高固體分低表面處理環(huán)氧涂料性能研究

目前，在鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝工程中，絕大多數(shù)采用重防腐涂料涂裝的方法。但是為了保證涂層的防腐質(zhì)量，必須對(duì)鋼材的表面進(jìn)行徹底的噴砂處理，清潔度一般要求達(dá)到ISO8501-1988的Sa2.5級(jí)，目前在進(jìn)行表面處理施工中主要存在于以下幾個(gè)方面問(wèn)題：（1）表面除銹噴砂技術(shù)條件不能滿足施工要求，處理效果不能達(dá)到施工技術(shù)要求。（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)作業(yè)面的結(jié)構(gòu)死角不能進(jìn)行徹底噴砂處理。（3）除銹噴砂處理會(huì)造成粉塵和噪聲污染，收到現(xiàn)場(chǎng)及環(huán)保條件限制。（4）除銹設(shè)施及其他條件原因，.終導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)表面前處理除銹質(zhì)量 不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5要求，從而不能保證好涂膜的施工效果。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多橋梁廠、廠房鋼構(gòu)、化學(xué)工程進(jìn)入了維修期，這就提出要求低表面處理（帶銹涂裝），低表面處理涂料又稱表面容忍性涂料，它們可以噴涂在下列3種狀況的鋼結(jié)構(gòu)表面：（1）用手工或動(dòng)力工具打磨處理，達(dá)到ISO8501-1988  St2或St3級(jí)的鋼材表面；（2）帶閃銹或微銹的鋼材表面；（3）多種類型的舊涂層表面。

本試驗(yàn)以雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂為基礎(chǔ)，加入液體改性樹(shù)脂，對(duì)環(huán)氧固化劑進(jìn)行復(fù)配選擇，對(duì)附著力促進(jìn)劑進(jìn)行了研究確定，制備出低VOC排放及更符合帶銹表面涂裝的長(zhǎng)效防腐低表面處理環(huán)氧涂料?？蓱?yīng)用在底材處理達(dá)不到Sa2.5級(jí)的邊角部位、牢固的銹層小于60um以下的金屬表面，也可以用于舊涂層維修表面等，都具有優(yōu)異的底材附著力、防腐蝕性和環(huán)境友好性，同時(shí)降低了人員操作要求和施工費(fèi)用。

綜上所述，該低表面處理涂料是節(jié)能、高效、高防腐產(chǎn)品，并已在市政建設(shè)、橋梁、港口設(shè)施等行業(yè)維護(hù)維修等眾多項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用。

  1實(shí)驗(yàn)部分

  1.1試驗(yàn)原料

環(huán)氧樹(shù)脂，NPEL128，南亞環(huán)氧樹(shù)脂有限公司；改性液體樹(shù)脂，呂特格；1^＃環(huán)氧固化劑，卡德萊；2^＃環(huán)氧固化劑，空氣產(chǎn)品；3^＃環(huán)氧固化劑，自制；4^＃環(huán)氧固化劑，自制；防銹顏填料，杭州鍶坦；填料，滁州格銳；分散劑、流平劑、消泡劑、潤(rùn)濕劑，畢克；附著力促進(jìn)劑A，廣州致輝；附著力促進(jìn)劑B，道康寧；稀釋劑，自制。

  1.2實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平，TC3K,常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；QXD刮板細(xì)度計(jì)，上海魅宇儀器設(shè)備有限公司；砂磨機(jī)，QSM-Ⅱ型，天津市科聯(lián)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司；高速攪拌機(jī)，SDF，上海維特電機(jī)有限公司；鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，BGD881,廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器用品有限公司；GC氣相色譜儀，美國(guó)；膜度儀，BYK；AT-A電子拉拔儀，美國(guó)；QFH涂膜劃格器，天津；等。

  1.3高固體分低表面處理環(huán)氧涂料基礎(chǔ)配方

本實(shí)驗(yàn)雙組份高固體分低表面處理環(huán)氧涂料的參考配方如表1所示。

表1  涂料基礎(chǔ)配方

Table 1  Basic Coatings Formula

  1.5檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法

本實(shí)驗(yàn)主要為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，參照HG/T4564-2013《低表面處理容忍性環(huán)氧涂料》標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合T/CNCIA01005-2018《低VOC含量高固體分、超高固體分和無(wú)溶劑環(huán)氧涂料定義》中的高固體分環(huán)氧涂料的環(huán)保要求及客戶環(huán)境條件要求等，完成產(chǎn)品性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

