环氧改性氯化聚烯烃含氟防腐涂料的制备研究

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