应用于轨道交通产品表面防护的水性复合涂层技术

2016-06-30 13:05:46 作者：江拥,田多,杨飞,杨林勇,黄凯来源：现代涂料与涂装分享至：

0.引言

随着国家对环保要求越来越严格，国家先后出台了新《环保法》、“消费税”、“排污税”，而相应城市为了治理PM2.5，也禁止溶剂型涂料的生产和使用。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项目。在国家对环保提出越来越严格要求的关键时刻，笔者详细介绍了一组应用于轨道交通产品表面的水性复合涂层，此水性复合涂层完全符合环保标准要求，VOC排放小于80g/L，主要针对于轨道交通的铁路支座产品领域，各项性能完全符合于TB/T1527—2011《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》的标准要求，为其表面的涂装提供了一种国内具有创新性的水性复合涂层技术，该技术获得了国家授权专利，专利号为：CN104140738A。该技术共分为3个产品，底漆是采用水性环氧树脂乳液拼合水性环氧固化剂制作的水性环氧富锌防锈底漆，中间漆是水性环氧树脂乳液拼合水性环氧固化剂制作的水性环氧云铁中间漆，面漆是采用了羟基丙烯酸乳液拼合亲水型异氰酸酯固化剂制作的水性丙烯酸聚氨酯面漆。通过试验，笔者选出15个最代表性的配方阐述其整个试验过程。

1·试验部分

1.1轨道交通产品表面的水性环氧富锌底漆制备

轨道交通产品表面的水性环氧富锌防锈底漆采用的是水性环氧树脂乳液与水性胺类固化剂为主体原料，拼合防锈颜料、高纯度锌粉、缓蚀剂、水性助剂制成的水性环氧富锌防锈底漆。环氧-胺体系涂料的固化是基于环氧基团在室温下与伯胺反应形成仲胺，继续反应形成叔胺。

1.1.1原料

水性环氧树脂乳液：EP6520（美国瀚森）；高纯度锌粉：500目高纯度锌粉（江苏科成锌业）；环保磷酸锌：PZ20（环琦化工）；分散剂：FX600（海铭斯化学）；消泡剂：M148（海川化工）；润湿剂：57（海铭斯化学）；缓蚀剂：5024（重庆麦图）；羟乙基纤维素：2500（环琦化工）、成膜助剂：乙二醇单丁醚（美国陶氏）；水性环氧固化剂：EK8538-Y-68（美国瀚森）；中和剂：MA-95（海铭斯化学）；防闪锈剂：ZT-709（海川化工）。

1.1.2试验配方

试验配方见表１。

1.1.3水性环氧富锌防锈底漆制备工艺

1）A组分制备工艺：将水性环氧固化剂、缓蚀剂、助剂A、成膜助剂加入生产缸中，600～800r/min搅拌约10min；边搅拌边加入高纯度锌粉、环保磷酸锌，采用800～1000r/min分散15～20min；再加入羟乙基纤维素，800～1000r/min搅拌10～15min即可。

2）Ｂ组分制备工艺：将水性环氧树脂和用去离子水按1∶4稀释后的助剂B加入生产缸中，采用300～400r/min搅拌5～10min；再将余下的去离子水全部加入生产缸中，用300～400r/min搅拌约10min。

1.1.4样板制备

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

2）底材处理：用溶剂将表面清洗干净，再用1000目砂纸进行打磨处理，确保钢材表面彻底清除干净。

3）按mA∶mB=5∶1配漆，适量加入去离子水兑稀后喷板，喷涂黏度一般控制在30～40s（涂-4杯），常规性能检测板喷涂厚度控制在20～30μm，耐盐雾性能测试板喷涂厚度控制在80～100μm。

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

1.1.5性能测试

测试项目检测方法：干燥时间依照GB/T1728、附着力依照GB/T5210、耐冲击性依照GB/T1732、柔韧性依照GB/T1731、密度依照GB/T6750、黏度依照GB/T6753.3、耐化学性能依照GB/T1763、硬度依照GB/T6739、耐汽油性依据GB/T1734、耐中性盐雾依照GB/T1771、漆膜中铁元素含量依照GB/T4956、不流挂干膜厚度依照GB/T9264、耐热性依照GB/T1735、干膜含属锌含量依照GB/T9793进行测试，综合性能与符合TB/T1527—2011《铁路钢桥保护涂装》标准的市售溶剂型产品A进行对比。

