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无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分,中国资讯网,ChinaNews360.com
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无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分
2019年10月10日    阅读量:743    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

0 引言

随着社会的进步,防腐涂料与涂装技术的发展更加注重“环保、安全、性能、成本”的综合平衡。环保与安全是防腐工业发展的前提条件,高性能、多功能、低成本是防腐业追求的目标。


在防腐工程总成本中,涂料成本占15% ~ 30%,涂装成本占70%~ 85%,涂装成本包括基材表面处理成本、时间成本、环境成本、废物处理成本、安全程序成本等[1]涂料在线coatingol.com。无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料,以其环保无毒、可湿面带锈厚涂、底中或底面合一等优势,大大降低涂装成本,其性价比优势明显。无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料是一种能在苛刻腐蚀环境下具有长效防护性、隔热隔音降噪性、导静电性、柔韧性等多功能、多用途涂料。


该涂料以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以腰果壳油改性不挥发非反应型环氧树脂稀释剂和反应型增韧环氧稀释剂为溶剂,以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分;以腰果壳液合成的改性胺作固化剂,在促www.shengyaoyul.com杏鑫娱乐进剂和亲水剂的配合下制备成乙组分。该涂料固体含量超过98%,固化涂膜柔韧致密,没有溶剂型涂膜表面常出现的针眼,具有优异的屏蔽性,可有效防止水汽、氧、离子等的渗透,大大提高了涂膜的物理、化学防腐性能。


该涂料作为底面合一使用时,可涂装于大型储油罐内壁、船舶压载舱、海上钻井平台、桥梁等;作为底中合一使用时,则需配套反射隔热导静电聚天门冬氨酸酯面漆[2],应用于储油罐外壁、露天石化设备、舰船及高速列车等的涂装。


1 试验部分

1.1 原材料

丙烯酸改性液态环氧树脂BYD-7201 [环氧当量169 ~ 178,黏度20 ~ 40 Pa·s(25℃)],泰国有机化学公司;腰果壳液合成改性胺固化剂NX-2007、腰果壳油改性不挥发非活性稀释剂NX-2020,卡德莱公司;液态聚硫橡胶JLY-121,辽宁锦西;戊二醇二缩水甘油醚6268,上海新华树脂厂;金红石钛白粉R-706,美国杜邦;气相二氧化硅,广州吉必时;磷酸铝锌、四盐基锌黄,市售;绢云母,滁州格锐;滑石粉,海城鑫达;超细硅铝基空心微珠,北京世先英华;掺杂聚苯胺,长春应化所;硅烷偶联剂,南京曙光;分散剂、消泡剂、流平剂等助剂,BYK 公司。

1.2 配方

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料配方见表1。

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分 中国资讯网,ChinaNews360.com

1.3 制备工艺

1)聚苯胺分散浆:在配方量非活性稀释剂中加入1%PU 高分子分散剂,再加入配方量聚苯胺粉末,以2 000 r/min 搅拌分散3 h 即可。

2)甲组分的制备:按配方称量,将环氧树脂、聚硫橡胶、活性稀释剂及助剂加入分散釜中搅拌均匀,再加入聚苯胺分散浆及除空心微珠以外的颜填料,高速分散并研磨至细度≤30 μm,再加入空心微珠分散均匀,过滤装桶。

3)乙组分的制备:在改性胺中加入促进剂和亲水剂搅拌均匀即可。

1.4 样板的制备

试验环境按GB/T 9278—1988 规定要求,试板制备按GB/T 1727—1992 中6.1 刷涂法进行,检测漆膜物理性能的干膜厚度为150 μm,检测漆膜耐化学药品性能的干膜厚度为300 μm。

1.5 涂料的性能指标

涂料的性能指标见表2。

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分 中国资讯网,ChinaNews360.com


2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的选择

环氧树脂具有力学性能好、黏结性能高、固化收缩率低以及综合性能优异等特点,广泛应用于防腐涂料领域。环氧树脂的类型、相对分子质量及黏度对无溶剂环氧涂料的性能影响很大,双酚F 型环氧树脂黏度低、各种性能较好,但价格高;双酚A 型环氧E-44 黏度大,不适宜制备无溶剂型涂料。双酚A 型环氧树脂E-51 虽然适宜制备无溶剂型涂料,但是单纯的E-51环氧树脂的重防腐性能较差,特别是不适用于浓度较高的酸碱环境中。


