能在嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下應(yīng)用并具有長(zhǎng)效使用壽命的涂料稱為重防腐涂料(Heavy - Duty Coating) 。在化工大氣及海洋環(huán)境中,重防腐涂料一般可使用10 或15 年以上;在酸、堿、鹽和溶劑介質(zhì)中并在一定溫度的腐蝕條件下,一般應(yīng)能使用5 年以上。重防腐涂料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,如海上石油鉆井平臺(tái)、橋梁、船舶、集裝箱、油罐,油管、輸變電設(shè)備、核電設(shè)備的防腐以及石油化工廠的管道、貯槽和大型礦山冶煉設(shè)備等。目前,在重防腐涂料領(lǐng)域所用的防腐涂料主要有以下三個(gè)品種:環(huán)氧防腐涂料、聚氨酯涂料、含氯的防腐涂料等。本文主要討論環(huán)氧防腐涂料的配方設(shè)計(jì)及改性的方法。

一、環(huán)氧防腐蝕涂料的配方設(shè)計(jì)

環(huán)氧樹脂是目前應(yīng)用數(shù)量最多、范圍最廣的重防腐涂料用樹脂,以環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料稱為環(huán)氧涂料,其中大部分用于防腐領(lǐng)域。環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是大分子鏈上含有環(huán)氧基。由于所采用的原料、生成環(huán)氧基的方法以及應(yīng)用的目的等不同,所得到的環(huán)氧樹脂的種類也不同。其中最主要的品種是雙酚A 型環(huán)氧樹脂( E 型) ,環(huán)氧防腐涂料所用的環(huán)氧樹脂主要也是這一類。其次,酚醛環(huán)氧樹脂(F 型) 以及新發(fā)展的雙酚F 型環(huán)氧樹脂也是耐蝕環(huán)氧涂料的重要原料。在對(duì)環(huán)氧涂料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí),環(huán)氧樹脂種類的選擇是非常重要的,它影響環(huán)氧樹脂膜的性能,然后再對(duì)環(huán)氧樹脂固化劑、溶劑、顏填料和助劑等組分進(jìn)行研究。

1、環(huán)氧樹脂種類的選擇

在對(duì)環(huán)氧樹脂的種類進(jìn)行選擇時(shí),首先應(yīng)考慮環(huán)氧樹脂膜的耐化學(xué)藥品性。表1 列出了環(huán)氧樹脂膜內(nèi)化學(xué)鍵對(duì)耐化學(xué)藥品性的影響(以聚酰胺為固化劑,胺當(dāng)量與環(huán)氧當(dāng)量之比為0.5∶1 ,在30～35 ℃下充分交聯(lián)固化制得環(huán)氧樹脂膜注膜均為90d) 。

注: (1) HW - 28 是環(huán)氧- 有機(jī)硅樹脂; (2) 711 # 是酯型環(huán)氧樹脂。

2、環(huán)氧樹脂固化劑的選擇

環(huán)氧樹脂固化劑的種類很多,主要有胺類、酸酐類、咪唑及有機(jī)金屬化合物等。由于重防腐涂料施工面積大,大多為現(xiàn)場(chǎng)施工,因此多采用室溫和低溫固化劑,即主要為胺類固化劑。脂肪族胺類固化劑由于毒性較大且受溫度和潮濕條件的限制較大,給操作帶來(lái)不便,因此很少使用。而芳香族胺類固化劑由于大部分是固體,與樹脂混合不便。環(huán)氧防腐涂料中經(jīng)常使用的是酰胺類固化劑,其固化過(guò)程系

通過(guò)聚酰胺末端的伯、仲胺上的氫與環(huán)氧基反應(yīng)。由于聚酰胺固化劑對(duì)用量要求不嚴(yán)格,因此可根據(jù)需要通過(guò)聚酰胺的用量來(lái)調(diào)節(jié)韌性。

