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复合铁钛颜料在防锈涂料中的应用研究

发布时间:2017-03-03

 目前,在钢结构上的防腐措施虽然很多,但应用最广泛的仍然是涂料保护方法。在这种方法中,防锈底漆是决定保护效果的重要因素。红丹防锈涂料是传统的防锈涂料中使用最多的、性价比最佳的一种防锈涂料,但由于红丹系列防锈涂料中铅对环境存在严重的污染问题,而逐步受环保法规的限制,随着工业化的进程和社会的进步,人们对防锈涂料的要求也越来越高,所以,为提高涂料的保护寿命,保护生态环境,节约施工费用,研究环保型,低成本、防锈性能优的防锈涂料是势在必行。

我们自2002年开始试用复合铁钛防锈颜料,对第一代A型和第二代D型复合铁钛颜料应用在各种类型的防锈涂料中,制成的防锈涂料,其性价比优于红丹系列防锈漆。特别是制成的涂料可以解决传统防锈涂料颜色单调,含铅量过高等问题。经过在军用装备和民用设施等不同区域船舶、钢架、贮罐、坦克上涂装的试验后,均反应防锈效果良好。由于复合铁钛防锈涂料具有适应市场需要的色彩,性价比优异,该防锈涂料很快就被人们接受、认可。

2、试验部分
2.1原材料
       主要原材料为树脂、颜填料(包括复合铁钛防颜料)、助剂及溶剂。
2.1.1 成膜物的选择
       我们分别选用醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸树脂、水性树脂等各类树脂。
2.1.2颜、填料的选择
       (1)防锈颜料:根据环保要求,我们将我国现有非铅系铁红、无毒防锈颜料磷酸盐类防锈颜料以及国外的磷酸钙锌、磷钼酸锌钙等改性防锈颜料进行分析、对比,有些防锈性能远不如红丹防锈颜料,有些其性能略超过红丹,但因其价格太高(如表1所示),短期内很难实际应用。因而,我们在寻找防锈性能上优于红丹,价格合理的新型防锈颜料。通过对万达科技(无锡)有限公司生产的复合铁钛防锈颜料应用,发现复合铁钛防锈颜料,由于有纳米材料的引入大大改善了载体的体积填充致密度,减少了毛细孔作用,屏蔽致密程度大大增加,而且载体本身与红丹(Pb3O4)结构相类似,也有一定的防锈作用,其技术指标如表2、3所示。将其用于防腐涂料中,借助其中纳米材料使其细微的颗粒充填涂膜结构,增加漆膜致密度,降低漆膜可渗性,从而有效地提高漆膜的防腐性能。

表1   简介国内外的几种防锈颜料


品种

价格(元/吨)

性能

氧化铁红

3000~5000

防锈性能不高,主要用于防锈要求不高的场合

磷酸锌

8000~9000

用于防锈涂料,但防锈性能不如铅铬系列

三聚磷酸铝

9000~9500

用于防锈涂料,但防锈性能不如铅铬系列

其它含磷防锈颜料

10000~12000

三聚磷酸钙、亚磷酸氢钙等,性能比磷酸锌稍好,但应用不广

磷酸钙锌

38300(2003年价)

改性后的品种特别是微细化后可与红丹性能相近或略超红丹

磷钼酸锌钙

24200(2003年价)

WD—A—325黑色复合铁钛粉

约4000

引入涂层中,涂膜的致密程度很高可阻止酸、碱、盐水、氧等渗入涂膜可起到很好的防锈作用

WD—D—500白色复合铁钛粉

约5000


 

表2  A型复合铁钛的技术指标          表3  D型复合铁钛的技术指标


项目

指标

WD—A—325WD—A—500
Fe3O4   %  

60

60

TiO2  ,% 

2.0

2.0

325目筛余物,%≤

3.0

3.0

密度  27℃ g/cm3

4.4~4.6

4.2~4.5

吸油量 g/100g  ≤

6~12

8~14

遮盖力  g/cm2   ≤

50

50

水溶物 g/100g  ≤

0.5

0.5

挥发分(105℃)≤

1.0

1.0

水悬浮液pH

6~8

6~8

项目

指标

WD—D—325

WD—D—500

P2O %  ≥

10.0

20.0

TiO2   %   ≥

0.8

1.0

400目筛余物 % ≤

3.0

2.0

密度  27℃ g/cm3

2.8~3.1

2.8~3.1

吸油量 g/100g  ≤

8~14

10~17

遮盖力  g/cm2   

160

160

水溶物 g/100g  ≤

0.5

0.5

挥发分(105℃)≤

1.0

1.0

水悬浮液pH

6~8

6~8


      