通过试验对比,本文选用了丙烯酸改性的双酚A 型液态环氧树脂BYD-7201,其固化后有较高的交联密度,优异的防腐性能,特别适用于需耐浓度较高的强酸、强碱介质的场合[3]。为了提高环氧树脂及其涂料的柔韧性,采用液态橡胶与环氧树脂进行物理共混是简单易行的方法。常用的有活性端基液体橡胶,如CTPB、CTBN、PU 及聚硫橡胶等。


其作用机理是:减少环氧固化物交联点间链运动的势垒,利用基料大分子链段和增韧剂(橡胶)分子间相互作用替代大分子链间相互作用,使固化物的Tg降低,改善弯曲性,赋予柔韧性,提高延伸率和耐冲击性,但耐热性有所下降[4]。本文选用液态聚硫橡胶JLY-121 作增韧剂,试验结果证明,当JLY-121 用量为环氧树脂的10%时,固化物的断裂柔韧性可提高2.5 倍。不过,聚硫橡胶带有臭鸡蛋味,不宜在密闭环境中施工,因此用量不宜太大,应控制在环氧树脂的5%以内。


2.2 固化剂的选择

无溶剂环氧重防腐涂料的防腐性能在很大程度上取决于固化剂的选择,交联密度越高防腐性能越优异。无溶剂环氧涂料要求固化剂有较低的黏度、较长的使用期,形成的涂膜具有优异的附着力、硬度、柔韧性能。脂肪族多元胺能在常温固化,固化速度快、黏度低,虽然能配制无溶剂涂料,但其与环氧树脂反应太快、放热量大、活化期短、形成的涂膜脆性大、毒性高,因此不宜选用。


聚酰胺固化剂虽然形成的涂膜柔韧性好、毒性低、耐腐蚀性好,但低温固化性差,与环氧树脂相容性差;酚醛胺(如T31)固化剂形成的涂膜虽然抗化学防腐性好,但涂膜柔韧性差、毒性高,常温下适用期小于0.5 h,不宜作为无溶剂环氧涂料的固化剂使用。腰果壳液合成的改性胺固化剂NX-2007,应用于重防腐已有20 年历史,是目前世界各国船舶和重防腐采用的固化体系。


腰果油改性酚醛胺固化剂是一类低温干燥速度快、防腐性能优异的新型环氧固化剂,其分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和常温反应活性高的脂肪胺,使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化,同时极性的羟基还能增强对底材的润湿和附着力。另一方面,腰果油衍生物一般是以含不饱和双键的碳15 长链取代酚为基础,碳15 长链能给体系提供优异的耐水性和柔韧性。


同时取代酚中含有苯环结构又具有耐化学腐蚀性能好的特点。该固化剂既有低相对分子质量脂肪胺体系的硬度和优良的耐化学腐蚀性能,又有低相对分子质量聚酰胺体系的使用期长、良好的柔韧性和低毒性能,此外还有一般酚醛胺体系的快速固化和优良的附着力。NX-2007 与各种常规固化剂相比,具有明显的防腐、防护和低温潮湿固化、无毒、柔韧、耐磨、快干性能优势,适用于无溶剂环氧重防腐涂料固化系统。


2.3 稀释剂的选择

无溶剂环氧重防腐涂料虽然使用了液态环氧树脂和液态固化剂配套体系,但是黏度仍然偏高、施工困难,所以需要选用适宜的稀释剂来调节涂料黏度。常使用的环氧稀释剂有脂肪族缩水甘油醚(AGE)和丁基缩水甘油醚(BGE),由于这些稀释剂有较大的气味和毒性,并且单官能的环氧稀释剂对环氧树脂的性能有一定负面影响,不适合大量加入。


