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高氯化聚乙烯在防腐涂料中的應用,用高氯化聚乙烯(HCPE)代替氯化橡膠
2019年11月06日    閱讀量:1699    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

0 引 言

由于氯化橡膠分子結構規整、飽和、極性小、化學穩定性好,用它制備的各種防腐涂料具有涂膜干燥快、附著力好、耐化學介質和抗潮濕滲透性優良等特性。半個世紀以來,已發展成為當今世界上艦船和水下設施、鋼結構設備防腐的重要材料之一。


但由于傳統使用的氯化橡膠在生產過程中需要使用大量的含氯烴溶劑(四氯化碳或二氯乙烷),這類溶劑排放到大氣中會破壞臭氧層,殘留在樹脂中對長期接觸的人體有致癌作用,故20 世紀90 年代,為履行蒙特利爾保護大氣臭氧層公約義務,一些發達國家早已限制生產四氯化碳溶劑法生產氯化橡膠涂料在線coatingol.com


近幾年,我國也正在加緊對含氯烴溶劑釋放量進行嚴格地控制,使其取代品得到很大發展,尤其是高氯化聚乙烯樹脂(HCPE)的應用。


HCPE 具有優良的耐大氣老化和耐化學介質性能,易溶于芳香烴、酯、酮等有機溶劑,與大多數涂料用的無機顏料和有機顏料有良好的相溶性。一般溶解成40%固含量樹脂液比較適宜配漆使用。


我國工業化生產的高氯化聚乙烯大部分采用水相法,氯化工藝以水為介質,生產成本低,對生態環境無污染,同時具有與氯化橡膠相似的各種優良性能。近年來,隨著HCPE 的水相懸浮深度氯化法工藝技術的逐漸成熟,國產HCPE 產品的開發和應用得到很快的發展,以HCPE 和改性樹脂為主要成膜物質制成的防腐涂料可單包裝,可在低溫環境下施工,施工條件簡便,可刷涂、滾涂、噴涂。漆膜能自干,且干燥速度快,通常30 min 可表干,6 h 實干,24 h 干硬。


用HCPE 代替氯化橡膠制備防腐蝕涂料,可獲得與氯化橡膠防腐漆性能相似的防腐蝕涂層。特別適宜作儲罐、橋梁、大型鋼結構設備保護性涂料。還可以降低生產成本,提高施工安全性。如今,在涂料行業,HCPE 已成為氯化橡膠的較好替代產品。


1 HCPE 改性防腐蝕涂料原材料的選擇

1.1 改性樹脂

HCPE 防腐涂料雖然具有優良的防腐性、防水性、耐候性、阻燃性及施工快干性,但其單獨形成的漆膜柔韌性差,易脆裂、剝落。耐溶劑性也差,易在二次復涂時產生咬底現象。此外, HCPE 溶解為40%甲苯樹脂液時,為較黏稠液體,不適宜直接制漆或施工,需要兌入大量稀釋劑,不僅影響每道漆干膜厚度,而且造成大量溶劑揮發浪費。


因此,單一選用HCPE 樹脂制備防腐漆遠遠不能達到要求,需要與其它合成樹脂或天然樹脂并用,才能獲得較為理想的綜合性能。又由于HCPE 結構飽和,無活潑化學基團,屬化學惰性樹脂,因而與一些樹脂的混溶性不是很好,不能任意比例混溶,有的甚至不相溶,如醋酸纖維素、乙基纖維素、氯乙烯醋酸乙烯共聚物等。改性樹脂的選用需要通過實驗獲得。


常用的改性樹脂有熱塑性丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、環氧酯樹脂、醛酮樹脂等,按一定比例混入,可以較好改善漆膜的柔韌性、耐溶劑性,提高漆膜光澤、干膜厚度及對底材的附著力,增加對光的穩定性。


1.2 防銹顏、填料

大多數用于涂料的顏、填料都可以用于HCPE防腐漆,應綜合考慮涂層的防腐性、施工性及貯存穩定性,根據使用環境要求合理選擇。底漆是涂料涂裝防腐配套體系中最重要的基礎涂層,它要求對底材必須具有良好的潤濕性和優異的附著能力,不得存在針孔、砂眼、起泡等涂裝缺陷,同時還應具備鈍化、緩蝕封閉等防腐功能,與中間涂層或面漆的層間附著力良好。一般選用氧化鐵紅、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、氧化鋅等具有較好防銹能力的顏填料,以提高漆膜的復合增效防銹能力;中涂層選用云母氧化鐵、云母粉、鋁粉、玻璃鱗片等片狀顏料,可減少水蒸氣滲透及抵擋部分紫外光對漆膜的破壞;


面漆各方面性能要求較高,不僅要具有良好的附著能力,還要具有優良的耐候性和抗腐蝕性,通常選用金紅石鈦白粉、氧化鐵紅、鐵黃、耐光中鉻黃等化學穩定性較好的無機顏料及云母粉、鋁粉、磷酸鋅等防銹顏料。另外,還可選用一些惰性填料,如沉淀硫酸鋇等,以增強漆膜的強度,提高防銹能力,降低生產成本。