3、顏、填料的選擇

根據(jù)涂料的應(yīng)用要求選擇顏填料。對(duì)防酸堿介質(zhì)條件,可采用氧化鐵紅和沉淀硫酸鋇等顏填料;對(duì)于耐光和熱介質(zhì)條件,可采用氧化鋅和云母氧化鐵等顏填料;為增強(qiáng)涂膜的耐化學(xué)藥品性和提高物理機(jī)械性,采用云母和滑石粉等填料。在環(huán)氧涂料配方設(shè)計(jì)時(shí),充分利用各種顏填料的特性,可制成性能各異的環(huán)氧涂料品種。另外,涂料和涂膜的許多性能隨顏填料體積濃度(PVC) 的變化而發(fā)生變化。當(dāng)PVC較小時(shí)涂膜內(nèi)顏填料粒子間距離較大,不會(huì)使整個(gè)涂膜形成毛細(xì)管,則涂料防介質(zhì)滲透能力較強(qiáng);而當(dāng)配方中的PVC 大于顏填料的臨界體積濃度(CPVC) 時(shí),則涂膜中的基料數(shù)量不足以包圍和潤(rùn)濕

所有的顏填料,因此必有部分顏填料在涂膜中較疏松地存在,使涂膜的物理性能變壞。在設(shè)計(jì)涂料配方時(shí),PVC 一定要小于CPVC。

4、溶劑的選擇

在溶劑性涂料里溶劑的作用是形成一定粘度的溶液,以便于涂料的施工;二是控制涂料膜干速度,以形成良好的涂膜。環(huán)氧涂料中常用的溶劑和稀釋劑有芳烴類、醇類、酮類、酯類和醇醚類等。制備涂料時(shí),一般用混合溶劑,主要由二甲苯與一定量的極性溶劑(醇、酮、酯、醇醚等) 。近年來(lái),為控制溶劑對(duì)大氣的污染,各國(guó)對(duì)涂料中的揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)提出了限制,在這種情況下,出現(xiàn)了厚漿型、高固體分、無(wú)溶劑涂料和水性涂料的許多新品種,這是今后涂料的發(fā)展方向。

二、環(huán)氧涂料的改性研究

環(huán)氧涂料雖然是防腐涂料的一大類品種,但環(huán)氧樹脂用于重防腐涂料的局限有兩點(diǎn):一是環(huán)氧樹脂的耐候性差,易粉化,不宜加工成防腐涂料面漆;二是環(huán)氧樹脂在較高溫度下承受較強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的能力較差。這樣就需要對(duì)環(huán)氧涂料進(jìn)行改性。

1、用丙烯酸對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性

在環(huán)氧樹脂分子鏈上引入不飽和鍵,這種涂料可以用紫外光進(jìn)行固化。丙烯酸改性環(huán)氧樹脂是用丙烯酸中的羧基與環(huán)氧基反應(yīng),從而在環(huán)氧樹脂分子中引入了雙鍵。

2、用聚氨酯對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性

2.1 將環(huán)氧樹脂溶液與異氰酸酯組分配合,直接進(jìn)行涂刷。這種改性方法是利用環(huán)氧樹脂的仲羥基與異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng),而環(huán)氧基沒(méi)有參加反應(yīng)。

2.2 將環(huán)氧樹脂先與醇胺或胺反應(yīng),使環(huán)氧基開環(huán)生成羥基,然后再與異氰酸酯反應(yīng)成膜。該涂料可配置成清漆、面漆、底漆使用。其防腐性能較好。

2.2.1 利用酸性樹脂的羥基與環(huán)氧樹脂反應(yīng),打開環(huán)氧基而生成羥基,再與異氰酸酯組分反應(yīng)成膜。

2.3 利用聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高涂膜的性能。

在環(huán)氧涂料中加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸等單體,同時(shí)也要加入自由基聚合的引發(fā)劑,這樣在防腐涂料的涂膜中,就含有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸網(wǎng)絡(luò),丙烯酸的羧基與環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng),引發(fā)環(huán)氧樹脂交聯(lián)成膜。這些高分子網(wǎng)絡(luò)在分子水平上進(jìn)行互穿,形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)( IPN) 結(jié)構(gòu),并且產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使涂膜具有更好的性能。

三、結(jié)論

環(huán)氧防腐涂料的配方設(shè)計(jì)中,環(huán)氧樹脂及固化劑的選擇、顏填料的選擇是非常重要的。為了提高環(huán)氧樹脂膜的性能,可用聚氨酯、丙烯酸等對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性,或利用聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高涂膜的性能。

四、夢(mèng)能科技

夢(mèng)能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計(jì)、涂裝施工為一體的科技公司，夢(mèng)能科技專長(zhǎng)于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢(mèng)能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計(jì)階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當(dāng)中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。