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水性环氧煤沥青防腐涂料的配方设计及施工

信息来源:paintkey.com  时间:2011-08-18  浏览次数:218

  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
  0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)固体含量高,可制成厚涂层,一次干膜厚度大于100μm;
  (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)可与各类车间底漆配套,对未经充分除锈的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(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入大气,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的高固体分、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__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固化剂乳化;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,同时该固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,针入度和延度较大等。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固化剂,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,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-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1h就会凝胶化,给施工带来麻烦。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,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。
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