  1.5.1帶銹鋼板的制備

取厚度為3mm的冷軋鋼板，表面除油后噴砂至表面清潔度達(dá)到Sa2.5級(jí)，按GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，14d后取出，用約50℃熱水邊沖邊用尼龍刷刷洗3min后，再用自來(lái)水邊沖邊用尼龍刷刷洗5min，然后在（105±2）℃條件下烘1h，用氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)鋼絲刷打磨，保留牢固附著的銹跡，吹去表面浮灰后，即制得實(shí)驗(yàn)用帶銹鋼板。制得平均銹層60um的帶銹鋼板，符合HG/T4564-2013中對(duì)于帶銹鋼板的要求。

  1.5.2耐鹽霧性能測(cè)試

高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套固化劑后，噴涂2道，每道間隔12h,干膜膜厚200um，將制好的鹽霧板放入恒溫室養(yǎng)護(hù)7d，然后將鋼板放入鹽霧箱中，按GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

  1.5.3耐水性檢測(cè)

     高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套固化劑后，噴涂在銹蝕鋼板上，噴涂2道，每道間隔6h，涂膜干膜厚（100±10）um，經(jīng)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)7d后放置于去離子水中，按GB/T1733-1993《漆膜耐水性測(cè)定法》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

  1.5.4耐3%NaCL溶液檢測(cè)

高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套固化劑后，噴涂在銹蝕鋼板上，噴涂2道，每道間隔6h，涂膜干膜厚（100±10）um，經(jīng)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)7d放置于3%NaCL中，按GB/T9274-1988《色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測(cè)定》甲法涂膜耐介質(zhì)測(cè)定法的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

  1.5.5與舊涂膜相容性測(cè)試方法    

     在噴砂后的鋼板上噴涂醇酸涂料，膜厚50um，經(jīng)恒溫恒濕條件下養(yǎng)護(hù)7d，放置戶外暴曬1個(gè)月，用以模仿戶外舊涂膜。除去戶外暴曬后的舊涂膜上的粉化層及沾染的灰塵，然后在舊涂膜上噴涂高固體分低表面處理環(huán)氧涂料，干膜膜度（60±5）um，經(jīng)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)7d后，按GB/T9286-1988《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》測(cè)試其附著力。

  1.5.6其他性能測(cè)試

干燥時(shí)間測(cè)試按GB/T1728-1979《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》進(jìn)行，表干按乙法、實(shí)干按甲法；硬度測(cè)試按GB/T6739-2006《色漆和清漆鉛筆法測(cè)定漆膜硬度》進(jìn)行；不揮發(fā)物的測(cè)定》進(jìn)行；體積固體分測(cè)試按GB/T9272-2007《色漆和清漆通過(guò)測(cè)量干涂層密度測(cè)定涂料的不揮發(fā)物體積分?jǐn)?shù)》進(jìn)行；VOC的測(cè)定參照GB/T23985-2009《色漆和清漆揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量的測(cè)定差值法》進(jìn)行；柔韌性測(cè)試按GB/T6742-2007《色漆和清漆彎曲試驗(yàn)（圓柱軸）》進(jìn)行；耐沖擊性測(cè)試按GB/T1732-93《漆膜耐沖擊測(cè)定法》；附著力（拉開(kāi)法）測(cè)試按GB/T5210-2006《色漆和清漆拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)》進(jìn)行，附著力（劃格法）測(cè)試按GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》。

  2結(jié)果與討論

  2.1固化劑種類對(duì)施工性能的影響

實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同固化劑，以m（環(huán)氧當(dāng)量）：m（活潑氫當(dāng)量）=1:1進(jìn)行配比，測(cè)試固化劑常溫干燥時(shí)間、低溫干燥時(shí)間、施工應(yīng)用性，1^﹟固化劑、2^﹟固化劑、3^﹟固化劑、4^﹟固化劑分別對(duì)比性能^[1]。幾種固化劑的組成如表2所示。

表2 固化劑組成及技術(shù)指標(biāo)

Table2  Curing Agent Composition and Technical Index

將表2中的4種不同固化劑按比例混合，攪拌均勻，調(diào)節(jié)黏度，噴涂于規(guī)格為50mm×15mm×0.2mm的馬口鐵板上。常溫干燥時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。低溫干燥時(shí)間測(cè)試在5℃條件下檢測(cè)^[2],其中試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表3  常溫干燥數(shù)據(jù)

Table3  Room Temperature Drying Data

表4 低溫干燥數(shù)據(jù)

