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环氧改性氯化聚烯烃含氟防腐涂料的制备研究

发表时间:2014-06-17 11:17      点击:
摘要:介绍了采用以环氧树脂、过氯乙烯树脂、聚四氟乙烯及颜料等原料制成的主剂,配以聚氨酯预聚物为固化剂的双组分涂料的制备及其性能研究。结果表明,该涂料的涂膜具有优异的耐酸碱性能及耐候性,对金属基体和混凝土基体有较强的附着力,可用于化工大气环境的防腐。且添加纳米聚四氟乙烯对降低涂膜的表面张力有显著的作用。
 
    关键词:环氧树脂;氯化聚烯烃;纳米氟树脂;防腐涂料
 
    中图分类号:TQ630 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2012)08-0030-04
 
    0·前言
 
    由于化工生产过程中工艺介质的跑、冒、滴、漏等因素造成的腐蚀环境,不仅对设备、管道等金属材料造成腐蚀,同时对生产厂房建构筑物的腐蚀破坏及其严重,不但影响正常的生产,而且因腐蚀造成的设备事故对职工人身安全也会带来严重的威胁。因此,重防腐涂料作为化工行业重要的防腐手段之一,越来越受到重视[1]。
 
    通常,环氧树脂、过氯乙烯、氯化橡胶等制成防腐涂料具有较好的防腐性能,同时也存在不足之处。环氧涂料具有附着力强、耐酸碱性好,但有易老化、不耐候、低温施工固化慢等缺点。氯化聚烯烃树脂具有优异的耐候性,且成膜性能好、抗氯离子的渗透,但附着力差,容易起皮脱落。因此,对于采用不同的树脂改性以提高涂料的综合性能的方法被广泛应用。本文主要介绍由环氧树脂、过氯乙烯树脂、纳米聚四氟乙烯、聚氨酯等为主要成膜物质的高性能防腐涂料的制备和性能的研究。
 
    1·试验部分
 
    1.1 原材料
 
    环氧树脂601-75:江苏三木;30%过氯乙烯基料:自制;聚氨酯预聚物:自制;聚四氟乙烯BLA-1:杭州;天然硫酸钡:合山化工;钛白粉960:南京钛白;甲基异丁基酮:吉化;环己酮:衢化。
 
    1.2 参考配方
 
    以过氯乙烯、环氧树脂、聚四氟乙烯为主成膜物,加入颜料、防锈填料、助剂按一定配比制成底漆和面漆的主剂,以聚氨酯预聚物为固化剂。参考配方如表1所示。
 
表1 底漆和面漆参考配方
 
    1.3 制备工艺
 
    1.3.1 主剂的制备工艺
 
    将原料1、2加入调漆罐中,高速分散15min,然后依次加入原料3~8,高速分散15min后进入研磨,底漆细度控制到45μm,面漆细度控制到20μm。制备流程如图1所示。
 
图1 底漆和面漆制备流程示意图
 
    1.3.2 固化剂的制备
 
    采用公司自行研制的PU60固化剂。该固化剂由合成脂肪酸、苯酐和多元醇,加热酯化反应合成脂肪酸改性聚酯多元醇;再将聚酯多元醇与TDI加热预聚,再加入适量改性剂降低游离TDI;最后加入一定的助剂搅匀,即制得此固化剂。
 
    1.4 分析测试
 
    1.4.1 测试样板的制备
 
    按照GB/T制板要求,将试样钢板表面处理干净,用无水乙醇擦净、晾干,将甲乙两组分按一定比例混合均匀,调整好黏度;在钢板上按底漆2道,面漆2道均匀涂刷,涂膜厚度约80μm,室温干燥一周后测试其各项性能。
 
    1.4.2 涂层性能测试结果
 
    涂层性能测试方法及测试结果如表2所示。从实测数据可以得出该涂料具有较好的防腐性能,及优异的机械性能。
 
表2 涂膜性能测试方法及实测结果
 
    2·结果与讨论
 
    2.1 成膜树脂对性能影响分析
 
    在化工大气环境下应用的防腐涂料,必须符合以下条件:①具有优异的附着力;②化学稳定好,耐酸碱性能优,耐候性好;③有优异的抗腐蚀介质及氯离子的渗透,涂膜表面张力低,化学介质不易粘附;④具有较好的施工性能,干燥快,在较低的气温下也可施工,通用性强,不仅可用于金属基材的涂装,在混凝土建筑构件上同样具有优异的附着力和防腐性能。环氧树脂、聚氨酯、氯化聚烯烃及聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性,同时它们的相溶性较好,复配固化后形成类似互穿网络的高分子合金形态,使各种高分子材料在性能上互补增强,达到优异的防腐性能和机械性能。
 
