过氯乙烯树脂是将聚氯乙烯树脂溶解于氯苯中再通入氯,使含氯量达64%左右,即每3 个氯乙烯分子中添1 个氯原子,原先聚氯乙烯树脂不溶于酯类等溶剂,经再氯化后,降低了聚氯乙烯树脂的规整性,使过氯乙烯树脂能溶解于酯、酮及芳烃等溶剂中,便于制成涂料。过氯乙烯树脂不含双键,其侧基氯原子的体积小,高分子之间距离近,所以其膜致密,耐化学腐蚀优良,耐大气老化性也很好。但因其结构较氯化橡胶规整,所以涂膜的附着力较差[1],需要被其他组分改进中国机械网okmao.com。过氯乙烯涂料的使用在我国有着几十年的历史。传统过氯乙烯涂料一般使用醇酸树脂改性,但醇酸树脂用量过多会降低涂料的耐化学腐蚀性,用量少则附着力差,且涂膜装饰性一般。本研究通过寻找新的改性树脂,以扩大应用领域,充分发挥过氯乙烯树脂的耐候性及防腐性优点,进一步提高过氯乙烯涂料的性能。热塑性丙烯酸树脂具有优良的耐候性、保光性、保色性、耐化学品性及耐水性,与过氯乙烯树脂具有很好的相容性。本研究用热塑性丙烯酸树脂与过氯乙烯树脂按一定的比例配合作为基料制备涂料,涂膜既保持了过氯乙烯树脂的高防腐性又体现了丙烯酸树脂的高装饰性,还提高了涂膜的耐候性。与聚氨酯涂料、环氧涂料相比,具有价廉、施工方便、快干等特点,防腐性、装饰性与耐候性也很好。
1 实验部分
1. 1 主要原料
热塑性丙烯酸树脂( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) : 分别为三木公司、同德树脂、朗玛化工; 过氯乙烯树脂: 萧山前进化工厂; 醛酮树脂KR- 120: 倡泰实业; 邻苯二甲酸二丁酯: 国产; 颜料: 国产; 润湿分散剂( A、B、C) : 分别为BYK、国产、EFKA; 环己酮: 工业级,市售; 过氯乙烯自用稀料: 自制; 二甲苯: 工业级,市售。
1. 2 配方
过氯乙烯丙烯酸防腐涂料配方见表1。
过氯乙烯丙烯酸防腐涂料配方
1. 3 生产工艺
1. 3. 1 色浆的制备
由于热塑性丙烯酸树脂对颜料的润湿分散性不是很好; 过氯乙烯树脂溶解后固含量低对颜料的润湿不够,分散细度难以达到要求,制漆后易沉淀,所以传统的过氯乙烯涂料都是二辊扎片制漆法。因此,必须加入一种对颜料有很好润湿性,但又不影响涂膜性能的树脂。醛酮树脂分子结构中含有羰基,端基为羟基,与涂料用树脂、溶剂均具有良好的相容性,溶解后黏度低,对颜料有良好的润湿分散作用,可提高涂料的附着力、快干性、流动性及固含量[2],所以加入适量的醛酮树脂参与研磨色浆。称取配方量的丙烯酸树脂、50% 的二甲苯醛酮树脂液、环己酮、润湿分散剂,搅拌均匀,再加入颜料,搅拌至无结块后加入研磨工序分散至细度≤20 μm。
1. 3. 2 配漆
将过氯乙烯树脂用过氯乙烯自用稀料溶解后,加入分散好的色浆、邻苯二甲酸二丁酯搅拌均匀过滤包装。
1. 4 样板的制备
样板按国标GB/T 1727—1992《漆膜一般制备法》及GB/T 1765—1979( 1989) 《测定耐湿热、耐盐雾、耐候( 人工加速) 的漆膜制备法》的要求制备。制备试板涂层喷涂间隔保持在1 h,底面配套间隔24 h( 底漆使用自制传统过氯乙烯底漆) 。
1. 5 性能指标
涂料及涂层的理化性能按相应的国家标准进行测试,测试结果如表2 所示。
涂料及涂层的理化性能指标
2 结果与讨论
2. 1 丙烯酸树脂的选择
丙烯酸树脂是影响涂料性能的关键原料,丙烯酸树脂通过变换不同的共聚单体,调整不同的相对分子质量及交联体系等一系列措施,可以改变涂料的各方面性能。丙烯酸树脂的选择要考虑使用材料和环境,根据涂料的应用场合选用有较好柔韧性、耐寒性、耐湿热性及耐候性的丙烯酸树脂。所以选用不同厂家生产的基本符合要求的丙烯酸树脂与过氯乙烯树脂按相同的配比,制成涂膜进行性能检测对比,结果见表3。
3 种丙烯酸树脂与过氯乙烯树脂搭配制漆的涂膜性能