(2)填料:选择一定量体质颜料相配合,不仅降低生产成本,同时也能起到改善漆膜功能,提高漆膜的附着力等作用。
2.1.3助剂的选用
       (1)分散剂:由于复合防锈颜料中加入纳米材料,还是比较难分散,无论是醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸或水性防锈涂料都要加入适合的分散剂,采用合适的分散工艺,、使该涂料分散好,才有更好的防锈效果。

       (2)其它助剂:在涂料配方中加入了一定量助剂,如触变剂、消泡剂、流平剂、催干剂、防结皮剂等,有效地防止涂料在贮存和施工过程中出现质量病态
2.2复合铁钛防锈涂料的配方设计
          在选定了防锈涂料的原材料后,根据防锈涂料配方设计基本原则、颜基比。既考虑防锈性能符合标准,又考虑新的防锈涂料对现有生产设备的要求,通过正交试验进行组合,最后确定复合铁钛防锈涂料配方,如铁红醇酸复合铁钛防锈涂料配方见表4

  附表4    铁红醇酸复合铁钛防锈涂料参考配方


原材料

质量分数/%

WD—D铁钛粉

20~27

氧化铁红

6~8

醇酸树脂

40~48

其它防锈颜料

3~6

填料

5~9

分散剂

适量

防沉剂

2~5

催干剂

2.5~3.5

防结皮剂

适量

溶剂

适量


3、复合铁钛防锈涂料生产工艺简介
3.1工艺流程

复合防锈颜料预分散

过滤

检测

调色缸

砂磨机

中间缸

配料缸

包装

树脂、颜、填料
助剂、溶剂                                助剂、溶剂
3.2操作规程
       将称量好的树脂、填料、触变剂及助剂投入配料缸,搅拌均匀后,包括预分散的复合防锈颜料,放入中间缸内,经过砂磨机研磨至细度合格后,放入调色缸内,搅拌均匀,检测质量指标合格后,过滤包装。
3.3产品质量测试结果
由表上可见产品质量完全符合部颁标准(如表5所示)。
表5  部分防锈漆的性能测试结果


涂料名称

性能

C0328各色铁钛醇酸防锈漆H0351各色复合铁钛环氧防锈漆(分装)

H0311环氧酯涂料

各色铁钛环氧酯底漆

漆膜颜色及外观符合标准样板及色差范围,漆膜平整符合标准样板及色差范围,漆膜平整符合标准样板及色差范围,漆膜平整

细度,µm

50

50

60

硬度

0.25

0.4

0.3

粘度,秒

72

77

75

干燥时间,h

4/24

4/24

4/24

柔韧性,mm

1

1

1

附着力,级

1

1

2

冲击强度,kg/cm

50

50

50

耐盐雾,h

200以上

400以上

200以上(国家标准无此项)

耐盐水,3%Nacl

10天

28天以上

13天以上


   除上表三类产品外,还有丙烯酸、水性防锈涂料等。
4、施工方法

复合铁钛防锈涂料与传统防锈涂料的施工方法相同,可刷涂、滚涂或无空气喷涂。
5、结论
       (1)本防锈涂料具有耐盐水、耐盐雾、防锈性能等优异的特性,可全面替代传统防锈涂料。
       (2)产品的单位成本与原传统的红丹防锈涂料、环氧酯底漆、环氧云铁防锈涂料低10%以上。
       (3)该涂料是非铅系复合铁钛防锈涂料,符合军用装备上涂装涂料要求,并可广泛用于各类军事装备和各种民用防腐涂装体系,具有很高的实用价值。
       (4)可配制各色防锈涂料,该涂料比重小,涂布面积比传统防锈涂料大,节省使用成本,深受船舶、钢结构制品公司的青睐。

(5)该产品是非铅系防锈涂料,对环境及施工人员损害少、环保、有良好的社会效益和经济效益,将会促进并带动我国防锈涂料的开发研究。