无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料的研制

1 引言
石油化工行业中严酷的腐蚀环境对设施、设备的破坏巨大,对性能优异的防腐涂料有着大量而紧迫的需求。本课题研制的无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料选用相对分子质量低的环氧树脂、脂肪胺和多氨基酰胺固化体系,保证了涂膜本身具有良好的防腐蚀性能。采用玻璃鳞片作为重要的防腐材料,使涂膜抗渗透性好,同时减小了涂层内部的收缩应力和膨胀系数。产品具有优异的防腐性能,固体含量在98%以上,VOC 排放量极低,基本无污染,适用于严酷腐蚀环境下设备、设施的防腐。

2 试验部分
2.1 主要原材料
CYD-128 环氧树脂:岳化环氧树脂厂;玻璃鳞片:文安县五阳防腐材料厂;氧化铁红:新乡三星染化厂;沉淀硫酸钡:湖南礼县化工;气相二氧化硅:广州人民化工;消泡剂、流平剂:德国迪高;脂肪胺:UPPC;多氨基酰胺:HUNTSMAN。

2.2 基本配方
基本配方见表1。

2.3 涂料的制备
将CYD-128 环氧树脂、氧化铁红、超细硫酸钡、气相二氧化硅和助剂混合均匀后,研磨至细度小于60μm,加入玻璃鳞片,低速搅拌均匀,作为乙组分;将脂肪胺、多氨基酰胺低速搅拌均匀,作为甲组分。

2.4 性能指标
试验环境按GB/T 9278—1988 进行,试板制备按GB/T 1727—1992 进行,检测涂膜物理性能的干膜厚度为150 μm,检测耐性指标的干膜厚度为300 μm。研制的无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料性能指标见表2。

3 结果与讨论
3.1 环氧树脂的选择
防腐涂料多选择环氧树脂,这是因为环氧树脂具有以下特点:
⑴对金属(钢、铝等)、陶瓷、玻璃、混凝土、木材等极性底材均有优良的附着力;
⑵抗化学品性能优良,耐碱性尤其突出;
⑶环氧树脂所制得的涂膜坚硬,且具有一定的韧性,对湿面也有一定的附着力,同时环氧树脂的相对分子质量不高,有利于配制成无溶剂涂料。
基于上述环氧树脂的特点,通过试验,选择了相对分子质量低的CYD-128 环氧树脂,其固体含量为100%,黏度小,附着力好,耐腐蚀性强,既能满足耐腐蚀的要求,又能满足环保、无污染的要求。

3.2 固化剂的选择
无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料的防腐性能在很大程度上取决于固化剂的选择,交联密度越大,防腐性能就越优异。因是无溶剂体系,要求固化剂黏度较低,使用期较长,形成的涂膜具有优异的附着力、硬度和柔韧性。脂肪族多元胺能在常温固化,固化速率快、黏度低,可用来配制常温固化的无溶剂涂料,但将其单独作为固化剂时,与CYD-128 环氧树脂的反应太快,固化时放热量大,活化期不足1 h ,施工时限短,形成的涂膜较脆,在使用中受到了很大的限制;通过不断试验,发现选用与环氧树脂反应较慢的聚酰胺(多氨基酰胺)树脂与脂肪族多元胺一起作为固化剂时,能将产品的活化期延长到3 h 以上,有效地提高了产品的施工时限。该多氨基酰胺树脂黏度较低,具有极强的附着力(即使在潮湿的混凝土或低表面处理的钢板上),形成的涂膜柔韧性好,且防腐性能优异。所以,选择脂肪族多元胺和多氨基酰胺2 种树脂作为复合固化剂。

3.3 玻璃鳞片的选择
3.3.1 玻璃鳞片片径的选择
玻璃鳞片的片径对涂料的性能有着多方面的影响,具体如下:
⑴玻璃鳞片的片径大,纵横比(片径/片厚)就大,利于鳞片在涂层中的平行排列,对介质渗透的屏蔽作用大;
⑵玻璃鳞片的片径大,鳞片混入涂料后,带入的空气多,气泡增多,降低了涂层的抗渗透性。
用不同片径的玻璃鳞片(用量相同)配制涂料,制成300 μm 厚度涂层,进行耐酸性试验,结果见表3。


从表3 可知,在300 μm 厚度涂膜中,60~80 目的鳞片抗渗透效果最好,20~40 目与100 目的鳞片抗渗透效果稍差,故选择60~80 目的鳞片。

3.3.2 玻璃鳞片的用量
不同鳞片的掺入量对吸水率及渗透性能的影响见表4,对涂层耐磨性的影响见表5。

注:60~80 目玻璃鳞片与环氧树脂测试结果。

注:60~80 目玻璃鳞片与环氧树脂测试结果,Table 磨耗仪500 g配重,1 000 r。
从表4 可以看出,玻璃鳞片用量选择20% ~ 40%比较适宜。从表5 可以看出,玻璃鳞片用量在20%~30%时,涂膜耐磨性能最好,故配方中将玻璃鳞片的用量定在20% ~ 30%。需要补充说明的是,使用玻璃鳞片的同时,辅以其它惰性颜、填料可以填充鳞片间的空隙,加强涂层的致密性,使整个涂层的防腐性得以充分体现。

3.4 助剂的选择
消泡剂的选择对涂膜的性能影响较大,涂膜中残留较多的气泡时严重影响了涂膜的防腐性能,TEGOAirex 900 消泡剂专门针对无溶剂体系,能有效消除厚膜中的气泡,保证涂膜的致密性。流平剂选用TEGO Glide B 1484,它适用于无溶剂体系,有助于脱泡且重涂性好,可得到较好的涂膜外观。

3.5 颜填料的选择
3.5.1 颜料的选择
氧化铁红为惰性颜料,具有很高的化学稳定性,耐碱、耐稀酸,且耐热性高达1 200 ℃,对光的作用很稳定,并能强烈吸收紫外线,因而能够强有力地保护基料,避免被覆盖物受紫外线破坏;同时,氧化铁红还具有耐水、耐溶剂和防锈能力,且价格低廉,因此选用其作为颜料。
3.5.2 填料的选择
选择超细硫酸钡、超细滑石粉、气相二氧化硅作为填料。
⑴超细硫酸钡是一种惰性颜料,化学稳定性高,耐酸、耐碱、耐光、耐热,熔点高达1 580 ℃,吸油量低,具有填充性能好、流平性好、不渗透性好、能增加涂膜硬度和耐磨性的优点;
⑵气相二氧化硅在液体介质中呈现增稠性和触变性,使较厚的涂膜不出现流挂现象,还可防止颜料在涂料中下沉,改善涂料的涂覆性,减轻流挂及发花现象。

4 结语
⑴采用相对分子质量低的环氧树脂和脂肪族胺类、聚酰胺树脂固化体系,加入适量的玻璃鳞片,利用玻璃鳞片优异的抗渗透性能,研制出无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料。
⑵该无溶剂涂料属安全、卫生的环境友好型涂料产品,具有优异的防腐性能,能在恶劣的腐蚀环境下长期保护基材。

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