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        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究,介紹了無溶劑環氧飲水管路內壁防腐塗料的製備及性能研究
        2019年10月03日    閱讀量:34125    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        0 前言

        城市飲用水管路和遠距離輸配水管道,多以鑄鐵、不鏽鋼、鋼筋混凝土等構制而成,為保證輸水質量和效率,其內壁需要做有效的防護處理,由於這些輸配水管線使用壽命要求50 a以上,因此採用的防護塗料必須具有長效的防護功能。國外發達國家早在20世紀80年代就已採用無毒塗料對飲用水管道內壁進行防腐蝕處理。


        目前,德國、英國、美國、日本等國家已普遍將無毒塗料作為給水設施的內防腐蝕塗料[1];國內輸配水管路內壁防腐保護塗料大多採用溶劑型或高固體分環氧樹脂類塗料[2-5],該類塗料乾燥固化后溶劑難以揮發完全,易造成輸配水污染,且隨著環保法規的日益嚴格,溶劑型塗料的應用逐步受到限制中國建材網cnprofit.com


        因此,低VOC或零VOC排放的無溶劑環氧重防腐塗料日益受到重視。本文介紹了一種無溶劑環氧飲水管路防腐塗料,該塗料無溶劑無毒,符合環保要求,其衛生理化性能符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規範》(2001)規定,塗料施工后塗層平整光亮,摩擦係數低,輸水效率高,可廣泛應用於城市飲用水管路和遠距離輸配水管道的內壁防腐保護。

         

        1 試驗部分

        1.1 試驗原材料和設備

        環氧樹脂(E-51、E-54)、改性胺固化劑、增韌樹脂、鈦白粉(R930)、水合氧化鐵紅、磷酸鋅、重晶石、滑石粉、有機膨潤土等。

        高速分散機、砂磨機或三輥機、刮板細度計、美國DeFelsko附著力測定儀、JM-V磨耗儀、CC-1000XP型鹽霧箱、WD7-0.1高低溫恆溫實驗箱、QBY-Ⅱ擺桿漆膜硬度計等。

        1.2 飲水管路防腐塗料配方

        飲水管路防腐塗料配方見表1。

        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究,介紹了無溶劑環氧飲水管路內壁防腐塗料的製備及性能研究 中國建材網,cnprofit.com

        飲水管路防腐塗料配方

        1.3 製備工藝

        A組分製備工藝:按配方比例稱取原材料於調漆罐中,攪拌均勻后,用三輥機或砂磨機研磨至細度合格后,攪拌、過濾、包裝即得A組分。其工藝流程如圖1。

        A組分製備工藝流程

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        B組分製備工藝:按比例稱取所需原材料於調漆罐中,攪拌均勻后,過濾、包裝即可。其工藝流程如圖2。

        B組分製備工藝流程

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        2 塗料的技術性能

        2.1 常規性能指標

        以相應的檢測標準為依據,對塗料的常規性能進行了測試,結果如表2所示。從表2中的性能指標可以看出,無溶劑環氧飲水管路塗料固體含量高、塗層耐磨、附著力好,滿足重防腐要求。

        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究,介紹了無溶劑環氧飲水管路內壁防腐塗料的製備及性能研究 中國建材網,cnprofit.com

        塗料的常規性能

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        2.2 耐溶劑性能試驗

        將塗料A、B組分按規定比例混合均勻,製成厚度400~500 μm(二道塗層)的樣板,完全固化7 d后,分別放入油、水、鹼等溶劑介質中浸泡,試驗結果見表3。

        塗料的耐溶劑性能


        由表3的試驗結果得知,該塗料耐鹼、水(鹽水、自來水、蒸餾水)及石油製品等溶劑性能優異。


        2.3 毒性及衛生理化性試驗

        2.3.1 急性毒性試驗

        依據中國《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規範》(2001)規定要求,將塗料在玻璃板上製成100 mm×100 mm的雙面樣板,表面積共計400 cm2,完全浸泡於400 mL配製的浸泡水中,塗層面積與浸泡水容積比為1 000 cm2/L,24 h后取浸泡液讓禁食14 h、體重18~22 g、SPF級昆明種雌、雄小白鼠各10隻自由飲水。試驗表明:該塗料浸泡液對小鼠雌、雄性經口LD50均大於5 000 mg/kg體重,為實際無毒物[6]。

        2.3.2 衛生理化指標

        按照GB 9686—1988《食品容器內壁聚醯胺環氧樹脂塗料衛生標準》測試塗膜的主要衛生理化性能,結果見表4。

        塗膜的主要衛生理化性能

        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究,介紹了無溶劑環氧飲水管路內壁防腐塗料的製備及性能研究 中國建材網,cnprofit.com

        從表4可以看出,無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的蒸發殘渣、高錳酸鉀消耗量及重金屬含量均小於國家規定指標,符合《食品容器內壁聚醯胺環氧樹脂塗料衛生標準》的要求[6]。

         

