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应用于塔机表面的水性防腐涂层技术

2021-08-18 来源:庆阳机械信息网

应用于塔机表面的水性防腐涂层技术

0 前 言塔机行业现仍然90%以上仍在使用传统的溶剂型涂料,塔机产品表面的防护涂装将成为环保部门重点关注的对象之一。国家、地方先后出台了“涂料消费税”、“排污费”,甚至相应城市出台为了治理PM2.5对溶剂型涂料的生产和使用进行限制,如何实现环境友好型涂层的技术发展是涂料界目前最关键的创新时刻。

塔机,又名“塔吊”,用于建筑施工中的一种起重设备中国机械网okmao.com。一般来说塔机按各部分功能可分为:基础、塔身、顶升、回转、起升、平衡臂、起重臂、起重小车、塔顶、司机室、变幅等部分。长期在建筑环境下使用,该环境湿度大、粉尘大、酸碱性气雾大,并且在使用过程中经常会遇到碰撞,从而对涂层的防腐性能、耐化学性、耐候性以及韧性均要求较高。

在国家对环保提出越来越严格要求的关键时刻,笔者详细介绍了一种应用于塔机产品表面的水性防腐涂层,此水性防腐涂层完全符合环保标准要求,VOC排放小于80 g/L,应用于塔机产品表面防护涂装,提供了一种国内最具有创新性的的水性防腐涂层技术,此技术获得了国家授权专利,专利号为:CN 104140751 A。

此技术共分为底漆和面漆两个产品,产品均采用了丙烯酸改性聚氨酯分散体为主体原料,底漆利用了环保防锈颜料、缓蚀剂、氢氧化铝设计;面漆利用了防晒颜料、纳米硫酸设计,使得底面漆配合后,复合层具有非常优异的快干性、施工性、防腐性、光泽以及耐候性。

通过海选实验后,笔者从中选出10个最有代表性的配方进行阐述其整个实验的过程。

1 实验部分1.1 塔机产品表面的水性防腐底漆塔机产品表面的水性防腐底漆采用的是核-壳法丙烯酸改性聚氨酯分散体为主体原料,拼合防锈颜料、缓蚀剂、氢氧化铝、水性助剂制成的水性防腐快干底漆。

为了克服单组分聚氨酯水分散体的耐水性和耐溶剂性差的缺点,必须进行改性,改性的途径是提高水性聚氨酯树脂的交联密度。本产品利用的是“核-壳乳液聚合”,采用丙烯酸酯对聚氨酯进行改性,通过核壳型聚合法,在所得到的新的复合型聚氨酯水分散体的壳体结构中进行丙烯酸类单体的自由基交联,所得涂膜的硬性、耐化学性和耐水性有明显提高。

1.1.1 原 料水性聚氨酯分散体:PU-608(广州冠志化工);氧化铁红粉:190(新都化工);复合磷钛粉:X-500(常州众普);超细氢氧化铝:5 000目氢氧化铝(鑫业化工);环保磷酸锌:PZ20(环琦化工);沉淀硫酸钡:3 000目超细硫酸钡(上海跃江);分散剂:PX4585(巴斯夫);抑泡剂:A363(海川化工);消泡剂:NXZ(科宁);流平剂:57(海名斯化学);润湿剂:440(美国空气产品);缓蚀剂:5024锈蚀转化剂(重庆麦图);有机膨润土:LT(海名斯化学);成膜助剂:DMP(美国陶氏);助剂:乙二醇(化工店);中和剂:AMP-95(海名斯化学);防闪锈剂:ZT709(海川化工);去离子水(自制)。

1.1.2 实验配方(见表1)

1.1.3 水性防腐底漆制备工艺将水性聚氨酯分散体、分散剂、抑泡剂、润湿剂、40%去离子水一起加入,采用300~400 r/min搅拌5 min。

慢慢加入氧化铁红粉、沉淀硫酸钡、超细氢氧化铝、环保磷酸锌、有机膨润土、助溶剂、锈蚀转化剂,采用500~600 r/min分散20~25 min,然后以锆珠为研磨介质进行研磨,至细度达到50 μm,得到研磨浆料。

向得到的研磨浆料采用中和剂进行中和至pH值为8~9,然后加入消泡剂,采用250 r/min的速度搅拌10 min,再加入X-500磷钛粉,搅拌混合均匀,搅拌速度为800 r/min,得到混合浆料。向得到的混合浆料中加入防闪锈剂,同时加入用去离子水稀释的流平剂,用400 r/min的速度搅拌10min,即得到各实施例的水性防腐底漆。

1.1.4 样板制备钢板选择:普通低碳薄钢板为底材,尺寸为70mm×150 mm×(0.8~1.5) mm。

底材处理:先用溶剂将表面进行清洗干净,然后采用1 000目砂纸进行打磨处理,确保钢材表面彻底清除干净。

用自来水按照1∶(0.1~0.3)兑稀后喷板,常规性能检测板喷涂厚度控制在20~30 μm,耐盐雾性能测试板喷涂厚度控制在80~100 μm。

常规性能检测板,室温条件下养护48 h后检测;耐盐雾性能板,室温条件下养护7 d后进行性能测试。

1.1.5 性能测试结果(见表2)

