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0 引 言
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0 Q& \: j0 K' Q! n u 煤矿环境特点是阴暗、潮湿,还有煤尘、岩尘各种有害气体,井下设备腐蚀很快,采用防腐涂料进行防腐施工是防止井下设备腐蚀的重要手段之一。以环氧树脂为成膜物质的富锌底漆为防锈和防腐蚀涂料中的一种,因其锌粉对钢铁的电化学保护作用,富锌底漆又称电化学防锈漆,它是有机富锌底漆。富锌助剂的种类、用量不同条件下,最佳锌粉含量有待深入研究,为此本文通过改变涂膜中锌粉的含量,配制成五种富锌底漆,测量相应的涂料性能、涂膜物理机械性能及涂膜的耐腐蚀性能,并找出最佳的涂料配方。$ a. k9 \- j, Z
% x( K& L* i2 n3 L1 试验材料 1 x! r( P% O" F) k* _) _4 H
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(1)防腐环氧富锌涂料材料
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1 |* r9 F) I+ Z. a% @/ E) j- X; e1 O 成膜物质:E-44〈6101〉环氧值: 0.40~0.47 4 _6 I4 F- J/ w# f8 c
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颜料:锌粉、滑石粉
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/ B4 U+ v6 Y7 ~1 N 助剂:增韧剂(邻苯二甲酸二丁酯)、固化剂(T31)
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/ R1 T& {7 [+ v- s& X 溶剂:丙酮 (2)被涂基体材料 长、宽、厚(100×25×3)mm3的A3钢 * b1 ?1 ]$ H1 `3 ]8 e
+ W& ^; w8 P2 _2 ?' W(3)辅助材料 脱漆剂(二氯甲烷)、脱脂剂(丙酮)、酸洗液(500 ml、20%的硫酸+5g硫脲) . C5 z/ g9 D6 D' y
) K$ Q) k8 V# F! y2 试验参数
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的含量,使其在涂膜中的含量分别占到70%、80%、85%、90%、95%,引起E-44、丙酮含量的变化,得到五种不同配方的涂料见表1。
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3 试验方法 , b/ l+ ?: @4 \
3 t2 Y& c- ]: t! A 流平性试验检测涂料的性能;通过遮盖力测试测量表干时间、实干时间;通过附着力试验、柔韧性试验、膜厚、耐磨性试验测量涂膜物理机械性能,通过盐雾试验测量涂膜耐腐蚀性能。上述试验分别按GB1750-79、GB1726-79等标准测定法进行。
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+ T* |1 ]% ]6 M a9 T! H' |" F$ C4 试验结果与分析 / ]9 W2 w6 _0 F7 M8 ^ O
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4.1 涂料的性能+ j- s* O% A$ E" w
% b2 U/ G# M6 m `9 N' r S' k 制涂料并对涂料性能进行测试,得到数据见表2。
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对表2中各组数据表现出的差异,具体分析如下:8 K3 Q# u {& s! M2 z/ q
. b" @. u% s+ b4 X" c (1)E-44、丙酮含量变化对涂料性能的影响
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. j0 n' \8 u. y 流平性的影响因素主要是涂料本身的粘度,涂料的粘度取决于成膜物质与溶剂互溶成溶液的粘度。本次试验的五种配方选用的是同一种成膜物质和溶剂:E44、丙酮。因此,它们含量的变化对流平性的影响起着决定性的作用。配方5中,流平性能不合格,原因是丙酮和E44的含量最小(见表1),锌粉的含量特别多,导致涂料粘稠,流平性不合格。流平性评定的范围较宽,使配方1-4的流平性没有起更大的变化,因此,它们的流平性均合格,表现稳定。( R1 N( p7 c. W# a2 C- T
2 K* R# {3 g( R2 a8 r( P 表干时间由丙酮的含量决定的。丙酮作为一种溶剂,是一种沸点低,挥发速率快的物质。从配方1中丙酮含量41.86%降到配方5中丙酮含量7.75%,表干时间由20 min降到90 s。由此得出结论:丙酮的含量越少,涂料的表干时间就越短。
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5 `. X; O& a' g6 I 实干时间不但受E-44、丙酮含量的影响,而且受到固化剂T31的影响。E-44含量由原来的13.95%下降到2.58%,下降了5.4倍。丙酮的含量也下降了5.4倍。这一趋势就决定了实干时间相应地缩短。从表2中可以看到,E-44、丙酮含量变化,会引起实干时间相应发生变化。T31作为一种固化剂在涂料中起到加快涂料干燥的作用,其含量由原来的2.62%下降到0.65%,只下降了4.1倍。对于成膜物质E-44而言,T31的含量增加了,这就加速了E-44的固化,大大促进了实干时间的缩短。* S0 X* N( a. a* ] U, F2 X: \7 c4 t
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(2)锌粉作为颜料对遮盖力的影响4 d( m; A/ s9 F& e3 u- s
" o& B0 W/ R3 h! V" p) h 遮盖力的光学本质是颜料和存在其周围的介质的折射之差造成的。当颜料的折射率和基料的折射率相等,则涂料是透明的;当颜料的折射率大于基体的折射率时,就会出现遮盖力。两者的差值越大,则表现的遮盖力就越强。& ?; b4 a" j; p" }6 W+ v5 U- r# S. `
, {! Y# Z- g4 s+ o& a 锌粉的折射率是2.02,环氧树脂的折射率是1.55,它们之间的差值是0.47,差值很大,因此以环氧树脂为成膜物质,以锌粉为颜料的富锌底漆具有很强的遮盖能力。表2所列配方遮盖力呈单调递减规律,这是由于配方1到配方5中,锌粉含量也呈递减的规律。涂料中含锌量的提高会使其遮盖力提高。/ I( \6 t3 X6 w% S% ]! B. |