Table4  Low Temperature Drying Data

固化劑配套高固體分低表面處理環(huán)氧涂料通過(guò)測(cè)試得知，1^﹟固化劑低溫、常溫固化時(shí)間.短，硬度上漲.快；4^﹟固化劑、3^﹟固化劑次之；2^﹟固化劑干性.差。腰果酚類固化劑擁有優(yōu)良的帶銹防銹性能，同時(shí)其低溫固化效果較好，缺點(diǎn)是容易使得涂膜變脆；聚酰胺類固化劑有很好的附著力、優(yōu)異的彈性和防腐性能，缺點(diǎn)是低溫固化性差。因此，本部分實(shí)驗(yàn)使用腰果酚改性固化劑與聚酰胺類固化劑不同比例復(fù)配固化劑進(jìn)行性能測(cè)試。

表5不同固化劑配套的質(zhì)量固體分、體積固體分、VOCs測(cè)試

Table5  Tests on Different Supporting Curing Agents^,Mass Solids，Volume Solids and VOCs

通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與3^﹟固化劑、4^﹟固化劑配比測(cè)試，質(zhì)量固體分和體積固體分均滿足Ⅱ型環(huán)氧低表面涂料標(biāo)準(zhǔn)及高固體分環(huán)氧涂料要求，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）含量＜250g/L，符合環(huán)保要求。

  2.2固化劑對(duì)于耐煙霧性能的影響

不同固化劑的性能測(cè)試：本部分實(shí)驗(yàn)采用高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套3^﹟固化劑、4^﹟固化劑分別對(duì)比性能^[2]。高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與3^﹟固化劑配套的涂膜在鹽霧箱中放置1 350h后出現(xiàn)涂膜透銹、起泡等現(xiàn)象；高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與4^﹟固化劑配套的涂膜在鹽霧箱中放置1 600h后出現(xiàn)涂膜透銹，結(jié)果如圖1所示。高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與4^﹟固化劑配套在帶銹鋼板上，耐煙霧性能優(yōu)于3^﹟固化劑，都符合環(huán)氧低表面產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中在帶銹鋼板上耐中性鹽霧1 000h的要求。

2.3固化劑對(duì)于涂膜機(jī)械性能的影響

將高固體分低表面處理環(huán)氧涂料分別配套3^﹟固化劑、4^﹟固化劑，噴涂于馬口鐵板上，干膜膜厚（23±3）um，恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)48h，測(cè)試性能。

經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，高固體分低表面處理環(huán)氧涂料機(jī)械性能優(yōu)異，配套3^﹟固化劑、4^﹟固化劑，劃圈法測(cè)試附著力達(dá)到了1級(jí)；耐沖擊測(cè)試中，涂膜經(jīng)1kg重錘50cm高度沖擊測(cè)試均合格；彎曲性檢測(cè)中，涂膜經(jīng)2mm彎曲后均合格，結(jié)果如表6所示。

表6  固化劑耐煙霧性能、機(jī)械性能對(duì)比

Table 6  Comparison of Curing Agents^,Salt For

Resistance and Mechanical Properties

注：a底材為銹層厚度60um的帶銹鋼板，膜厚200um；b底材為馬口鐵板，膜厚（23±3）um。

  2.4附著力促進(jìn)劑對(duì)涂膜性能影響

高固體分低表面處理環(huán)氧涂料^[3]分別添加聚酯改性附著力促進(jìn)劑A、有機(jī)硅改性附著力促進(jìn)劑B,與耐鹽霧性能優(yōu)異的4^﹟固化劑按比例配比，進(jìn)行滲透能力和附著力的性能測(cè)試。

經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，以劃格法測(cè)試附著力，在間距1mm情況下，使用附著力促進(jìn)劑A的高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套4^﹟固化劑，附著力達(dá)到1級(jí)；使用附著力促進(jìn)劑B的高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套4^﹟固化劑，附著力達(dá)到0級(jí)。均到達(dá)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中在間距1mm情況下附著力≤1級(jí)的要求，且附著力促進(jìn)劑B劃格性能較促進(jìn)劑A好。