1.2 塔机产品表面的水性面漆1.2.1 原 料水性聚氨酯分散体:PU-608(广州冠志化工);中铬黄:103-2A(重庆江南化工);纳米硫酸钡:BS80(北京金斑马);分散剂:PX4585(巴斯夫);抑泡剂:A363(海川化工);消泡剂:NXZ(科宁化学);流平剂:57(海名斯化学);润湿剂:440(美国空气产品);增稠防沉剂:W-400LP(三拓化学);水性流变助剂:WT-105A(海名斯化学);防霉杀菌剂:DFX-1(科莱恩);成膜助剂:DMP(美国陶氏);中和剂:AMP-95(海名斯化学);去离子水(自制)。

1.2.2 实验配方(见表3)

1.2.3 水性面漆制备工艺将水性聚氨酯分散体、水性分散剂、水性抑泡剂、水性润湿剂,采用300 r/min搅拌5 min,得到预乳液。

在预乳液中边搅拌边加入中铬黄、纳米硫酸钡、水性增稠防沉剂,采用500~600 r/min搅拌15~20min,后以锆珠为研磨介质进行研磨,至细度达到20μm,过滤出来得到研磨浆料。

向研磨浆料中加入水性消泡剂、防霉杀菌剂采用300~400 r/min搅拌5~10 min,得到混合浆料。向混合浆料中加入用去离子水稀释的流平剂、水性流变助剂,采用500~600 r/min搅拌5~10 min,即得到水性面漆。

1.2.4 水性面漆性能样板制备钢板选择:普通低碳薄钢板为底材,尺寸为70mm×150 mm×(0.8~1.5) mm。

底材处理:先采用溶剂将表面进行清洗干净,然后采用0#砂纸进行打磨处理,确保钢材表面彻底清除干净。

将实施例6~10的样品,加入5%~10%的去离子水将喷涂黏度调整至18~26 s(NK-2岩田2号杯)。

采用喷涂的方式喷涂复合层及耐化学性能测试干板,水性防腐底漆与水性面漆复合层的厚度控制在140 μm,耐化学性能测试干板涂膜厚度控制在60~80 μm,室温条件下养护7 d后进行耐化学性及耐盐雾性能测试。

物理性能测试板,采用马口铁片喷涂的方式制板,涂膜厚度控制在20~30 μm,室温条件下养护2 d后进行测试。

1.2.5 性能测试结果(见表4)

注:耐盐雾性测试数据时涂膜在划格周边2 mm处开始起小泡,涂膜本身无起泡现象。耐人工老化测试数据时涂膜粉化、变色及失光均小于2级。

1.3 配方设计分析(1)此产品设计基础主要根据国家对环境保护要求,全部采用水性体系设计整个配方,完全符合PM2.5及环保标准要求。

(2)底漆利用了锈蚀转化剂与氧化铁(铁锈)发生“螯合反应”,形成更致密的保护膜,可达到免除锈的工艺,同时配合环保磷酸锌防锈颜料,使其复合层耐盐雾性能超过1 000 h。

(3)底漆中利用了氢氧化铝耐高温性,添加到配方中,可起到耐高温氧焊切割的效果,底漆的烧焊半径小于2 mm,有利于塔机产品的氧焊切割工序。

(4)此复合层配套体系全部采用的核-壳法生产的丙烯酸改性水性聚氨酯分散体为主体原料,其分散体具有非常优异的快干性、光泽、耐候性、附着力,使得底漆具有非常优异的附着力,面漆具有非常优异的耐候性。

1.4 结果讨论(1)通过反复实验求证,此次列出的实施例1~实施例10完全具有代表性的配方,通过精心设计后,使得其具有非常优异的一次性厚涂性(一次性厚涂175μm湿膜不流挂)、快干性、防腐性、耐化学性能以及耐人工老化性能。

(2)塔机产品目前90%以上的客户仍然采用溶剂型涂料涂装,加之因其设备体积较大,不方便在密闭环境下涂装,从而导致对环境造成了极大的影响,同时对操作工人的身体造成极大影响。很大一部分客户就在露天作业施工,对环境造成了极大的影响。

(3)此水性复合层的各项测试结果与目前市场使用的溶剂型体系进行对比(溶剂型体系单组分一般采用环氧酯底漆+丙烯酸面漆),从底漆的VOC排放、干燥速度、耐盐雾性,从面漆的VOC排放、耐化学性及耐候性能来比较,该水性复合层均优越于目前市场溶剂型体系。

(4)此产品具有国内前沿及具有创新的水性涂料技术,于2014年5月20日向国家专利局申请专利保护,2016年3月授权,其专利号为:CN 104140751 A。

2 结 语笔者主要介绍了一种用于塔机产品表面的水性防腐涂层,包括了水性聚氨酯防腐底漆和水性聚氨酯面漆,使得涂膜具有非常优异的施工性、快干性、防腐性、耐化学性能以及耐候性能。

广泛应用于塔机产品表面的涂装,具有非常优异的装饰效果、防护效果。此技术具有国内前沿及具有创新性的技术,获得了中国专利保护。此技术已经完全产业化,大量应用于国内塔机产品上,并获得了市场的好评。

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