反应型双官能二缩水甘油醚,如聚乙二醇二缩水甘油醚、戊二醇二缩水甘油醚(6284)等,不但黏度低、稀释效果好,而且能参与反应,提高交联网络密度,增强防腐性能。由于该类稀释剂具有亲水性,因此可增强涂层的干、湿界面附着力。以腰果壳油改性的不挥发稀释剂NX-2010,具有很好的调节黏度作用,加入比例可高达树脂的30%,既能保证涂膜的理化性能,还能调节施工操作时间,又能提高涂膜的韧性。


其独特的结构使它能与各种环氧体系有极好的相容性,对施工表面有很强的浸润性能,对涂层的防腐、防护具有很好的促进作用[5]。在配方中其他因素不变,且稀释剂添加量固定为15%的条件下,不同种类及其配合质量比的稀释剂对涂膜性能的影响见表3。

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分 中国资讯网,ChinaNews360.com

可知,反应型稀释剂6286 与不挥发稀释剂NX-2020 相比,前者对涂膜的附着力贡献大于后者,在调整体系黏度和对涂膜柔韧性的贡献方面,后者优于前者,将2 种稀释剂配合使用,可达到扬长避短的效果。试验结果证明:6286 的添加量为4%~ 6%、NX2020 的添加量为6%~ 10%时,效果较好。


2.4 颜填料的选择

颜填料在涂料中除着色和遮盖作用外,也起防腐作用。为了提高涂料的着色力、遮盖力、耐候性、防腐性等性能,应优先选用金红石型钛白粉,为了提高涂层的防腐性能,应选用一些防腐颜料,如氧化铁红、硫酸铝锌、磷酸钼锌、四盐基锌黄等,着色颜料应选择耐化学介质优良的品种,如炭黑、汉沙黄、钛菁系列颜料等。磷酸铝锌是磷酸锌改性后的第二代防锈颜料,改性后的磷酸盐其电化学防腐性能、与漆膜的相容性、漆膜的屏蔽作用、漆膜与基材的附着力等方面都有改进。


填料(体质颜料)除降低成本外,主要用于改善涂料的物理机械性能。考虑到体质颜料的防腐蚀性能和隔热性能,可选择滑石粉、云母粉、陶瓷空心微珠为该涂料的填料。本文选用的硅铝基空心微珠,其内部呈微小的多孔性空心结构,表面由纤维空心网状结构构成坚硬的外壳,抗压强度为4 000 ~ 7 000 kg/cm2,导热系数为0.07 ~ 0.12 W/(m·K)。


其典型特征和物理特性为:球型、超细、流动好;中空、超轻、密度低;多孔、润滑、易填充;抗压、增韧、硬度高;阻燃、隔热、耐高温;隔音、绝缘、防静电;防水、防腐、低收缩;无毒、防菌、耐酸碱。是一种多功能、多用途、高性能、低成本的体质颜料。在配方中其他因素不变的条件下,硅铝基空心微珠的添加量对涂层隔热性的影响见表4。

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料的研制,以丙烯酸改性环氧树脂为基料,以反应型和非反应型稀释剂为溶剂、以液态聚硫橡胶为增韧剂,在功能颜填料和助剂的配合下制备成甲组分 中国资讯网,ChinaNews360.com

可知,随着空心微珠用量的增加,涂层的导热系数相应减小,即热阻提高,保温隔热性能越好。在重防腐性能优先的条件下,硅铝基空心微珠的添加量控制在8%~ 15%范围内。


2.5 掺杂聚苯胺的导电防腐作用

导电涂料要求涂层表面电阻小于109 Ω,电导率大于10-9 S/m,导电涂膜具有消除静电、抗电磁屏蔽及防腐特性。经过十二烷基磺酸盐掺杂的聚苯胺作为无机导电填料的代替物加入树脂中,其用量达到5% ~ 8%时,可达到导电填料40%的导电效果,在环氧树脂中,其用量达到5%时,涂层的电导率为10-7 S/m,已满足导电涂料标准要求。


这是因为,在导电涂料涂层中,只有当导电粒子的填充量达到渗流临界值以后,导电粒子才会相互接触,载流子流通的通道才会导通,涂层才会有导电性。涂层的导电性除与聚苯胺的掺量有关外,还与聚苯胺的分散细度及其稳定性有关,因此需预先分散制成稳定浆料。


