环氧无溶剂防腐涂料耐酸性的研究
                         黄　丽,郑华荣
              (北京化工大学材料学院,北京100029)
      摘要:选用低粘度环氧树脂制备无溶剂防腐涂料,通过正交实验取得了耐酸性较好的优化配比。分析结果表明固化剂 是影响涂料耐酸性的主要因素,应用正交设计试验方法缩短了试验时间。
    关键词:环氧树脂;无溶剂;防腐涂料;耐酸性
涂膜对介质的扩散障碍,涂膜与钢铁等基体的粘 附力和对介质的阻隔性对涂层的使用期起着至关重要 的作用。涂膜的腐蚀速率取决于:水通过扩散渗过涂 层及在涂层/基材界面积聚,和介质离子通过扩散和传 导渗过保护层以及最终发生腐蚀反应。涂层主要是通 过阻隔和化学机制对基材起保护作用[1,2]。环氧树脂 类涂料具有附着力强、耐盐雾、耐酸碱、光泽高、固含量 高、丰满度高等优点。因此环氧树脂涂料在防腐领域 得到广泛应用。随着环保要求的提高,环氧涂料向无 溶剂和水性化方向发展。如采用E-51环氧树脂和T- 31固化剂为主要原料,研制出一种新型无溶剂双组分 快固化环氧树脂防腐涂料,具有优异的物理机械性能 和耐化学腐蚀性能;用低分子量环氧树脂制得的环氧 无溶剂长效防腐涂料防腐性能优良;环氧无溶剂涂料 不仅有优良的耐化学腐蚀性能,而且具有防静电性 能[3-5]。因此无溶剂环氧防腐涂料应用前景广阔。本 实验无溶剂防腐涂料应用不同种类固化剂,制作工艺 简便,助剂种类少。
1　实验
1.1　原材料
环氧树脂E-51,无锡树脂厂;固化剂D-230,美国 亨斯迈公司;锌粉,北京益利精细化学品有限公司;云 母氧化铁325目,安徽铜陵坤大矿业发展有限公司;磷 酸锌,天津市光复精细化工研究所;流平剂BYK-330, 德国造。
1.2　无溶剂环氧防腐涂料配方
以环氧树脂E-51为基体树脂,取质量份数10 份;固化剂D-230为与理论用量的百分比;锌粉,磷 酸锌和云母氧气铁防锈颜料质量份数如表1所示, BYK-330流平助剂用量为涂料总质量的0.1%~ 0·5%。采用正交实验L16(45)确定优化涂料配比, 如表1所示。

1.3　涂料制备
根据国标GB 1727-92制备无溶剂环氧防腐涂 料。
1.4　涂料防腐性能测试
根据国标GB 1763—79用20%H2SO4溶液浸泡 按1.3制备的涂料。
2　结果与讨论
正交试验所做涂料耐酸性能如表2所示。
 
2.1　锌粉对涂料耐酸性的影响
锌粉在涂层中起阴极保护作用,当腐蚀介质渗过 涂层到达涂层基体界面时。由于锌的电位比钢铁的电 位低,锌粉和钢铁形成原电池,锌粉为阳极,钢铁为阴 极。因为涂膜中的锌粉的电位低,为阳极,当发生原电 池反应时锌粉先受到腐蚀,而基材钢铁为阴极而受到 保护。锌粉作为牺牲阳极形成的氧化产物对涂膜起到 一种封闭作用,进一步加强了涂膜对基体的保护。 从{dy}列分析出,当锌粉的质量份数取7份时涂 层耐酸性{zh0}。取6份时,锌粉量较少,因此其耐酸性 比取7份时的要差。当锌粉用量达到一定程度时,锌 粉量越多,形成的微观空隙也增加,而此时锌粉已覆盖 住了基体表面,锌粉含量的增加对涂层耐酸性提高不 大。因此当锌粉质量份数取8份和9份时,由于形成 的微观孔隙增加,提高了介质的渗透速率,反而导致涂 层耐酸性下降。
2.2　云母氧化铁对涂料耐酸性的影响
从第二列分析出,当云母氧化铁质量份数取为10 份时,本试验中涂层的耐酸性{zh0}。因为云母氧化铁 厚度仅数微米,直径为数十微米到数百微米以上。当 磷片状的云母氧化铁均匀地分布在涂膜内时,可有效 阻挡外来介质对涂层的渗透,因为云母氧化铁延长了 介质的渗透路径,从而增加介质的渗透时间[6]。因此 云母氧化铁取10份时耐酸{zh0}。
2.3　磷酸锌对涂料耐酸性的影响
从第三列分析出,当磷酸锌质量份数取5份时,涂 层耐酸性{zh0}。
当涂层受介质腐蚀时磷酸锌解离生成磷酸盐离 子,在金属表面与Fe3+形成附着牢固的络合物Fe [Zn3(PO4)3]沉淀层,从而抑制阳极反应(阳极极化), 锌离子与阴极区的OH-反应,生成溶解性很小的氢氧 化锌或碱式锌盐而起阴极极化作用,同时能与漆料中 的羟基、羧基络合,使颜料-漆料-底材之间形成化学结 合从而提高涂层的附着力和抗渗性[7]。当磷酸锌用量 超过一定量时,随着磷酸锌用量增加涂层防腐性能下 降[8]。
2.4　固化剂用量对涂料耐酸性的影响
第四列分析出当固化剂用量为理论用量的95% 时涂层耐酸性{zh0}。当固化剂用量偏少时环氧树脂 固化不xx,而固化剂用量过量时固化剂未xx反 应,这两种情况形成的固化体系的空间结构都不如 环氧树脂和固化剂均xx反应时形成的固化体系的 空间结构致密。固化剂与环氧树脂先按(1)式反应, 生成叔胺后叔胺起催化作用,反应生成的叔胺会催 化醇和环氧基按(2)式反应,因此固化剂用量少于理 论用量[9]。

从环氧树脂红外谱图1中可以看到,环氧树脂未固 化时在915cm-1有尖锐的环氧基的特征吸收峰,固化后 的涂层的红外谱图中环氧基的特征吸收峰消失,因此环 氧基全部参与了固化反应。图1中在3365cm-1处有伯 胺的特征吸收峰,固化后在3365cm-1处伯胺的特征吸 收峰消失,在3360~3310cm-1处也没有仲胺的特征吸 收峰,因此固化剂全部参与固化反应。因此环氧树脂 和固化剂均xx参与固化反应。
如表2所示,固化剂的R值{zd0},因此固化剂是 影响涂层耐酸性能的主要因素。当A,B,C和D分别 取2水平、4水平、1水平和2水平时涂层耐酸性{zh0}, 因此涂料耐酸性较好的优化配比是A2B4C1D2。


3　结论
无溶剂环氧防腐涂料采用正交设计试验方法,获 得了无溶剂环氧防腐涂料耐酸性较好的优优配比 A2B4C1D2,固化剂是影响涂层耐酸性的主要因素。
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