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影响环氧防锈底漆附着力因素探讨

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影响环氧防锈底漆附着力因素探讨
张剑飞1,曾洁2,王进忠1,王立1,牛小辉3
(1.北方涂料工业研究设计院,兰州730020;2.金川集团有限公司供应分公司,甘肃金川737104;3.兰州石化公司化肥厂,兰州730060)

环氧防锈底漆因其具有良好的理化性能被广泛应用于钢铁基材的防腐保护。作为防腐蚀底漆,其涂膜的附着力对整个涂层配套系统的防腐蚀性能至关重要。涂膜附着力通常是指涂膜与被涂物表面之间通过物理和化学作用相互黏结的能力,也包括涂层自身的内聚力,当涂层的附着力和内聚力均达到较高的水平时涂层才具有良好的黏结强度,不容易被外力破坏。钢铁发生腐蚀时,生成的Fe2+ 和OH- 等在涂膜下产生渗透压,使水进一步通过涂膜向基材渗透,形成迫使涂膜离开底材的作用力。因此涂膜的湿附着力越强,涂层抗腐蚀性能越好。目前通过添加偶联剂、使用片状防腐颜料、树脂改性等方法均能显著提高环氧涂层的附着力和湿附着力。本文从不同类型固化剂、不同固化条件、颜填料用量等方面入手,探讨了涂膜固化程度、颜基比等对环氧防锈底漆附着力和湿附着力的影响。
 
1 试验部分
1.1 原材料
环氧树脂E- 20、环氧树脂E- 51、固化剂D3014、固化剂D8115 (上海君江)、固化剂NX- 2015(Cardolite)、氧化铁红、滑石粉、沉淀硫酸钡、云母粉、膨润土、BYK- 410、BYK- P104S、BYK- A530、混合溶剂。
1.2 试验设备
实验室用高速分散机、锥形磨、AT 型涂层拉拔仪、划格器。
1.3 试验工艺
1)制漆:按比例投料,于高速分散机上分散均匀后,在锥形磨上轧至细度小于60 μm,包装贮存。
2)样板制备:按比例将甲、乙组分混合均匀后加入稀释剂调节至喷涂黏度,熟化0.5 h 左右,喷涂于马口铁板及喷砂钢板上。将喷涂好的样板放置在不同的环境温度下进行固化,检测其物理机械性能。
 
2 结果与讨论
2.1 固化程度对涂层附着力的影响
2.1.1 不同类型固化剂涂膜性能对比
甲组分成膜树脂采用环氧树脂E- 20 与E- 51 搭配使用。乙组分为D3014、D8115 及NX- 2015。3 种固化剂基本性能见表1。将甲、乙组分按环氧当量∶活泼氢当量=1∶1 配漆后,制板,(23±2)℃固化7 d 后检测理化性能,检测结果见表2。
固化剂基本性能
不同类型固化剂制备的涂膜性能检测结果
可以看出,采用以上3 种固化剂固化后的涂膜均具有良好的耐冲击性、柔韧性和附着力(划格法),但从拉开法附着力测试情况来看,D3014 固化的涂膜没有发生涂膜从底材脱落及内聚力破坏现象,胶黏剂自身破坏,D8115 固化的涂膜底材脱落及内聚力破坏现象同时存在,NX- 2015 固化的涂膜主要发生了内聚力破坏。采用钝器敲击涂膜观察,发现D3014 与D8115 固化的涂膜更为牢固,而NX- 2015 固化的涂膜在敲击时则较易脱落。测试情况见图1。
拉开法测试附着力的情况
涂膜中的应力导致的界面上的剪切应力是涂膜失落附着的主要原因之一。附着于底材上的涂膜中总是承受着应力,一是外力导致的,二是成膜时产生的,如果这种应力超过了涂膜的内聚力,就会引起涂膜开裂,而当应力小于内聚力而其所产生的剪切应力超过了涂膜的对底材的黏接力时,就会引起附着失落。涂料的黏结力、内聚力以及形成涂膜后产生的内应力,将会共同影响涂膜附着力的变化。黏结力取决于涂膜与底材之间的物理化学作用,而内聚力则是涂料自身的特性。显然,当内聚力小于黏结力时,断裂发生在涂层内,产生内聚破坏;反之,则会沿界面脱落。
当涂料具有较高的内聚力时,形成更为连续致密的涂膜,在测试条件下D3014 固化的涂膜内聚力高于其他2 种固化剂,因此涂膜湿附着力也比采用其他2 种固化剂好。通过丁酮擦拭试验来看,D3014固化的涂膜固化程度较高,作为一种环氧改性的聚酰胺固化剂同D8115 聚酰胺固化剂比较,D3014 与环氧树脂具有更好的混容性,在固化过程中分子中的活泼氢能更充分地和环氧基反应,从而获得了较高的交联密度。
NX- 2015 具有快干、可低温固化等特点,在防腐涂装工程中被广泛应用,然而在上述试验中采用拉开法测附着力时数据低于其他2 种固化剂固化的涂膜。由于NX- 2015 的快干特性,涂膜在固化过程中Tg上升速度较快,在固化过程的后期含有反应基团的链段运动受限制较大,最终获得的涂膜固化程度较低,内聚力也低于其他两种固化及固化的涂膜。从丁酮擦拭试验来看,涂膜的实际交联密度低,容易被溶剂破坏,湿附着力也较差,采用该固化剂固化的涂膜在(23±2)℃固化60 d 后丁酮擦拭试验40 次仍然能被破坏。
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