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集装箱辊涂用车间底漆的设计及应用,重点介绍了集装箱辊涂用环氧富锌车间底漆的配方设计
2019年09月30日    阅读量:947    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿


0 前言

2007年起,中集集团首先开始试验并使用集装箱钢板预处理车间底漆辊涂施工工艺,之后这个工艺被广泛地推广和应用。中集集团、胜狮集团、东方国际集团的多个工厂先后改造或是增加了辊涂施工设备,其中天津中集更是斥资2亿元新建了与辊涂施工配套的厂房和流水线。


根据目前各个工厂的现有设备和工序的差异,可以把辊涂施工线粗略地分为两种涂料在线coatingol.com。一种是钢板上下表面同时辊涂;另外一种,也是推广比较多的,是首先辊涂钢板上表面,然后辊涂钢板下表面。


两种方式在生产线上差异很明显,但是对涂料的要求却基本上是相同的,都要求涂料要有很好的黏附性、干燥性、柔韧性、触变性、防沉降性等。目前,集装箱钢板预处理一般选用双组分环氧富锌底漆,锌粉含量要求在70%~80%,涂装方式一直以无气自动喷涂为主。


环氧富锌底漆在喷涂时,需要兑入大量的稀释剂进行调整,不可避免地带来了损耗;而辊涂用涂料规避了这一缺点,但必须要具备更高的性能,才能达到良好的施工效果。本文主要介绍了辊涂用环氧富锌底漆的配方设计,讨论了影响辊涂效果的主要因素,并且实际验证了所设计配方的辊涂效果。

 

1 试验部分

集装箱用车间底漆要求达到2~3个月的防腐蚀期限,同时涂膜要接受钢板罗拉压型、焊接等工序的考验。这就要求涂膜要有良好的防腐蚀性、柔韧性、耐冲击性、与钢板的附着力和焊接性能。同时考虑到辊涂工艺的特殊性,要着重考量涂料的流变性能。

1.1 试验原料及仪器

1.1.1 试验原料

环氧树脂(国产);钛白粉(进口金红石型);润湿分散剂(BYK);有机膨润土(国产);锌粉(国产);二甲苯;正丁醇;异丁醇;滑石粉(国产);气相二氧化硅(国产);防流挂助剂;聚酰胺固化剂。

1.1.2 主要试验仪器

研磨分散机、高速搅拌机、电子分析天平、流变测试仪、接触角测试仪。

1.2 配方的设计

集装箱用车间底漆通常采用溶剂型环氧富锌涂料,以环氧树脂作为主要成膜物质,锌粉作为主体防锈颜料,同时添加颜填料、溶剂、助剂等制成,与聚酰胺类固化剂交联固化成膜。对钢板有极佳的附着力,同时有优异的施工性、耐磨性,能够快速干燥固化。

参考配方见表1。

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环氧富锌漆配方

1.3 性能测试(见表2)

性能测试结果

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2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的选择

本试验选用常规的E20与E51环氧树脂作为备选树脂。均为双酚A型环氧树脂,分子链上有很多羟基和醚键,受化学键的作用,使得涂膜对金属底材有优良的附着力。主要成分为二酚基丙烷缩水甘油醚。分子结构式如图1所示。

环氧树脂分子结构

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其中E20与E51的区别在于聚合度n值不同,E51一般n值平均值为0或是1,而E20的n值平均值是2。这就使得两种树脂在分子链的线性结构官能团参数等都有差异,分子量也相差很多。E51分子量较小,小分子树脂更容易润湿底材;但在等质量的情况下,会有更多的环氧基团,反应进程会较慢,干燥速度慢。


E20分子量更大,空间线性结构跟为明显,这样就相对E51来说的柔韧性更好,更多的羟基基团存在也使得对底材的附着力较强。等当量比的条件下,选用同种胺类固化剂,用E20与E51分别制备涂膜。测试两种涂膜的拉伸力性能。从图2可以看出,E20的断裂点长度和断裂时的拉伸力均要大于E20的相关数据,说明E20韧性更强,更加适合作为辊涂用涂料主体树脂。