        3 配方設計及分析

        3.1 環氧樹脂的選擇

        由於環氧樹脂與胺類固化劑固化后的塗膜無毒,因此在要求無毒的場合,國內外大多採用環氧樹脂體系塗料[7-8]。本研究採用低黏度低分子量的環氧樹脂(如E-51、E-54等)作為塗料的主成膜樹脂,與含有環氧活性官能團的增韌樹脂搭配使用,製備無溶劑環氧塗料。E-51、E-54環氧樹脂相對分子質量小、黏度低,其顏填料承載能力強,不僅能降低塗料成本,而且成膜時交聯密度大,能夠形成三維網狀高分子塗膜,具有很好的乾燥性及防腐蝕性[4],而增韌樹脂能賦予塗膜較好的柔韌性。試驗表明,E-51、E-54環氧樹脂與分子中含有環氧活性官能團的增韌樹脂搭配使用,可獲得機械性能優良的塗膜。

        3.2 固化劑的選擇

        國內用於食品及飲用水等容器的內壁塗料,大多採用聚醯胺、脂肪族多胺等作為塗料的固化劑,這些固化劑可製成淺色塗料,但塗料的防護性能差,使用壽命短,而且有些塗料對浸泡水的水質有影響[9]。用芳胺作固化劑的雙組分無溶劑塗料,由於芳胺變色嚴重[10],因此大都做成深顏色塗料,例如:瑞士的Obrit塗料、德國的Munkadur塗料、日本的NE508塗料等[8],由於這類塗料顏色深,其應用領域受到了一定的限制。本研究選擇了複合改性脂肪胺類固化劑,該固化劑既具有聚醯胺固化劑的長期可操作性,又可製成淺色塗料,滿足各種無毒場合的使用要求。

        3.3 顏填料的選擇

        顏填料的選擇及合理配置對塗料性能來說至關重要。對於飲用水管路內壁塗料,除了要求防腐保護和減阻外,所選擇的顏填料,還需要符合飲用水的規範要求。因此,我們依據國家衛生部2007年印發的《涉及飲用水衛生安全產品分類目錄》的通知要求進行顏填料的選擇。本研究選用耐水性和防鏽性好的水合氧化鐵紅或具有優良遮蓋力的金紅石型鈦白粉、吸油量低的沉澱硫酸鋇、觸變性好的二氧化硅和無毒防鏽力強的磷酸鋅等作為塗料的顏填料。

        3.4 助劑的選擇

        由於研製的塗料屬無溶劑體系,塗料的黏度大,施工后塗層表面易產生針眼、縮孔等弊病,尤其是厚塗時該類現象更為明顯。在其中加入適量的環氧稀釋劑可以降低固化體系黏度,增加流動性,延長使用壽命,便於大面積施工;加入適量的潤濕分散劑,可使顏填料分散均勻,降低塗料的黏度,提高塗料的附著力,改善塗層表面的光澤;加入適量的流平劑,可有效地降低塗料的表面張力,減少因表面張力梯度差而引起的塗膜弊病,提高塗料的流平性;加入適量的消泡劑,可起到抑泡、消泡的作用,消除塗膜的縮孔、魚眼等缺陷。經過試驗,在塗料中添加了占塗料質量分數5%的環氧稀釋劑、0.5%的潤濕分散劑、0.3%的流平劑、0.5%的消泡劑,塗膜外觀良好。


        4 施工工藝

        4.1 基材處理

        金屬基材需噴砂除銹達到ISO標準Sa2.5級或手工除銹達到St3級,然後用吸塵器或高壓空氣除凈表面;非金屬基材需除凈表面的粉塵、油污。

        4.2 噴塗方法

        塗料A、B組分按比例混合均勻並熟化10 min后,採用高壓無空氣噴塗設備噴塗二道,間隔時間3~4h[(23±2) ℃],塗膜厚度控制在400~500 μm。

        4.3 注意事項

        (1)基材除銹、除垢必須徹底,塗前保持基材表面乾燥,清潔;

        (2)噴塗時基材表面溫度應高於露點溫度3 ℃以上,且空氣溫度在5~35 ℃,相對濕度RH<80%;(3)常溫下[(23±2) ℃]塗膜施工7 d后,才能投入使用。

         

        5 應用

        2010年台湾新換城市飲用水管路、2011年台湾汶川新城城市飲用水管路等,皆採用該塗料對飲用水管道內壁進行了防護,見圖3。使用至今,塗層完好無損,均未發現起泡、脫落現象。

        飲用水管

        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究,介紹了無溶劑環氧飲水管路內壁防腐塗料的製備及性能研究 中國建材網,cnprofit.com

        6 結語

        (1)飲用水管路內壁無毒防腐塗料的製備工藝簡單,衛生理化性能符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全性評價規範》(2001)的要求。

        (2)飲用水管路內壁無毒防腐塗料為無溶劑塗料,在生產和施工過程對環境無污染,屬於綠色環保產品。該塗料一次施工成膜較厚,且塗膜堅硬耐磨、平整光亮,可廣泛應用於城市飲用水管路、遠距離輸配水管道以及水塔、蓄水池、貯水罐等與飲用水接觸的設備內壁的防腐保護。


        無溶劑環氧飲水管路防腐塗料的製備及性能研究

        □ 岳躍法,方倩,阮景陽,張善貴,郭常青,楊凱

        (海洋化工研究院有限公司海洋塗料國家重點實驗室,台湾青島 266071)


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