1.1.6性能对比

水性环氧富锌防锈底漆试验结果与市售溶剂型产品A性能对比见表２。

1.2轨道交通产品表面的水性环氧云铁中间漆制备

轨道交通产品表面的水性环氧云铁中间漆采用的是水性环氧树脂乳液与水性胺类固化剂为主体原料，拼合云母氧化铁灰、绢云母、水性助剂制成的水性环氧云铁中间漆。其树脂与固化剂反应机理与水性环氧富锌防锈底漆基本一致。

1.2.1原料

水性环氧树脂乳液：3510（美国瀚森）；云母氧化铁灰：600目云母氧化铁灰（科聚化工）；绢云母：A4（滁州万桥）；分散剂：FX600（海铭斯化学）；消泡剂：M148（海川化工）；润湿剂：57（海铭斯化学）；羟乙基纤维素：2500（环琦化工）；成膜助剂：乙二醇单丁醚（美国陶氏）；水性环氧固化剂：8545（美国瀚森）；中和剂：MA-95（海铭斯化学）；防闪锈剂：ZT-709（海川化工）；抑泡剂：MD-20（美国气体化学）；防霉杀菌剂：FH-1（科莱恩化学）；流平剂：3300（重庆麦图）；滑石粉：1000目滑石粉（军海精细滑石粉）。

1.2.2试验配方

试验配方见表３。

1.2.3水性环氧云铁中间漆制备工艺

１）C组分制备工艺：将水性环氧固化剂、中和剂、助溶剂加入生产缸中，400～600r/min搅拌5～10min，测试pH，将pH控制在8～9；用去离子水将分散剂、抑泡剂、防闪锈剂稀释后加入生产缸中，400～600r/min搅拌5～10min；边搅拌边加入云母氧化铁灰、绢云母、滑石粉，600～800r/min搅拌15～20min；用去离子水将羟乙基纤维素充分润湿后加入生产缸中，600～800r/min搅拌10～15min；用去离子水将消泡剂、流平剂、润湿剂、防霉杀菌剂稀释剂后加生产缸中，600～800r/min搅拌5～10min，检测pH，将pH调节至8～9。

２）Ｄ组分制备工艺：将水性环氧树脂和去离子水加入生产缸中，用中和剂调节pH至8～9，300～400r/min搅拌5～10min。

1.2.4样板制备

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

2）底材处理：用溶剂将表面清洗干净，再用1000目砂纸进行打磨处理，确保钢材表面彻底清除干净。

3）按ｍC∶ｍD=10∶3配漆，适量加入去离子水兑稀后喷板，喷涂黏度一般控制在30～40s（涂-4杯），常规性能检测板喷涂厚度控制在20～30μm，同时喷涂于实施例1～5的水性环氧富锌防锈底漆上，其总厚度控制在120～140μm。

4）常规性能检测板在室温条件下养护48h后检测。

1.2.5性能测试

测试项目检测方法：干燥时间依照GB/T1728、附着力依照GB/T5210、耐冲击性依照GB/T1732、韧性依照GB/T6742、黏度依照GB/T6753.3、固体含量依照GB/T1725、沉降程度依照GB/T6753.3，综合性能与符合TB/T1527—2011《铁路钢桥保护涂装》标准的市售溶剂型产品B进行对比。

1.2.6性能对比

水性环氧云铁中间漆试验结果与市售溶剂型产品B性能对比见表４。

1.3轨道交通产品表面的水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆的制备

轨道交通产品表面的水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆是采用羟基丙烯酸聚氨酸乳液为主体原料，按照n（—OH）∶n（—NCO）=1.0∶（1.2～1.5）的设计原则进行配漆，A组分中添加耐晒颜料、填料、水性助剂拼合制作成水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆，B组分由四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）组成。

1.3.1原料

羟基丙烯酸树脂A：A2470（拜耳新材料）；羟基丙烯酸树脂B：RHA308（北京金汇利应用化工制品有限公司）；钛白粉：R-706（美国杜邦）；碳黑：6#（德国德固萨）；纳米硫酸钡：ES80（北京金斑马）；分散剂：3100（美国气体化学）；消泡剂：NXZ（德国巴斯夫）；流平剂：57（海铭斯化学）；润湿剂：104E（美国气体化学）；羟乙基纤维素：EP-30M（美国陶氏）；中和剂：MA-95（海铭斯化学）、亲水型异氰酸酯固化剂：304（德国拜耳）；助溶剂：乙二醇单丁醚（美国陶氏）；去离子水（自制）。