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涂膜拉伸曲线示意图



2.2 固化剂的选择

辊涂施工工艺要求涂膜必须在短时间内干燥,才能进行下一步工序操作。于是,各个集装箱厂在辊涂后均添加了烘箱,对底漆进行强制干燥,温度一般控制在60~80 ℃并配有风机。而集装箱生产线的连续运行方式还要求涂料必须具备6 h以上的活化期,所以选择合适的固化剂十分重要。环氧树脂固化剂有很多种,脂肪族多元胺类、芳香族胺类、聚酰胺类、曼尼奇碱类、酮亚胺等等。结合这些固化剂与环氧树脂反应的特点,选取性能比较适当的聚酰胺类作为与辊涂用涂料固化剂,并配以DMP30作为干燥促进剂。


2.3 溶剂的选择

选用溶剂的核心目的是要控制溶剂的溶解力和选定合适的挥发速率。所选用溶剂对环氧树脂的溶解力决定了施工时涂料的均匀性和黏度;溶剂的挥发,对涂膜的成膜质量、干燥时间都有重要影响。通常采用多种溶剂混合使用的方式,这样克服了单一溶剂的溶剂力和挥发速率的局限性。本试验采用了二甲苯、正丁醇、异丙醇的混合溶剂作为环氧富锌涂料稀释剂,有良好的溶解力和适当的挥发速率。


2.4 防沉助剂的选择

在环氧富锌底漆中,最主要的填料是锌粉,锌的密度是7.0 g/cm3左右,在涂料体系中极易沉降,所以必须加入足量的防沉降助剂。体系中锌粉产生沉降分层的原因是复杂的,首先是重力作用,而后与体系的黏性结构及流变性有关。增加黏度是防止沉降的主要途径,但同时要保证良好的流平性。


有机膨润土经过季铵盐表面处理,与环氧富锌底漆有良好的亲和性。在溶剂中,有机膨润土会进行溶胀,其片状结构边缘的氢氧基团形成氢键,结合成立体网状结构,赋予涂料一种结构黏度,产生触变性。在受到一定剪切力时,氢键结构极易被破坏,致使黏度降低;当剪切力消失时,氢键会自行恢复,黏度再度增加。这就是添加有机膨润土后,涂料触变性上升的基本原理,也是有机膨润土具有防沉作用的原因。试验中选取了国产的有机膨润土,使用前用溶剂做活化处理,取得了很好的防沉效果。

 

3 辊涂效果的影响因素

3.1 流变性对辊涂效果的影响

辊涂施工对涂料的流变性能要求较高。不同于喷涂施工的高速剪切速率,辊涂施工是以低速剪切为主,这就要求涂料更适应纯剪切和简单剪切的流动。涂料的流变性越强,表现出体系的黏度恢复越快,体系结构恢复时间越短。分别选用了两个不同流变性能的样品,观察样品在辊涂机料辊上的展布状态。从流变曲线(图3)上可以看出,样品A的流变性能更佳,黏度恢复较为迅速。从上辊后的展布效果(图4)看,样品B明显已经成绺,展布效果较差,样品A涂料分布均匀,展布效果很好。说明流变性越好,涂料上辊后展布效果越好。

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流变性能曲线

涂料上辊展布效果图

3.2 表面张力对辊涂效果的影响

由于辊涂用涂料流变性较强,涂料黏度恢复很快,相应的流平性能就会变差。为了达到良好的湿膜流平效果,需要调整涂料与基材之间的表面张力。涂料涂布后,伴随着溶剂的不断挥发,涂料的黏度会逐渐上升,湿膜的表面张力就随之升高,降低涂料与基材之间的表面张力,涂料就会更容易润湿底材,更容易流平。

选用两个与相同底材间有不同表面张力的样品,测试其接触角及辊涂后的涂布效果,见图5。样品C与底材的接触角大于样品D与底材的接触角,但涂装后流平效果较差,有橘皮的现象。样品D涂装后,涂膜平整,无明显缺陷。

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接触角及涂膜状态

测试样品C的接触角为81°,大于测试样品D所得的71°接触角。得出样品C与基材间的表面张力要大于样品D与基材间的表面张力。较大的表面张力阻碍了涂料的流平进程,最终影响了涂膜的平整效果。这说明涂料与基材间表面张力越小,涂膜的平整效果会越好。

 

4 结语

集装箱钢板预处理辊涂工艺得到了大力推广和应用,同时对车间底漆提出了更高的要求。辊涂用车间底漆在设计时,要重点考虑涂膜的柔韧性、干燥速率,体系的防沉降性和施工性能。本文所设计的产品,体系流变性好,上辊效果优良,辊涂后表面状态平整无异常,满足辊涂施工工艺的要求,在集装箱涂料市场中得到了大面积的应用,具有广阔的市场前景。


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