摘要:水性化是环保涂料的发展方向之一,文章介绍了水性内舱环保涂料的种类与特点,并针对水性环保涂料的应用现状,探讨了水性涂料在舰船上的应用。
关键词:水性涂料;环保;舰船
中图分类号:U673文献标识码:C文章编号:1001-8328(2009)06-0017-05
传统溶剂型涂料所用的溶剂为有机挥发物(VolatileOrganicCompounds,简称VOC),在大气的污染源中占有较重的分量,国产涂料在使用后所排放的VOC占大气碳氢化合物10%左右。有机挥发物VOC对人体的影响可分为3种类型:一是气味和感官刺激,使人感觉干燥;二是黏膜刺激,刺激眼、鼻黏膜、呼吸道和皮肤等,还很容易通过血液造成大脑障碍,从而导致中枢神经系统受到抑制,使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服感觉;三是基因毒性和致癌性。
舰船内舱舱室密集,空间狭小,通风不良,长期使用溶剂型涂料既影响舰员身体健康,又造成大量的环境污染,还常常引起中毒、爆炸等事故,成为舰艇重点安全隐患之一。水性涂料以水代替有机溶剂,安全无毒,解决了涂料施工中毒性气体挥发带来的劳动保护和环境污染问题,杜绝了火灾的危险,施工方便,在舰船内舱的应用具有独特的优势,正成为最有希望的舰船环保型防腐涂料之一。
1水性内舱环保涂料种类及特点
1.1水性环氧涂料
环氧树脂具有优异的金属附着力和防腐性,是目前用于金属防腐蚀最为广泛、最为重要的树脂之一,水性环氧涂料体系的研究也受到极大的重视。目前广泛使用的水性环氧涂料主要是水分散型环氧涂料,环氧树脂虽不是水溶性的,但可以在水中乳化,由两组分组成:基料为憎水性的环氧树脂,固化剂为亲水性的胺类固化剂。基于所用的环氧树脂和固化剂类型,E.C.Galgoci等将常温固化水性环氧涂料体系分为5种类型,如表1所示。
目前已经完全工业化并成熟应用的为第1类、第2类和第5类水性环氧涂料。
第1类水性环氧涂料体系中,采用低分子标准型或改性液体环氧,环氧当量为175~240,使用环氧活性稀释剂来改善黏度和交联密度。所用胺类固化剂可以起到乳化剂和交联剂的作用,有酰胺类、聚酰胺类和胺加成物类3种。这类水性环氧涂料硬度佳,成膜性能好,但是干性慢,使用期短。
第2类水性环氧涂料体系中,由环氧当量为450~650的固态高分子质量的环氧树脂和亲水亲油的水溶性多元胺加成物固化剂制得。这类涂料为了使胺固化剂稳定,常加入乙酸,在干燥性能和适用期方面都比第1类涂料有所改进。
第5类水性环氧涂料中,采用双酚A环氧树脂和具有一定憎水性的环氧-胺加成物固化剂,两者溶解度参数接近,相容性好。环氧树脂中引入亲水基团,如与亲水的聚乙二醇或非离子表面活性剂进行改性反应,使其具有自乳化性能。因为环氧涂料树脂和固化剂都是分散体,两组分混合后,干燥成膜时发生反乳化过程,二者分散相的黏度比较低,匹配性又比较好,会发生湍流状态的均匀混合,得到很均匀的涂膜。另一个改进是将亲水性的非离子表面活性剂连到树脂和固化剂的分子中,这样就降低了表面活性剂的用量,即在体系中不存在游离的表面活性剂,从而降低了涂料对醇醚类有机溶剂的敏感性。
水性环氧涂料采用的颜填料为低吸油吸水性品种,常用的有磷酸锌防锈颜料、滑石粉、云母粉等。水性环氧底漆中要加入防闪锈的抑制剂。水性环氧可用水稀释,低味、不燃。由于本身含有水分,可与潮湿底材表面的水分共同成为水性环氧涂料的组成部分,但是水分过高或表面渗水时不适宜。水性环氧涂料对大多数基材表面的附着力非常好,适用于钢材、混凝土和铝材等基底表面。
1.2水性丙烯酸涂料