; V9 ~6 B+ n0 O( ~0 ? 滑石粉作为体质颜料,是一种低遮盖力物质,少量加入会使一些锌粉粒子被空气包围,不被漆基润湿,反而提高了颜料的遮盖能力,并且增加涂层“质”感。
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$ Y8 U9 s* c$ Y' W0 D 4.2 涂膜的物理机械性能
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% `$ @4 A" z1 t6 v 理机械性能是涂膜较重要的性能,测得数据见表3。
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由表可知,配方1各项物理机械性能比其它配方好,配方2-4物理机械性能差异不大,性能比较好,而配方5各项性能陡然下降,与其它各组涂料涂膜的性能相差太大,数值上不呈现规律性变化,分析原因如下:2 Y" c: A7 E) x
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E-44分子量较大,分子链长,分子链段多,柔顺性很强;E-44分子中极性部分多,使分子链相互缠结在一起,内摩擦大,不易活动,分子链间极性作用力大,致使链的刚性增大。因此,E-44本身就兼有柔顺性和刚性的双重特点。E-44作为五种配方配制的五种涂料的成膜物质,它本身的性质就决定了涂膜的性质,它含量的变化必然引起涂膜性能相应的变化。从配方1到配方5,E-44占干膜重量由24%下降2.8%,涂膜的物理机械性能也相应下降,见表3,柔韧性大体上呈现逐渐变差的规律。同样附着力、硬度、耐磨性也呈现这种规律。由此可以得出结论:环氧树脂含量降低会使涂膜的物理机械性能降低。从数据中可以看到这种规律:四种性能有着相互联系的规律,任何一种性能的好坏,对应着其它三种性能的好坏,这是因为E-44作为涂膜的成膜物质,本身的性质决定了物理机械性能。
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6 p8 v' X+ P: @' a4 ~+ l 配方5中各种性能陡然降低,没有呈现物理机械性能随环氧树脂E-44含量降低而逐渐降低的规律,这是由于成膜物质E-44含量低,加入颜料锌粉的量太大,造成颜料的使用量超过临界颜料体积浓度(cpvc),E-44不能均匀弥散地分布在涂膜中,把锌粉牢固附着在被涂试样表面,也就是不能完全成膜,造成涂膜的物理机械性能显著下降。
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6 X3 P% T0 i3 C* m$ A* X) J4.3 涂膜的耐腐蚀性能 ) |( P, h6 O" R. k, o( q2 q
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行盐雾试验用于研究涂膜耐腐蚀性能,数据见表4。, R4 A# D: R' X: N1 O1 y" Z
. [1 l! k+ s: J! J2 Mhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923217.gif( X+ G- A- U' R7 ]
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涂膜的耐腐蚀性能是环氧富锌底漆最重要的性能,也是评定环氧富锌底漆的主要依据。表4数据中列出配方4各项性能均高于其它配方涂膜的性能,这就是由于锌粉的含量与涂膜性质共同决定的。: S# C7 z9 w# S5 B
8 B6 E) x7 K& u6 G 涂料涂膜含锌量对耐腐蚀性能有影响,下面讨论锌粉的作用。' i) u% Y' `- r) x
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(1)锌粉的牺牲阳极保护作用
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环氧富锌底漆属于阳极性涂层,锌比铁在同样介质中的电位值负,更易被氧化,因此,锌涂层在保护钢铁时为阳极。盐雾试验中,在3%Nacl蒸汽中,锌涂层优先溶解,释放出的电流使金属结构阴极极化到保护电位而实现保护。这样,锌涂层达到保护金属的目的。9 M6 F# N+ l. L$ |
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(2)富锌底漆对腐蚀介质的屏蔽作用
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* ]" y2 W2 m& d# r- B0 T 富锌底漆将试样全部涂覆干燥后,在试样的表面会形成一层坚固致密的连续性涂层,在涂层没有破裂的情况下,涂层能阻挡住腐蚀介质的渗透,保护试样在一个相当长的时间内避免与腐蚀介质接触,起到“屏蔽”作用。
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配方1到配方4,涂膜中含锌量的变化引起了涂膜耐腐蚀性能的变化,含锌量升高,涂膜耐腐蚀性能提高。配方5中锌粉占干膜含量95%,高于配方4,其涂膜起泡时间、剥落时间、锈蚀时间均低于配方4的各项的时间。配方5的含锌量最高,耐腐蚀性能没有相应地达到最高,这是因为配方5的物理机械性能十分差,锌粉易脱落,不能充分保护基体,因此,涂膜耐蚀性能变差。
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5 结 论/ H" r1 f; O1 C: e) w; M& Y
% y; q5 ?% h4 q% p% a! d (1)涂料中E-44、丙酮含量减少,表干时间、实干时间变短,流平性降低,含锌量升高,遮盖力提高,含锌量74.38%的涂料性能最佳;
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: J0 m0 G5 z) l6 T (2)环氧树脂含量升高,涂膜的物理机械性能升高。锌粉含量40.70%的涂料形成涂膜的物理机械性能最好,锌粉含量74.38%的涂料形成涂膜的物理机械性能较好;; G0 e3 V. i; p7 R% n
' X) A$ w9 q5 ^. s* F (3)涂膜耐腐蚀性能是评定环氧防腐富锌涂料性能的主要依据,涂膜耐腐蚀性随着含锌量提高而升高,但含锌量87.64%的涂料形成的涂膜物理机械性能差,导致其耐腐蚀性能下降。含锌量74.38%的涂料形成的涂膜耐腐蚀性能最好;
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(4) 含锌量74.38%的涂料及其涂膜整体综合性能最高,此配方的涂料为最佳涂料. |
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