1.3.2试验配方

试验配方见表5。

1.3.3水性面漆制备工艺

1）将水性羟基丙烯酸树脂A、中和剂、助溶剂加入生产缸中，400～600r/min搅拌5～10min，测试pH，将pH控制在8～9。

2）用去离子水将助剂C按质量比1∶2稀释后加入生产缸中，400～600r/min搅拌5～10min。

3）边搅拌边加入金红石钛白粉、碳黑，600～800r/min搅拌20～30min，用砂磨机将细度研磨至20μm。

4）用去离子水将羟乙基纤维素充分润湿后与水性羟基丙烯酸树脂B同时加入，边搅拌边加入纳米硫酸钡，600～800r/min搅拌10～15min。

5）用中和剂将pH调节至8～9，即得到水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆。

1.3.4水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆性能样板制备

1）钢板选择：普通低碳薄钢板为底材，尺寸为70mm×150mm×（0.8～1.5）mm；

2）底材处理：先用溶剂将表面清洗干净，再用1000目砂纸进行打磨处理，确保钢材表面彻底清除干净。

3）按m（E组分）∶m（亲水型异氰酸酯固化剂）=6∶1进行调配，加入适量的去离子水将喷涂黏度调整至25～35s（涂-4杯）。

4）采用喷涂的方式喷涂复合层及耐化学性能测试干板，三涂层复合层的厚度控制在200～220μm，耐化学性能测试与耐人工老化加速测试干板漆膜厚度控制在60～80μm，室温条件下养护7d后进行检验。

5）物理性能测试采用马口铁片喷涂制板，膜厚控制在20～30μm，室温条件下养护2d后进行测试。

1.3.5性能测试

测试项目检测方法：干燥时间依照GB/T1728；附着力依照GB/T5210；耐冲击性依照GB/T1732、柔韧性依照GB/T6742；黏度依照GB/T6753.3；固体含量依照GB/T1725；光泽依照GB/T1743；耐候性能样板制备依照GB/T1765；人工老化加速测试依照GB/T1865；耐化学品性能依照GB/T9274；综合性能与符合于TB/T1527—2011《铁路钢桥保护涂装》标准的市售产品C进行对比。

1.3.6检测结果

检测结果见表6。

1.4配方设计分析

1）本文中产品设计主要根据国家对环境保护的要求，整个配方全部采用水性体系设计，VOC排放量均控制在80g/L范围内，完全符合PM2.5及环保标准要求。

2）水性环氧富锌防锈底漆采用水性环氧树脂与水性环氧固化剂，拼合高纯度锌粉、缓蚀剂以及环保磷酸锌、助剂而设计，使得其具有最佳的防腐性能，耐盐雾性能超过2000h。

3）整个体系配方中采用了羟乙基纤维素改善漆膜的防流挂性能，使得漆膜在湿膜施工过程中可达到275μm不流挂的优良效果。

4）水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆采用水性羟基丙烯酸聚氨酯乳液为主体原料，拼合四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）组合成2K型水性环保涂料，具有非常优异的耐化学品性和耐候性，结合水性环氧富锌防锈底漆与水性环氧云铁中间漆制备的三涂层复合层，耐盐雾性能达到6000h。

5）此专利所提供的水性环氧富锌防锈底漆、水性环氧云铁中间漆、水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆各项指标均满足TB/T1527—2011铁路钢桥涂料技术条件，能广泛应用于轨道交通配套道路设施的涂装。

6）此专利所提供的水性底漆、中间漆、面漆各项指示同时满足于JT/T722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装》技术条件的要求，能广泛应用于公路桥梁配套产品表面的涂装。

1.5结果与讨论

1）通过反复试验求证，列出的实施例1~15是具有代表性的配方，具有非常优异的防腐性能、耐化学品性能以及耐人工老化性能。

2）轨道交通配套产品，3～5a就需对室外的所有设施进行翻新，只能露天作业，如果继续采用传统的溶剂型体系产品作业，会给环境及操作工人的身体造成极大影响，如果采用此专利发明的配套产品替代传统溶剂型产品，既可使各项性能满足标准要求，又不会对环境造成任何影响，更不会对作业工人的身体造成伤害。