含低VOC和耐化學(xué)試劑涂層 (CARC)底漆的制備
郭斌,王喜梅,王化銀
(中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所,濟(jì)南250031)
摘要：總結(jié)了環(huán)氧粘結(jié)技術(shù)的研究進(jìn)展,與現(xiàn)用底漆相比,該技術(shù)在提供性能相當(dāng)或性能更好的 底漆方面有潛力,并能把VOC的最大含量降至355.5 g/L(2.8磅/加侖,美制)。
關(guān)鍵詞：耐化學(xué)試劑涂層；底漆；VOC；揮發(fā)性化合物
引言
為對付化學(xué)戰(zhàn)的威脅,美國陸軍把瓷(漆)和漆基 涂層體系換成耐化學(xué)試劑涂層(CARC)。在所有戰(zhàn) 斗裝備、戰(zhàn)斗支援裝備和主要陸地支援裝備上,以 及戰(zhàn)術(shù)輪式車輛和飛機(jī)上均要求使用CARC。構(gòu)成 該體系的涂料能阻止化學(xué)戰(zhàn)試劑穿透涂膜。這導(dǎo)致 更容易的凈化程序(試劑的化學(xué)中和作用),或者當(dāng)涂 膜外表面暴露于自然環(huán)境而不是在其內(nèi)部施加保護(hù) 時(shí),通過沖洗或通過快速溶解更容易除去試劑,使設(shè) 備更快地復(fù)原而投入使用。
隱身體系要求使用聚氨酯外涂層達(dá)到耐化學(xué)試 劑性能。為與聚氨酯外層相容需要使用環(huán)氧底漆。 軍用技術(shù)規(guī)范MLL-P-53022中耐腐蝕、無鉻酸鹽、 無鉛的環(huán)氧底漆在耐化學(xué)試劑涂層體系中(CARC)已 成為有缺陷的底漆[1]。1993年首次研制出無鉛和無鉻 (六價(jià)鉻)酸的底漆,以代替預(yù)處理金屬制件上使用的 含鉛(適用于鐵類基材)和鉻酸鹽(適用于非鐵類基材) 的10種環(huán)氧底漆。當(dāng)陸軍要求在FY95中使用CARC 時(shí),MLL-P-53022成為標(biāo)準(zhǔn)底漆。從那時(shí)起,為響應(yīng) 環(huán)境規(guī)定,對原始文件作了修改,使之成為適合環(huán)境 的底漆。來自大氣污染禁令的聯(lián)邦和地方法規(guī)及其 修正案都對保護(hù)性涂層施工期間釋放出的揮發(fā)性有 機(jī)化學(xué)物(VOC)有限制。對溶劑型體系,VOC實(shí)質(zhì)上 定義為涂料體積所用揮發(fā)性溶劑的質(zhì)量,常以“磅/加 侖”或“克/升”為單位表示。包括常用于環(huán)氧體系 的酮類和某些芳烴在內(nèi)的某些VOCs也被環(huán)保局(EPA) 列為有害空氣污染物(HAPs)[2]。1998年修訂了該項(xiàng)技 術(shù)規(guī)范,包含了較低VOC含量的配方。在VOC降低 方面的第一步引入了類型Ⅱ,即高固體材料的配方中 VOC的最大含量為419.4 g/L(3.5磅/加侖,美制)。 在歷史上,涂料中VOC降低的兩個主要途徑是使 用高固體(HS)含量的聚合物和水性(WB)或水稀釋性 (WR)聚合物。努力的重點(diǎn)一直是放在HS體系,因?yàn)?nbsp;WR環(huán)氧技術(shù)規(guī)范早已列入VOC極限為355.5 g/L(2.8 磅/加侖,美制)的CARC體系(MLL-P-53030,水稀釋 性的無鉛和無鉻酸鹽環(huán)氧底漆涂層)。HS體系通常 是由較低分子量聚合物組成的。在降低聚合物分子 量的同時(shí)就降低了其黏度,隨之而來的是需要使用溶 劑來控制施工期間的體系黏度。
固化過程(即干燥時(shí)間)會大大延長,因?yàn)榫酆戏?nbsp;應(yīng)始于較小的“塊”,但需要達(dá)到固化涂層性能的 同一點(diǎn)而終止。
第一年的目標(biāo)是調(diào)查可用的HS和熱固化環(huán)氧 黏合劑工藝,與現(xiàn)在419.4 g/L(3.5磅/加侖,美制) 的底漆相比,它有提供相當(dāng)或更好性能的潛力,而其 VOC降至355.5 g/L(2.8磅/加侖,美制)。另外要求 耐化學(xué)試劑并與CARC外涂層相容。盡管耐試劑性 未作為要求(因野戰(zhàn)設(shè)備有CARC外涂層)包括在技 術(shù)規(guī)范中,但事實(shí)上,所有CARC底漆都是耐化學(xué)試 劑的,因?yàn)樗鼈兪菨M足使命要求的涂層體系的組成 部分。最終研制目標(biāo)是VOC為355.5 g/L(2.8磅/加 侖,美制)或更低的MLL-P-53022的Ⅲ型材料。
1試驗(yàn)部分
研制MLL-P-53022更低VOC類型組分的首要 選擇,是保持一切(即混合比、顏色、通用組成等)都 相同,但使用更高的固體類型粘結(jié)劑組分以降低干 燥過程中的溶劑揮發(fā)。例如,表1列出底漆A組分的 現(xiàn)用顏料組成,表2表示A組分的全部組成,表3表示 B組分的組成。
