溶剂(也叫成膜助剂通常是挥发很慢的溶剂, 如各类醇醚、醇醚醋酸酯和醇酯等,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

13、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 圃化剂 165。200煤沥青(70% 120140颜填料 150-185助溶剂 5一lO 助剂 2.5。5乳化剂 o.52水 4560 1.7.2水性环氧煤沥青涂料的制备工艺组分A:(1将环氧树脂加热到60,缓慢加人煤沥青, 搅拌30min;(2慢慢加入乳化剂,搅拌15min;(3加入部分助溶剂,搅拌均匀,过滤包装。 组分B:(1将水性环氧固化剂、水和少量抑泡剂加到料 筒中,搅

14、拌直至水性环氧固化剂溶解均匀;(2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; (3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;(4用增稠剂调节色漆粘度,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 触干 3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耐盐水性(96h 无异常 划格附着力/级 l2结果与讨论2.1

15、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、煤 沥青粒子运动受阻,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。(1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 万 方数据第1期

16、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。(2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。 (3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

17、容易,越有利于固化。(4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联两个基本过程, 在水分的挥发过程中,环氧树脂和水性环氧固化剂进 行交联反应。当水的挥发速度小于同化速度,涂膜表 面固化太快,就有部分水分停留在涂膜内部而影响最 终涂膜的性能。环境因素,如温度、湿度等对涂膜水 分的挥发与固化反应速度都有影响,这使得涂料施1二 时的环境温度、相对湿度和通风条件等的控制比溶剂 型环氧涂料更严格。2.2环氧树脂与固化剂配比对涂料性能的影响在影响水性环氧煤沥青涂料性能的诸多因素中, 环氧树脂同固化剂的配比最为重要,水性环氧煤沥青 涂料的性能可以通过调节二者的配比来实现。具体的

18、当量比因应用场合不同而异,环氧基过量可使涂料的 适用期延长,涂膜的耐水性、耐化学药品性能以及耐 湿性等性能有所提高;而固化剂过量可加快涂膜的固 化,涂膜的光泽度、附着力、耐磨性和耐溶剂性也相 应改善。本配方要求固化剂适当过量,因为这样环氧 树脂能充分固化,消除煤沥青的负面影响。一般当量 比可作20%的增减。2.3环氧树脂与煤沥青的比例对涂料性能的影响 和一般溶剂型环氧涂料一样,环氧树脂和煤沥青 的比例在4/66/4之间。随着沥青比例的加大,涂料的 耐水性提高,成本降低,但耐油性、耐化学药品性能 下降。由于煤沥青的存在,环氧树脂的固化会有所延 迟,煤沥青填充于环氧树脂固化体系中,增加体系的 密度

19、,使体系耐腐蚀性增强,同时研究表明:两者比 例选择在l/l1/1.2之间综合性能最佳。3水性环氧煤沥青涂料的施工“三分涂料,七分施工”。涂料在整个涂装过程中, 仅是半成品,要达到理想中的优质涂层,施T的好坏才 是关键。所以,涂料的施工一定要严谨细致,有条不紊。 3.1材料的选择选择材料首先考虑基材是混凝土,还是钢材?其 次确定使用环境条件,包括温度、湿度,涂装后是否 要受化学腐蚀介质(酸、碱、盐等、油品和水的侵蚀; 最后考虑施工条件:温度、湿度,以及涂料同化性能 与施工条件的适应性。3.2施工准备3.2.1基层检查及处理基层检查包括混凝土含水率的测定、平整度的测 定、pH值的测定、强度的测定;

20、钢铁基层的锈蚀、粗 糙度等。3.2.2基层表面处理方法水性涂料的性能主要取决于配方设计的合理性, 而使用寿命的长短主要取决于基材处理是否合格。 混凝土基层处理:油污较多的地面:用 10%15%的盐酸清洗混凝土表面,待反应完全后(不 再产生气泡,再用清水冲洗,并配合毛刷刷洗,此法 可清除泥浆层并得到较细的粗糙度。大面积场地:用喷砂或电磨机清除表面突出物,松动颗粒,破坏毛 细孔,增加附着面积,以吸尘器吸除砂粒、杂质、灰尘。 不平整表面:对于有较多凹陷、坑洞的表面,大裂 纹应凿成“V”字形,用环氧树脂砂浆或环氧腻子填平 修补后再进行下步操作。处理后水泥表面要求坚硬、平整、不起砂、清洁 无油、形成一定