3 种丙烯酸树脂均为国产树脂,成本接近。从表3 可以看出,热塑性丙烯酸树脂Ⅰ的玻璃化温度比Ⅱ、Ⅲ的高,制得的涂膜附着力差,因为Ⅰ树脂玻璃化温度高,使整个体系玻璃化温度提高,涂膜变脆,韧性不够,从而影响了附着力。从表3也可以看出,不同厂家的树脂所使用的单体不同,涂膜的耐老化性和光泽也会存在差异。热塑性丙烯酸树脂Ⅲ的各项性能较好,所以选用热塑性丙烯酸树脂Ⅲ,并且过氯乙烯树脂与热塑性丙烯酸树脂的质量比为1∶ 1. 5。
2. 2 增塑剂的选择
涂料配方中使用增塑剂可使高分子链段之间的作用力降低,增加柔顺性,使涂膜的耐冲击性、弯曲性能、延伸率、附着力、耐寒性等物理性能得到提高[3]。增塑剂有很多种,如氯化石蜡、邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类等。氯化石蜡可以增加涂层的防腐蚀性、耐燃性、光泽; 邻苯二甲酸酯类用于耐候性要求高的涂料; 磷酸酯类用于防污涂料[4]。本研究根据涂料的特点选用耐候性好的邻苯二甲酸二丁酯作增塑剂。增塑剂的用量对涂膜性能的影响见表4。
增塑剂的用量对涂膜性能的影响
从表4 可以看出,增塑剂用量为10%时,涂膜综合性能已较好。通常情况下外增塑剂的量应越少越好,因为随着时间的推移外增塑剂会向涂层表面迁移损失而使涂层变脆。
2. 3 分散剂的选择
在过氯乙烯树脂、丙烯酸树脂等吸附活性很低的非极性树脂基料中,颜料对树脂的亲合性低,应利用润湿分散剂来改变颜料粒子表面的特性,增强颜料粒子的亲液化程度,提高润湿比率,依靠树脂和助剂在颜料表面形成的吸附层,提高涂料贮存稳定性[3]。润湿分散剂对涂膜的外观和漆液细度的影响见表5( 以灰色涂料为例) 。
润湿分散剂对涂料性能的影响
从表5 可以看出,A 润湿分散剂的用量少,效果明显,既解决了细度问题,又解决了涂膜的发花问题,且价格适中,故选用A 类润湿分散剂,用量为0. 3%。
2. 4 丙烯酸树脂用量对涂膜性能的影响
丙烯酸树脂在漆液中的用量对涂膜性能的影响见表6。
丙烯酸树脂用量对涂膜性能的影响
从表6 可见,丙烯酸树脂的用量对涂膜性能有很大的影响,随着丙烯酸用量的增加,涂膜光泽随之增加,硬度也增加。但当丙烯酸树脂用量到100%时硬度稍有下降,说明过氯乙烯树脂与丙烯酸树脂对涂膜硬度有互补的关系; 丙烯酸用量增加耐盐水性会增加,丙烯酸树脂与过氯乙烯树脂的质量比大于1. 5∶ 1时,涂膜的耐盐水性会有所下降,说明了丙烯酸树脂用量过高时,涂膜的防腐蚀性能会降低。当过氯乙烯树脂与丙烯酸树脂的质量比为1∶ 1. 5 时涂膜综合性能最好。
2. 5 溶剂的选择
溶剂选用传统的过氯乙烯自用稀料,但是过氯乙烯自用稀料挥发太快,如果溶剂挥发太快,那么涂膜既不易流平,也不会对基材有足够的润湿,因而不能很好地附着[3]。酮类溶剂对过氯乙烯树脂和丙烯酸树脂都有很好的溶解性,环己酮挥发速率低,经过试验,加入2% ~ 3%的环己酮能有效调节挥发速率,提高涂膜附着力。
2. 6 醛酮树脂对涂膜性能的影响
醛酮树脂对涂膜性能的影响见表7。
醛酮树脂用量对涂膜性能的影响
从表7 中可以看出醛酮树脂用量增加,涂膜的附着力下降。但从色浆的分散过程看,醛酮树脂用量越高,色浆分散越容易,在配方设计时要权衡利弊,找到平衡点。
3 结语
与过氯乙烯丙烯酸防腐涂料相比,传统的过氯乙烯涂料中含有大量作为增塑剂使用的醇酸树脂,颜料的分散采用轧浆工艺,用醇酸树脂( 醇酸树脂用量少,以甲苯作溶剂) 分散颜料,最终配制的过氯乙烯涂料贮存稳定性不好,因此,传统的过氯乙烯涂料生产工艺过程长。
用丙酸树脂对过氯乙烯涂料进行改性,采用醛酮类树脂与部分丙烯酸树脂对颜料进行分散,最终配制的过氯乙烯涂料贮存稳定性好,涂膜具有很好的装饰性、丰满度及光泽,既保留了过氯乙烯漆树脂的防腐性,又体现了丙烯酸涂料的高装饰性和耐候性的优点,还弥补了传统过氯乙烯树脂涂料附着力不好的缺点。