新配方涉及到3種主要基團(tuán)的精確平衡,參見表 1～表3(即顏料、粘結(jié)劑及溶劑/添加劑)。對于該 底漆,顏色選擇是任意的,因?yàn)槟透g顏料磷酸鋅是 白色。含鉻酸鹽的底漆一般為黃色,含鉛的底漆通 常為紅色。因而,M L L-P-53022的白色可使其區(qū) 別于那些類型并可表明無鉛和無鉻酸鹽著色。體質(zhì) (增量)顏料可提供光澤調(diào)節(jié)。該體系已被完善地建 立起來,并且在該領(lǐng)域已生效多年。
粘結(jié)劑體系一直是配方的中心。它提供最終產(chǎn) 品的阻抗性能,包括耐化學(xué)試劑性、耐水性、耐烴 性和耐D S2(M L L-D-50030中定義的2#凈化溶液) 性。典型的雙組分環(huán)氧體系顏料被摻入組分A,或 該體系的環(huán)氧部分。催化劑可為多胺、聚酰胺或多 胺環(huán)氧加成物。這3個體系的化學(xué)性質(zhì)是明顯的,然 而一旦選擇了固化劑,就把該體系每一種組分調(diào)節(jié) 到實(shí)際的包裝黏度,同時(shí)保持反應(yīng)組分的適當(dāng)化學(xué) 計(jì)量體積配比。
現(xiàn)行的體積比是組分A∶組分B=4∶1。
多數(shù)商品化空氣—干燥環(huán)氧樹脂體系包括 MLL-53022中的環(huán)氧體系都是雙酚A型,其中多數(shù) 元素形式是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的縮聚物,在有堿 存在下生成的環(huán)氧化物。反應(yīng)如下：
OH 該分子的中心部分須經(jīng)改性,提高最終環(huán)氧體 系的分子量和性能[3]。胺固化體系使用多胺來固化 端環(huán)氧基團(tuán),正如下面簡單的胺環(huán)氧體系所表明的 那樣：
當(dāng)使用不同分子量的二環(huán)氧物和多功能胺時(shí), 交聯(lián)變得相當(dāng)復(fù)雜,但是可以設(shè)計(jì),以提供耐化學(xué) 性、適用期和柔韌性的理想結(jié)合。因?yàn)榫埘０穼?shí)質(zhì) 上是端氨基脂肪酸與多胺的反應(yīng)產(chǎn)物,多胺加成物 實(shí)質(zhì)上是端氨基環(huán)氧與多胺的反應(yīng)產(chǎn)物,使用這些 固化劑正如前邊所提到的那樣會發(fā)生同類型的功能 性反應(yīng)。反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和大小(分子量)決定最終涂 料的性能。
355.5 g/L(2.8磅/加侖,美制)VOC的MLL-P-53022 體系的試驗(yàn)將繼續(xù)集中在上述的主要性能方面,試驗(yàn) 要求見表4。
2結(jié)果與討論
總共6個商品化產(chǎn)品都按M L L-P-53022以 VOC≤355.5 g/L(2.8磅/加侖,美制)要求,成功地完 成了性能試驗(yàn)。結(jié)果見表5。 
現(xiàn)已完成了3種烘干型環(huán)氧化物的試驗(yàn),但由于 VOC值大于355.5 g/L(2.8磅/加侖,美制),該項(xiàng)技術(shù)在 特殊應(yīng)用中還需進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn),例如已裝備烘箱的設(shè) 備。
3結(jié)論
通過對2.8-VOC值設(shè)計(jì)能滿足MIL-P-53022 性能的試驗(yàn)產(chǎn)品評價(jià),目標(biāo)的性能部分完全是可以 達(dá)到的。為適于軍用技術(shù)規(guī)范,室內(nèi)的配方設(shè)計(jì)工 作須把焦點(diǎn)集中于典型配方的制定。耐腐蝕性和 耐化學(xué)試劑性是關(guān)鍵要求,在2.8-V O C值中可以 容易達(dá)到上述性能要求。然而,研制一種“用戶友 好的”(即可噴涂的)標(biāo)準(zhǔn)配方將是下階段工作的關(guān) 鍵。計(jì)劃包括：
(1)在產(chǎn)品合格條件下繼續(xù)從已批準(zhǔn)的原料供 應(yīng)商和制造商進(jìn)料。
(2)研制一種室內(nèi)可調(diào)節(jié)控制的配方并證實(shí)其性能。
(3)在商品化產(chǎn)品和試驗(yàn)室配方間進(jìn)行多種交 叉試驗(yàn),以便把重點(diǎn)放在最理想的混合比為4∶1的 2.8-VOC產(chǎn)品上。
參考文獻(xiàn)
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來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