21、的粗糙度、表面无积水、无明显渗漏 方可施工。钢铁表面处理:除锈级别较低,喷砂除锈sa 2级 或手工st2级,有一定的粗糙度,表面无油。3.3涂装环境条件水性环氧煤沥青涂料的施工环境要严格要求,否 则会引起一系列问题。 万 方数据20上海涂料 第47卷3.3.1。温度一般底材温度高于露点5以上,最好在lo以 上。这是因为:由于水性环氧煤沥青涂料中环氧基 和胺固化剂上的活泼氢反应受温度限制,该反应在 IO。C下很缓慢,一般5。C下基本不反应;由于是水 性涂料,低温会造成破乳和结冻,导致涂料或涂膜失 效。底材温度比露点越高,水分蒸发越快,越利于 涂膜的形成。低温时,涂膜中水分逸出慢,会造成涂 膜外观

22、的缺陷。但温度很高时,涂料两组分反应快,使用期短, 涂料流平性变差,施工时也应注意。一般认为,基材 表面温度大于40,施工效果很不理想。3.3.2湿度一般相对湿度应低于85%。高湿度空气中水分含 量高,对水性涂膜水分逸出是致命的。特别要避免在 低温高湿环境下施工。3.3.3通风条件空气流动越快,水分蒸发越快,越利于涂膜形成。 但由此引起的灰尘等会造成涂膜的表观缺陷,需加以 注意。3.4施工工序3.4.1底涂将基材处理完毕并清理干净后就可进行底涂(辊 涂或刷涂,辊涂或刷涂应均匀,厚薄一致,底涂材料 不宜过厚,以便充分润湿,增加涂层对基材的附着力。 如处于恶劣环境需加涂中涂l2道。3.4.2面涂用

23、辊筒辊涂水性环氧煤沥青涂料面涂,完工后要 求整体颜色均一、无空鼓。3.4.3养护水性涂料施工一般1天1道,面层实干需要24h, 在这期间应进行封闭,以免影响表面效果。3d后方可 上人,完工保养7d后方可正式投入使用(以25为 准,低温时开放时间需适度延长。4结语用水性环氧固化剂同环氧树脂、煤沥青配合制得 的水性环氧煤沥青涂料,不燃、不爆,使用安全方便, 有利于环境保护和使用者的健康;其性能同溶剂型环 氧煤沥青涂料相当,适合于工业涂装,特别在地下室、 水下等相对潮湿、封闭的环境中,其优势更为明显, 有着十分广阔的市场前景。可是其色较深,不能制成 浅色涂料;对面涂渗色严重及毒性等缺陷也值得注 意。

24、虽然,其对人体和环境的影响目前尚在跟踪,还 没有法律、法规禁止使用,但已限制其使用范围。所 以,寻找替代品也迫在眉睫。参考文献l李国莱,张慰盛,管从胜.重防腐涂料M.北京:化学工业出版社, 19992虞兆年.防腐蚀涂料和涂装M.北京:化学工业出版社,2001 3周天寿,沈志明,等.水性环氧及其在建筑中的应用J.新型建筑材 料,2001(5:16一184李桂林.环氧树脂与环氧涂料Mb京:化学工业出版社,2003 5徐峰,朱晓渡,王琳.功能性建筑涂料M.北京:化学工业出版社, 2005:609-614欢迎邮购上海涂料历年合订本及光盘现有19872008年合订本,每年为一本,19872000年:50

25、元/本;20012004年:80元/本(1991、1992、 2002年已售完;20052008年:150元,本。另有19802001年光盘:300元/套,19802005年光盘:500元,套, 欢迎邮购,合订本每本另加15%邮资,光盘每套另加30元邮资。地址:上海市云岭东路345号 邮编:200062E.mail:shtl 电话/传真:0215282008652808959联系人:汪世平 网址:www.shcoatings.COm 开户单位:上海市涂料研究所 开户银行:工行曹杨新村支行 帐号:1001237509008970107 万 方数据水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 刘宗晨， LIU Zong-chen 濮阳兴建防腐涂料有限公司,457000 上海涂料 SHANGHAI COATINGS 2009，47(1 1次 参考文献(5条 1.李国莱