丙烯酸树脂以其色泽浅,光泽高,保光、保色性优,耐候性佳等优点,广泛应用于高装饰、高耐候的场合。水性丙烯酸树脂的相对分子量(大于200000)比溶剂型丙烯酸树脂的相对分子量大,该类聚合物在空气中挥发干燥较快,而且不依靠后固化或氧气干燥来获得坚硬漆膜。
水性丙烯酸树脂基本上是共聚物,可以通过选择2种或更多的单体,如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丁二烯等,来获得需要的施工性能,也可以通过选择不同的原料比例、聚合过程和不同添加剂来决定聚合物的性能,因此丙烯酸聚合物有较好的分子设计操作性,可以按照使用需要设计适合的聚合物结构。
水性丙烯酸涂料能制成有光和半光型,可作为底漆、面漆和用于混凝土表面的封闭漆。能在大多数的底材表面施工,如钢材、镀锌件、铝材、混凝土、砖石和木材等。水性丙烯酸面漆有很好的耐候性能、耐紫外线、耐水、不泛黄。在45min后即可达到硬干,2h后即能重涂(23℃),能在低至5℃时使用。可以与水性环氧或丙烯酸底漆、中涂漆相配套,也可以用于溶剂型涂层上面,形成所谓的复合型涂料系统。
1.3水性无机富锌涂料
水性无机富锌涂料与溶剂型无机富锌涂料一样,以大量金属锌粉作为防锈颜料,锌粉在漆膜中紧密接触,形成与钢材之间的良好导电性,起到电化学保护作用。水性无机富锌涂料一般是以硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂为基料并复配锌粉制成,其经历了3个发展阶段。
第一阶段,热固性无机富锌涂料。其涂膜需经过高温烘烤才具有不溶性。用于澳大利亚输油管道上的热固性无机富锌涂料,经过50多年的使用,涂层仍保持完好,呈现出极好的防腐效果。
第二阶段,后固化无机富锌涂料。美国于1952年开发成功后固化无机硅酸锌涂料。该涂料采用磷酸铵盐作为固化剂,使其在室温下形成不溶性的涂层。我国在20世纪70年代后期,采用MgCl2水溶液作为固化剂,也研制成后固化无机硅酸锌涂料。实践表明,后固化无机硅酸锌涂料具有优异的附着力和防腐性。但是该涂料固化后需用水清洗涂层表面,除去多余的固化剂和其他副产物,给施工带来麻烦。
第三阶段,自固型无机富锌涂料。20世纪70年代初,美国太空总署的研究人员通过提高硅酸钾的模数,并保持其稳定性,研究成自固型无机硅酸锌涂料。该涂料的固化时间短,一般3~6h涂膜即可完全固化,不怕雨淋。目前,国内市场上的国外品牌IC53l就属于此种涂料。我国在20世纪90年代研究开发的自固型无机硅酸锌涂料主要是用硅酸锂水溶液配制的,但由于其涂层完全自固化时间较长,原料价格较贵,应用受到一定的限制。
自固化型水性无机富锌涂料以可溶于水的高模数碱式硅酸盐(如硅酸钾、硅酸锂等)为黏结剂,反应活性更高,吸收空气中的二氧化碳和水分,使硅酸盐水解生成金属锌离子,反应生成硅酸锌铁复合物,与钢材表面紧紧地连成一体。即使涂层有局部破损,锈蚀也不会像其他有机涂层一样向周围蔓延。
水性无机富锌涂料可以作为防锈底漆和储罐内壁的单一涂层使用。上面可以覆涂环氧漆、丙烯酸漆和聚氨酯漆等高性能中间漆和面漆,但是不能涂醇酸等油性涂料,因为油性漆会在锌面皂化而剥落。使用水性无机富锌涂料时,钢材表面处理要求喷砂达到ISO8501-1中的Sa2.5级,表面粗糙度达到ISO8503-2中的G级(40~80μm,Ry5)。
喷砂后钢板表面要用干燥清洁的压缩空气或真空吸尘器除去表面的磨粒和灰尘。施工时最低钢板温度为5℃,相对湿度不能太低,低于30%时会引起干喷。喷涂时推荐使用空气喷涂法。
