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[转帖] 环氧富锌防腐涂料研究

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发表于 2007-6-21 08:35:08 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国浙江湖州

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0  引  言   ( k8 ]/ v( l1 N: c1 ^+ s" N4 Y: g1 o
* G% z2 }) I5 s( _! Q" U$ ~$ O: w  t
   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。
% l! E& A  S4 U! H! @0 c" A7 Q
4 G9 n: a% S" |7 G1 试验材料    * B+ R3 S) [( B

% M# a* _/ B) @6 U, G(1)防腐环氧富锌涂料材料
) D4 R2 H1 q6 f9 E! _3 y* B- ^/ e& y' H. ?3 s  P+ K
   成膜物质:E-44〈6101〉环氧值: 0.40~0.47
; e8 U9 q1 l% O' k1 k% {6 J( A% y! C* _0 ^
   颜料:锌粉、滑石粉
8 }; b( n0 U8 r6 ?6 F! N4 v' s  j) f* ^0 I( m% n8 }2 P; E5 y
   助剂:增韧剂(邻苯二甲酸二丁酯)、固化剂(T31)
: S% Y# t4 y, f+ c$ H/ S8 U) E5 _" _# \# E  C2 j7 C
   溶剂:丙酮    (2)被涂基体材料     长、宽、厚(100×25×3)mm3的A3钢    " I( M0 i' _% e' B4 u2 R
8 \) H3 @, z5 w8 n8 X- H; S
(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)
5 P0 f' C/ o! x( }3 A+ h! }- a: q3 q
2  试验参数
6 R) v  j& h: ?1 i7 |+ S+ F; J" V9 I
   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。9 {) H. F5 z9 D( H+ |. L) D- V
  j: _" @. W& T; O
http://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211922535.gif; y+ `) U2 ^0 u% p

) C! q3 l5 u; g4 w7 @! Z# c3  试验方法    ( V7 X1 \  M5 |; N! g

: d$ b% O; \/ k9 y0 P' X1 y; {   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。 7 O2 Q8 C- S5 f- _0 q' z6 d

; b( f) l3 ~7 q- o6 Y$ t( m$ K3 x3 Q4  试验结果与分析 4 \( {6 `8 X/ w( C8 q% G
. q: t& m5 g1 M$ s
4.1  涂料的性能
0 f- O8 @* H" U2 ?/ G' P7 I/ V% |. I# Q6 t
   制涂料并对涂料性能进行测试,得到数据见表2。2 u0 A' f- o0 ]: |

& V7 S" Z0 U1 n% Y% dhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923450.gif
  z" T- @+ c! u- D7 j+ r
; j0 L4 c7 j% H. @# I 对表2中各组数据表现出的差异,具体分析如下:: V  @2 e7 A& h' Z! J1 C* O1 e

3 m; \% d8 H4 v' L, A  (1)E-44、丙酮含量变化对涂料性能的影响1 v  S' |& O( X5 `3 N" G

2 m$ f) K5 e2 q3 [0 g   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。$ e0 D9 I) Y# A- I" z0 r
9 H( ]" Q1 G6 ?0 z" t' x& s: X6 Y
   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。0 \  C  {  X/ r6 o( Y7 R- N
0 m* [! a) N: H& |* f  |5 V& h
   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。
; a! @6 o( G+ Y1 }9 H$ |4 D0 x7 V$ I+ l3 b9 J) |: H: \
  (2)锌粉作为颜料对遮盖力的影响
" W) e9 o+ U8 \  P. H9 @9 }$ t# s7 b8 I2 N4 r
   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。
- F- u- A, l: ^
* s0 `( z+ z! f. \( a% R9 R: E( U   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。
* F' j/ P4 v! S' ?
# K, B$ j( p) y! e   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。1 t* {- x0 P6 ?7 V: l& Z
1 W  C  R; c* v+ x
4.2  涂膜的物理机械性能
( ]" F! a6 s" F2 o5 I; q
" x, W& @* ?; {7 ~   理机械性能是涂膜较重要的性能,测得数据见表3。/ }: G7 p$ Q+ f  H" Q( f7 l

) f& I, J4 {$ }$ }0 Dhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923793.gif
& d4 Q9 f' Z  W3 ^
* U0 Y+ h) \/ _+ c1 n% t# {   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:
& \6 B8 z  ~1 _2 w; f: f3 V) A( {2 X7 B1 `
   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。; K5 j, Y$ i' _& M& ^! t) W% L% @
8 {! l8 v: }; v) D, W5 J
   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。 ' [& L1 D7 r" t6 \: O) s) y

% X5 A, s7 F. q- d; q0 R+ g: Y4.3  涂膜的耐腐蚀性能 6 S% y% z# _$ X; g# {- W* R# ~
2 z3 ]! O! r& M0 k9 x
   行盐雾试验用于研究涂膜耐腐蚀性能,数据见表4。2 J- z- l! z1 x5 g- N/ y' V; r. G  T

8 u$ Z% `! n" Zhttp://chem-online.net/gyhx/UploadFiles_9391/200701/20071211923217.gif
! U$ }: W& v5 k3 a( i9 y
. b: L1 F, _1 Y- {3 O2 F, R! D   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。' L, x2 ~% R% T$ L* s% {* D0 k, e
# q! }7 w( G+ z% m+ R
   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。+ |2 X* Q- t3 I$ u& e6 ~( [

- h! ^9 _4 \! g  (1)锌粉的牺牲阳极保护作用
! b+ r& r0 P2 g7 d
3 ]0 r6 z( K. g   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。
4 O5 R% A$ E0 j% k/ }3 g  u
  I: a0 E& W# n2 `7 q) `" B' w, K  (2)富锌底漆对腐蚀介质的屏蔽作用 0 Y. U6 b6 |2 B
' J9 N, W% w* E- C5 T7 k1 [, r; B2 d
   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。4 R, I# ]7 R1 H6 K
0 [0 b) S: n' I
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。; y) K0 B/ x- r! i" i( P

; B! J" o$ Q4 Q' z, m( M- l% f5  结  论
7 d) F2 ]- f% J9 o: n! x  k8 ]; l! \  p# a, B" q' P$ ^
   (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;0 \* F: k- o8 w

; R$ e: r, Y9 [0 I. W: x( R   (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;9 _# O5 {1 r5 \
. N/ R: t. L: `5 X/ r3 ~, \
   (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;7 l; ~! `' z( O9 x, j* R: P
2 [' A) l) R- e) `" m4 N3 ^2 p1 y' q
   (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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