聚苯胺对铁基金属有优良的防腐保护作用。聚苯胺与金属在氧化-还原催化过程中,在金属表面形成一层致密的金属氧化膜,使该金属的电极电位处于钝化区,得到保护[6]。苯胺和苯胺的衍生物是铁基金属的有效缓蚀剂,在电场作用和双极性机理作用下,聚苯胺具有耐点蚀、耐划伤等自修复功能。因此,聚苯胺既是优良的导电添加剂,也是优良的防锈防腐保护材料。


2.6 助剂的选择

无溶剂环氧重防腐涂料属厚涂型涂料,由于一次涂刷形成的涂膜较厚,往往会产生流挂现象,因此必须添加适量的触变剂[7],以改善涂料的沉降和涂层的流挂。气相二氧化硅在液体介质中呈现增稠性和触变性,使立面厚涂不出现流挂现象,并且防止颜填料沉淀,改善涂覆性能,提高边棱处涂覆厚度的保持率。无溶剂环氧重防腐涂料由于黏度大、表面张力大、流平性欠佳,因此必须添加适量流平剂,以降低体系的表面张力,避免涂膜表面缺陷。


选用BYK-306 和3542 种流平剂配合使用,不但能降低涂料的表面张力,而且可提高对基材的润湿性,增进流平和光泽。为了使颜填料有效地分散在树脂中,选用BYK-108 分散剂,以便增加分散、研磨时树脂对颜填料的润湿性,降低黏度和增进涂料的贮存稳定性。无溶剂环氧重防腐涂料在生产加工和施工过程中容易卷入空气形成气泡,使涂膜产生针孔,因此必须加入适量消泡剂,BYK-A530 是一种破泡聚合物和聚硅氧烷的溶液,特别适用于无溶剂环氧树脂涂料中。


无溶剂环氧重防腐涂料隔热导静电是由多组分、多种材料组成的,为了提高材料的相容性,尤其是聚硫橡胶与环氧树脂的相容性,防止相分离,提高涂层的理化性能,本研究选用硅烷偶联剂。硅烷偶联剂具有2 种不同性质的反应基团:亲无机基团和亲有机基团。亲无机基团与无机物表面的化学基团反应,形成强固的化学键合;亲有机基团与有机分子反应或者物理缠绕,从而使有机与无机材料界面实现化学键接[8],形成网络结构。


3 技术优势

为了保护环境、防止粉尘污染、提高安全性、采用超高压水射流进行钢结构表面处理已显示出许多优势,但是也带来了金属表面潮湿、闪锈和瞬锈等不利因素。本文研制的无溶剂重防腐隔热导静电涂料,在潮湿带瞬锈的金属表面上不但有极佳的浸润性和渗透性,而且有强固的附着力。这是因为甲组分中的稀释剂、分散剂、流平剂、偶联剂都具有浸润性和亲水性,乙组分中的固化剂也具有浸润性,丙酮则是优良的亲水剂和渗透剂;防锈颜料磷酸铝锌遇水容易离解和水解,生成第二代磷酸盐离子,磷酸根与铁锈离子反应,生成难溶且紧密的磷酸盐附着层,引起阳极极化;而锌、铝离子与阴极区的OH-反应,生成难溶物而引起阴极极化,具有缓蚀、钝化作用。将多种不同功能型材料科学组合,通过化学反应和离子交换,将钢结构基材表面的水分和闪锈转化成涂层的组成部分,而且不影响涂层的理化性能,是本研究的一大创新.


4 结语

无溶剂环氧重防腐隔热导静电涂料,是一种环保、节能、减排、低VOC 含量、施工安全的新型涂料,涂层具有重防腐、隔热隔音、抗静电等多种功能。该涂料厚涂不流挂,棱角处涂膜厚度保持率高,可在干、湿和带锈的钢结构基面上直接施工,涂层平整光滑、柔韧性好、物理机械性能优异,对各种腐蚀介质有很强的耐受力,施工方便,涂装成本较低,应用领域广阔,具有良好的社会效益和经济效益,发展前景看好。


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