在厚度3mm的帶銹鋼板上以拉拔法測(cè)試附著力，使用附著力促進(jìn)劑A的高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套4^﹟固化劑，其附著力分別為6.32MPa、6.33 MPa、6.68 MPa，斷面為基材與涂膜交界處，附著力平均為6.44 MPa。使用附著力促進(jìn)劑B的高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套4^﹟固化劑， 附著力分別為7.42 MPa、7.71 MPa、7.45 MPa，斷面為基材與涂膜交界處，附著力平均為7.53 MPa。兩者均達(dá)到了Ⅱ型環(huán)氧低表面涂料中規(guī)定的附著力不低于3MPa的要求，且附著力促進(jìn)劑B性能較附著力促進(jìn)劑A好。通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明，有機(jī)硅改性附著力促進(jìn)劑能夠更有效提高涂膜對(duì)于銹蝕底材的滲透和附著。附著力促進(jìn)劑對(duì)涂膜附著力的影響如表7所示。

表7 附著力促進(jìn)劑附著力對(duì)比測(cè)試

Table 7  Comparative Test on Adhesion Promoters^,Adhesion

注：a底材為銹層厚度60um的帶銹鋼板，膜厚（60±5）um；b底材為銹層厚度60um的帶銹鋼板，膜厚（200±20）um，銹蝕板150mm×75mm×3mm。

  2.5高固體分低表面處理環(huán)氧涂料耐性檢測(cè)

本部分試驗(yàn)采用高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套附著力促進(jìn)劑B制漆，使用3^﹟固化劑與4^﹟固化劑按比例配漆，制得樣板按照耐水性、耐3%NaCLa溶液檢測(cè)方法，檢測(cè)產(chǎn)品性能如表8所示 。

表8  耐性測(cè)試

Table 8 Resistance test

注：底材為銹層厚度60um的帶銹鋼板，膜厚100um。

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明：高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與3^﹟固化劑配套的涂膜在去離子水中放置1800h未起泡，未有異常；高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與4^﹟固化劑配套的涂膜在去離子水中放置2000h未起泡，未有異常。符合Ⅱ型環(huán)氧低表面產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中耐水240h無(wú)異常要求。

高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與3^﹟固化劑配套的涂膜在3%NaCLa溶液中放置720h未起泡，未有異常；高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與4^﹟固化劑配套涂膜在3%NaCLa溶液中放置1000h未起泡，未有異常。

  2.6高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與舊涂膜相容性測(cè)試

本部分實(shí)驗(yàn)旨在檢測(cè)高固體分低表面處理環(huán)氧涂料在舊涂層上的相容性^[4],采用高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套附著力促進(jìn)劑B制漆，使用3^﹟固化劑于4^﹟固化劑按比例配漆，制得樣板。舊涂膜狀態(tài)如圖2所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表9所示。

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明：（1）高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套3^﹟固化劑在舊涂膜上劃格附著力2級(jí)，下降為超過(guò)1級(jí)，重涂后涂膜未出現(xiàn)咬底現(xiàn)象；（2）高固體分低表面處理環(huán)氧涂料配套4^﹟固化劑在舊涂膜上劃格附著力1級(jí)，下降未超過(guò)1級(jí)，重涂后未出現(xiàn)咬底等現(xiàn)象。兩種配比均符合HG/T4564-2013中對(duì)與舊涂膜相容性的要求。

表9  相容性測(cè)試

Table 9  Compatibility Test

   注：底材為經(jīng)人工老化后舊涂膜，膜厚60um

  3高固體分低表面處理環(huán)氧涂料性能檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)以上各因素的探討，制備出高固體分低表面處理環(huán)氧涂料，對(duì)涂層進(jìn)行施工配套、理化綜合性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表10所示。

表10  高固體分低表面處理環(huán)氧涂料性能

Table 10  Properties of High Solids Low Surface Treatment Epoxy Coatings

  4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)表明：

（1）高固體分低表面處理環(huán)氧涂料與固化劑搭配在施工性能方面可以滿足要求，符合高固體分環(huán)氧涂料體積固含量標(biāo)準(zhǔn)要求，VOCs≤250g/L。

（2）選擇不同固化劑對(duì)于涂膜物理性能影響不大，但在產(chǎn)品涂膜性及耐鹽霧性能可以明顯提升，滿足涂層的長(zhǎng)效防腐蝕保護(hù)性要求。

（3）附著力促進(jìn)劑的搭配，增強(qiáng)了整體涂層對(duì)于銹蝕基材的潤(rùn)濕性和滲透性，對(duì)于涂層的附著力和拉拔測(cè)試有所提升。

（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備的高固體分低表面處理環(huán)氧涂料體系與測(cè)試舊涂層配套性良好，可以滿足產(chǎn)品對(duì)于不同處理涂層配套的應(yīng)用。