    2.1.1 环氧树脂
 
    在本涂料中环氧树脂所起的作用就是提高附着力。环氧树脂分子量的高低决定了它的环氧基和羟基含量。在涂料工业中使用较多的是E-20(原牌号601)环氧树脂,其平均分子量为900,羟基含量约2.5%,可溶于芳烃及醇类的混合溶剂,与氯化聚烯烃类树脂有较好的混溶性,可以用聚氨酯预聚物固化,得到涂膜坚硬、耐化学性能好的涂层。在本涂料中加入量为树脂总量的30%~40%(质量分数)是比较理想的。
 
    2.1.2 氯化聚烯烃树脂
 
    氯化聚烯烃树脂在涂料中经常应用的主要是过氯乙烯树脂、高氯化聚乙烯、氯化橡胶等,它们具有优异的涂膜封闭性,抗氯离子渗透,耐酸碱性好,同时具有优异的耐候性,但它们的涂膜附着力较差,常因涂膜的剥落导致防腐涂层的失效,因此用其他树脂对其改性是较常规方法。用环氧树脂改性提高附着力,其防腐性得到提高,机械性能得到改善。溶剂法生产的氯化橡胶受到环保的限制,现在主要是用水相法生产,但质量还需提高,同时氯化橡胶价格较高对成本影响较大。高氯化聚乙烯相对较易溶解,溶解黏度低,但和氯化橡胶一样产品质量不够稳定,对产品成本有一定影响。过氯乙烯树脂生产较为容易,来源广,价格低,其耐候性及耐酸碱性非常优异,在本涂料中作用主要是提高涂膜的抗渗透性和涂膜的耐候性。用量在树脂总量的50%~60%(质量分数)。
 
    2.1.3 纳米聚四氟乙烯
 
    聚四氟乙烯对大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂,聚四氟乙烯的机械性质较软,具有非常低的表面能,在固体材料中它的表面张力最小而不粘附任何物质。本涂料中采用的聚四氟乙烯BLA-1是纳米级的微粉,最小粒径达到200~300nm,在环氧树脂中很容易分散成纳米状态,由于聚四氟乙烯的表面能非常低,所以它在涂料中不会凝聚,一直处于均匀的分布状态。添加聚四氟乙烯微粉后,涂膜的表面张力降低,致密性提高,表面光洁,腐蚀性物质不能粘附,进一步提高了涂层的防腐性能。一般情况下在底漆添加量为0.5%,就有明显的效果。在面漆添加1%以后,涂膜的耐候性也大幅提高。
 
    2.2 固化剂对防腐性能的影响
 
    重防腐涂料一般要求在常温下固化,用于常温下的环氧树脂固化剂主要有多元胺、多元胺加成物和低分子聚酰胺树脂等。但不同固化剂的耐化学品性、柔韧性、固化速度快慢及不泛白和固化物耐水性等都有不同的特性。通过试验发现,用多元胺加成物达到了涂料常温下固化快、柔韧性好、稳定性高、耐油、耐水的目的。但在工程施工中常常由于配比的稳定性较差,在冬季低温固化时间较长,在夏季高温季节施工时间很短,由于施工难度较大,常常引起质量问题。在本涂料中选用聚氨酯预聚物作固化剂,不仅涂膜防腐性能好,而且具有可在低温固化,施工配比较容易控制等优点。
 
    2.3 溶剂的性能的影响
 
    溶剂对树脂的溶解性以及对涂膜的干燥都有影响,良溶剂能使得树脂分子均匀地分散在体系中。一般说来,高沸点的溶剂如环己酮相对挥发较慢,对环氧树脂的溶解性比较好,但不能多用,否则影响涂膜的干燥。酯类和酮类是过氯乙烯的良溶剂,对降低体系黏度有较好的作用,醇类溶剂能很好地溶解环氧树脂,但有部分与—NCO基团反应,所以本体系中不能选择醇类溶剂,而是选用酯和酮类的混合溶剂。本涂料中混合溶剂配比为:m(环己酮)∶m(甲基异丁基酮)∶m(丙二醇醚)∶m(醋酸仲丁酯)=1∶2∶3∶14。
 
    3·结语
 
    (1)采用以环氧树脂、过氯乙烯树脂、聚四氟乙烯及颜料等原料制成的主剂,配聚氨酯预聚物为固化剂的双组分涂料,该涂料的涂膜具有优异的耐酸碱性能及耐候性,对金属基体和混凝土基体有较强的附着力,可用于化工大气环境的防腐。
 
    (2)添加纳米聚四氟乙烯对降低涂膜的表面张力有显著的作用,使腐蚀介质不易粘附和渗透,用于氯碱和纯碱等化工企业的设备和厂房防腐涂装具有重要的意义。
 
    参考文献
 
    [1]秦国治.防腐蚀技术应用实例.北京:化学工业出版社,2002
 
    [2]陈士傑.涂料工艺.北京:化学工业出版社,1994
 
    [3]李启珍.纯碱厂建构筑物的腐蚀与防护.纯碱工业,2006,14(4):16-17
 
    [4]洪啸吟.涂料化学.北京:科学出版社,1997
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