1.3 溶劑

溶劑對樹脂的溶解性至關重要。HCPE 不溶于脂肪烴和醇類溶劑,能溶于芳香烴、氯化烴、酯類及酮類溶劑。常用的溶劑有二甲苯、醋酸丁酯、高沸點芳烴溶劑等。在南方,常年雨水多,空氣濕度比較大,易造成被涂工件含水分較重,還可加入具親水性的丙二醇醚等溶劑,在溶劑揮發、漆膜干燥過程中帶走部分水汽,以提高漆膜對被涂物件的附著力。為了獲得滿意的溶解力及揮發成膜效果,往往采用混合溶劑,如表1 所示。

兩種體系混合溶劑組成

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1.4 增塑劑

為了提高漆膜的柔韌性、附著力,克服硬脆易裂的缺點。正確選用和添加增塑劑對于進一步改善漆膜的性能有著非常重要的作用。對增塑劑的要求應該是增塑效果明顯,基本上接近HCPE 性能(惰性),與樹脂混溶性好、易溶于體系溶劑等,以保證基料的穩定。


常用的有氯化石蠟、鄰苯二甲酸二丁酯、氯化聯苯等。氯化石蠟除了具備上述要求外,還具有極佳的顏料潤濕性和分散性,而且貨源充足、價格低廉,可考慮使用。HCPE與氯化石蠟的比例多少對漆膜的柔韌性、水蒸氣滲透性及附著力等綜合性能均有很大的影響。


一般m(HCPE)∶m(氯化石蠟-42)= 7∶(2~3),過多會造成漆膜不干。在配置厚漿型底、面漆時,一般以含氯量70%的固體粉末狀氯化石蠟為增塑劑,以提高漆液的固體含量。要得到各項綜合性能優良的漆膜,需通過試驗獲得。


1.5 消泡劑

戶外大型鋼結構的防腐蝕涂裝一般采用滾涂。其優點是漆液浪費少,施工方便,缺點是在滾涂過程中易產生大量氣泡,尤其是在滾涂時,HCPE防腐漆這類黏度大、表干快的涂料,如抑泡消泡不好,施工中產生的大量氣泡不能得到很快消除,會給涂膜留下縮孔、針孔、魚眼等弊病,嚴重影響涂膜外觀及防銹能力。


以上問題除了調整體系溶劑揮發速率外,還可以通過加入消泡劑來解決。不過,消泡劑使用不當也會產生副作用。除了引起縮孔外,還會引起涂膜光澤下降,附著力和耐水性降低。所以在加入時要注意綜合性能的考慮,注意根據體系特性選擇消泡劑品種和添加量。通過實驗,在HCPE 防腐漆研磨過程中加入總漆量0.4%~1%的BYK065消泡劑,獲得比較滿意的施工效果。


1.6 其它

為了防止和改善HCPE 防腐漆內各種顏填料的沉淀結塊,還需添加一些分散劑和防沉劑,如有機膨潤土、氣相二氧化硅、氫化蓖麻油等,以滿足漆液的貯存穩定性要求。


2 HCPE 改性防腐蝕涂料參考配方(見表2)

白 HCPE 防腐面漆參考配方

3 性能比較

通過使用一些性能優良的樹脂進行改性和合理的配方設計,采用HCPE 代替氯化橡膠制備防腐涂料,可獲得與氯化橡膠防腐漆相似的效果,見表3。

表3 性能比較結果

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表3 性能比較結果

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4 結 語

4.1 HCPE 防腐漆的復涂問題

由于干膜要達到一定厚度才具有較好的防腐能力,在采用滾涂或刷涂施工時,為了減少多道涂裝產生的咬底現象,一般采用環氧酯單組自干防銹底漆或環氧雙組分固化型防銹底、中涂配套,再涂一道面漆。但有些防腐性能要求較高的工程,規定面漆要復涂2~3 道時,在施工中發現易產生咬底、拉絲,這與樹脂的特性、配套溶劑的溶解力有關,有待進一步改善。

4.2 黏度問題

HCPE 在常用混合稀釋劑中溶解為40% 固含量時,黏度較大。滾涂施工時需要加入大量溶劑,會影響每道漆干膜厚度,故需與相適應的改性相對脂搭配使用。

4.3 透明度問題

HCPE在常用混合稀釋劑中溶解為40% 固含量時,色澤較淺,但透明度不如氯化橡膠好,一般不能作清漆。

4.4 效 益

傳統氯化橡膠的取代已成為涂料行業近幾年急需解決的課題,開發、應用環境友好型材料是發展趨勢。HCPE 目前市場價格在18 000元/ t,氯化橡膠2 8 0 0 0 元/ t 。因此,使用H C P E 具有較好的經濟效益和社會效益。

為此,從環保和制漆工藝的簡化角度看,用高氯化聚乙烯代替氯化橡膠在涂料中的應用是必然趨勢方向。


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