水性环氧防腐底漆耐盐雾性能的影响因素分析总结
来源:涂料家 | 作者: 卢学军 | 发布时间: 2020-03-09 | 543 次浏览 | 分享到:

用水性环氧制作底漆具有附着力好,涂膜致密,耐腐蚀,耐水,耐盐雾等诸多优秀的性能。到底何种体系的水性环氧体系具有更高的耐盐雾性呢?
本文从分子结构和防腐原理入手,详细分析了影响耐盐雾性的多种因素,可为水性环氧防腐底漆的配方设计提供参考。



1、使用助剂提高碳钢钝化膜的质量

钝化型抗闪锈剂,可增强干态和湿态的附着力;

水分子阻换剂,将粘接界面变成疏水型;

硅烷偶联剂,可提高界面附着力。


2、提高涂膜干态和湿态下的附着力

需要选择一个合适的树脂固化体系。

亲水基含量相对较高的体系往往湿态粘接强度差,水分子渗透到界面的可能性大增。

固化后的涂膜疏水性越强,水分就越难以渗透。

固化后的涂膜跟底材的湿态附着力越好,水分即使渗透到了漆膜底材界面,也难以破坏漆膜与底材界面的附着力。经过钝化的金属界面湿附着力会好。


3、涂膜的Tg>35°C

这样盐雾试验中,涂膜不会软化,变形小就不易起泡。

需要选择一个合适的树脂固化体系。

固化的温度和时间,影响交联度,从而能影响Tg。

固化体系的活化能,影响交联度和固化速度,从而能影响Tg。

固化剂分子中氨基和刚性基团的数量。氨基多,交联度高,刚性基团多,Tg和涂膜硬度相对就较高,所以不易起泡。

油性环氧的漆膜很容易Tg>35°C,因为均相体系中环氧树脂分子和固化剂分子充分接触缠绕

水性环氧则不同,以下因素会制约其交联度。

乳胶粒子的大小,粒子越粗,粒子中间部位很难接触到固化剂的分子,交联密度下降,体现为涂膜硬度不够。

树脂和固化剂的相容性,影响接触机率;

树脂和固化剂的配比取决于残留量,树脂残留多,则固化剂要减量;

固化剂为水溶性的,树脂为乳液,则树脂残留多,所以固化剂要适当减量;

树脂、固化剂均为乳胶粒子,则树脂、固化剂均会残留,粒子大的组分残留多,可考虑等当量或粒子小的减量;

自乳化环氧树脂乳化油性固化剂的体系,硬度上来相对较慢,树脂固化剂均会残留,但树脂残留多,固化剂残留少,所以固化剂要适当减少;

水乳型固化剂乳化油性环氧的体系,硬度上来相对较慢,树脂固化剂均会残留,但树脂残留多,固化剂残留少,所以固化剂要适当减少;

乳液型自乳化固化剂配合自乳化环氧体系,二者可相互乳化,相容性较好,二者接触充分,尽管二者均有残留,但相对残留少,可考虑等当量配比,该体系相对具有更高的耐盐雾性能。


4、合适的颜基比,使树脂能充分浸润颜料体系

一般PVC在25-35%是比较合适的选择范围。



5、形成碱性涂膜,可阻止电化学反应,防止析出氢气导致鼓泡

腐蚀发生的电化学反应:

在一般情况下,只要水中有0.4摩尔/升的盐的浓度,钠和氯离子就可以穿过涂膜扩散,因此在有盐雾的情况下,下列阴极反应就可能发生。

有氧存在时:O2 + 2H2O + 4e =4OH-

无氧存在时:2H+ + 2e=H2   (因为水存在电解平衡:OH- + H+ = H2O)

对应的阳极也发生以下反应:Fe-2e=Fe2+   

阴极和阳极反应的结果,生成氢氧化亚铁,随后氧化成带结合水的三氧化二铁。

离子透过涂膜比水和氧慢得多,涂膜所含OH-会选择性的吸收阳离子透过涂膜(如钠离子)。经研究证实,阳离子透过涂膜结果使得涂膜起泡脱落。无氧存在时会产生氢气,这就是上面说到的涂膜发生鼓泡的另外一个原因。

以上两个阴极反应可以看出,只要涂膜的PH值呈碱性且很高的话,反应就不会向右进行从而阻止了氧分子的溶解;在无氧存在时由于PH较高,这样H+浓度就非常的低,释氢反应就不会发生。故就抑制了阴极反应,没有了阴极反应,阳极反应自然也就大大减低了。阴阳两极反应的停止就阻止了电子的传递,故涂膜的电阻就不会降低同时保持良好的防腐性。


6、 颜填料的选择尤其是防锈颜料的选择

防锈颜料分为物理防锈和化学防锈两种,前者有云母氧化铁和超细云母粉,这些片状物料能增强漆膜的致密性,对腐蚀介质起屏蔽作用,降低渗透率;后者如铅系、铬酸盐、磷酸盐颜料,原采用磷酸锌和三聚磷酸铝,后在配方中使用一种新型的复合磷酸铝为主防锈颜料,以磷酸锌和三聚磷酸铝为辅,磷酸盐离解产生的磷酸根可使金属表面钝化,引起阳极极化,而锌粒子和铝离子则在阴极反应引起阴极极化。可大大提高涂膜的防锈能力。


7、交联密度(参照第3点)

乳胶粒子的大小,影响树脂和固化剂的混合均匀度,从而影响交联度。选择粒径小的环氧或者固化剂乳液,具有更高的交联密度。

多官能度的树脂和固化剂体系,提高交联密度。

相容性好,成膜性好,影响混合均匀度和相互接触机率,从而影响交联度。

合适的固化温度和时间。

树脂和固化剂体系的活化能。活性高的环氧体系在相同温度下具有更高的交联度和更快的固化速度。

树脂/ 固化剂的当量比,影响交联度。


8、涂膜的的厚度

当然耐盐雾性能也跟涂膜的厚度也有相当大的关系,涂膜厚,水、氧分子要穿透涂层需要的时间就长。耐盐雾性与涂膜厚度成正比。


9、树脂中单官能团或增塑型乳化剂的含量

外乳化类型通过添加乳化剂后相转变的方式乳化环氧,乳化剂有单环氧基的或者增塑型的,往往需要添加10-20%才能充分乳化环氧树脂,影响固化物的致密性和耐热性、硬度、耐腐蚀性等参数,自乳化性环氧乳液为双官能团环氧树脂接入亲水基,交联密度高,耐腐蚀性相对较高。

自乳化环氧体系,配合胺类固化剂及碱性颜料固化后形成了碱性较高的涂膜,可阻止电化学反应,抑制腐蚀金属和防止阳离子堆积和析出氢气导致起泡。


10、环氧固化剂体系中亲水基和疏水基的相对和绝对数量

亲水基含量高,如亲水型分子结构的固化剂,固化后的涂膜水分透入的机率大增,耐盐雾性受影响。

反之,疏水基含量高,如油性固化剂,固化后形成的涂膜具有天然憎水性,湿态附着力提高,水分透入的机率减少,耐盐雾性较高。

亲水基和疏水基含量均高,相比单纯的亲水基含量高,固化后的涂膜具有一定的疏水性,耐盐雾性相对提高。

环氧固化剂体系相对较少的亲水基具有更高的憎水性、湿态附着力和耐盐雾性。