环氧富锌防腐涂料研究

hhy11

0  引  言   
+ L5 Y" L7 g8 ?. `7 N
, @: `$ C* ^8 M5 k" S3 ?   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。
3 [( S" k! S: H7 h+ }! M3 {
1 试验材料   

（1）防腐环氧富锌涂料材料
/ N, ?0 V& X* c: N) N4 r+ ?
, L. O! y6 R6 p2 s/ Z. f   成膜物质：E-44〈6101〉环氧值： 0.40~0.47

% L6 `2 K  K. W% Z' l   颜料：锌粉、滑石粉

4 G. t$ l* }8 R   助剂：增韧剂（邻苯二甲酸二丁酯）、固化剂（T31）
2 ]( @9 q- S4 N8 v; h' f
: i6 L$ H# T2 R) u; d0 `7 z   溶剂：丙酮    （2）被涂基体材料     长、宽、厚（100×25×3）mm3的A3钢   
; j7 T: L- W; q5 ^- I
) i2 D6 @* G; C& E# b0 y- U$ j（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）
3 R" @* m0 f- _' W! H
- r+ [9 c6 M! z* K  G2  试验参数

. R- f" b' z  x$ ^1 `8 b" R! L% \   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。

http://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211922535.gif

+ O, z  Q4 Y8 _2 S( x% |% H- r3  试验方法   

   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。
, t" G! N5 d( n& ^
  W! q8 b1 |" a9 x4  试验结果与分析

; [4 C2 b  S5 m+ K. J4 X$ W9 g4.1  涂料的性能

9 y5 t0 R  p: v. y   制涂料并对涂料性能进行测试，得到数据见表2。
/ t3 m- v% ?9 z% f
5 U5 D% d/ D% C" Qhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923450.gif

对表2中各组数据表现出的差异，具体分析如下：
$ I! j: |6 d8 ^$ z
7 ]8 G# X% y2 ]4 Y. m  M5 B  （1）E-44、丙酮含量变化对涂料性能的影响

- b$ R8 q$ }& z& l   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。

   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。

   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。
7 P9 F& R: b  ~+ A5 K4 m; v
  （2）锌粉作为颜料对遮盖力的影响
; [4 l7 C) v; A4 R% z
8 B% E1 V9 o7 u6 Z, f" ?3 O8 ]   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。

7 V' e* B3 o0 c. B: N   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。
, i6 i: H; R* B; N) f* X1 c5 l: I8 L
   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。
) h1 n& S5 i7 ]* E, s" c3 X
4.2  涂膜的物理机械性能

   理机械性能是涂膜较重要的性能，测得数据见表3。

http://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923793.gif
6 `. [  O1 P- ?8 [+ X5 V
3 o8 u5 u( M1 h: |/ _, k9 M   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 R& o. b. L  d' }  A& ?   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。
6 Z+ p% W  \% e/ A$ B
0 b. Z4 m' h0 E$ j5 |   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。

; m1 O' R0 a1 J$ i( |5 L: i4.3  涂膜的耐腐蚀性能
* y* S2 |4 R. }3 F' N
9 ^  o- L/ ?% n% `' X9 i   行盐雾试验用于研究涂膜耐腐蚀性能，数据见表4。

% m: z- P" z# G6 }2 J/ O$ p. ?6 Uhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923217.gif

+ g- [( h5 _; W9 p6 d. Q   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。
( \5 b! \, k  b
   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。

  Q" E- z& X9 y8 R1 b6 b- S  （1）锌粉的牺牲阳极保护作用
% j/ {, U6 I% I" S, g8 Q
   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 D4 o" A3 ]) K% Y
/ j  ^# B' U$ v5 z5 t" M: b- ]  （2）富锌底漆对腐蚀介质的屏蔽作用
0 _6 l" U7 J7 v
   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。
$ I5 L7 U: B4 U$ E
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。
) [( n. q% E: g/ C6 X6 h
+ H6 A* C: _% k. n/ Q  F5  结  论

9 o2 l2 \( d0 d! n   （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；
& W$ h& T0 Q+ V3 `
0 k" K; d' U  d& Y   （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；
3 I$ G$ A! O, ~0 N
   （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；

   （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.