环氧耐温涂料的配方设计及制备

环氧耐温涂料的配方设计及制备
□ 吴永志1,方 倩2,张善贵2,郭常青2,杨 凯2(1.大连船舶重工集团船研所,辽宁大连 116005;2.海洋化工研究院,山东青岛 266071)

0 前 言
传统的环氧树脂存在耐疲劳性、耐热性、耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差的缺点,耐温一般不超过80 ℃,难以应用在高温(无法满足耐温要求高于100 ℃的场合)、高湿度等恶劣环境中。常温固化酚醛环氧树脂是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷合成的线型结构聚合物,结构式见图1。

该树脂比普通环氧树脂含有更多的环氧基(平均每个分子含有2.6~3.9个),可以与脂肪胺或脂肪胺加成物在常温下反应固化形成结构紧密的涂膜,彻底解决了冷拼型酚醛环氧树脂涂料因高温固化而受到的使用限制。该树脂耐热性和耐化学品性高于双酚A型环氧树脂,由于官能度的增加和刚性苯环结构的引入,增加了环氧树脂固化物分子链段的刚性,从而改善了环氧树脂的耐热性,使固化后形成交联密度较高的网状结构,具有高强、耐热等优点。酚醛环氧树脂兼有环氧树脂和酚醛树脂的优良性能,其涂层具有优良的机械性能和化学稳定性,能耐中低温(>100 ℃)以及强酸、强碱和硫酸盐等介质的腐蚀,对无机酸、有机酸、碱、盐、有机溶剂及热水较其他品种有更好的抗性,因此越来越受到科研工作者、生产厂家和施工单位的重视,市场前景广阔。

1 试验部分
1.1 常温固化环氧耐温涂料的配方设计
试验主要从酚醛环氧树脂的选择、固化剂的选择、颜填料的选择以及助剂、溶剂的选择上做了优化配套,设计出可常温固化、性能优良的耐温防腐涂料配方,常温固化环氧耐温涂料的基本配方见表1。

1.2 常温固化环氧耐温涂料的生产工艺
1.2.1 A组分生产工艺
按配方准确称取树脂和溶剂于调漆罐中,高速搅拌使树脂完全溶解成均匀透明的树脂液,然后称取部分树脂液加入颜填料搅拌混合均匀,在三辊机上研磨至细度合格,加入剩余的树脂液搅拌均匀,过滤包装,即得A组分,其生产工艺流程如图2所示。

1.2.2 B组分生产工艺
按配方准确称取固化剂和溶剂于调漆罐中,搅拌均匀,过滤包装即可,其生产工艺流程如图3所示。

1.3 常温固化环氧耐温涂料的性能
研制出的常温固化型环氧耐温涂料常规性能如表2所示,固含量达75%以上,机械性能优良,耐盐雾超过1 000 h,耐高低温循环(低温-45 ℃、20 min,高温80 ℃、20 min为一个循环)12循环不开裂、不脱落。
表2 常温固化型耐温环氧防腐涂料的常规性能

涂料经过两道涂装,常温下完全固化交联。固化后涂膜的耐介质性能如表3所示。
表3 常温固化环氧耐温涂料的耐介质性能

如表3所示该涂料的耐介质性能优异,该涂料可应用于耐温要求高于100 ℃的领域。

2 结果与讨论
2.1 常温固化酚醛环氧树脂的选择
由于环氧耐温涂料需要常温固化,在本试验中选用线型结构的苯酚型酚醛环氧树脂,如汽巴公司生产的EPN1180,陶氏公司生产的DEN431、DEN438,国产的有上海树脂厂、三木集团的F-44和F-51等。上述树脂均属半固体、黏度适中的线型酚醛环氧树脂,官能度约为3.6,与特定的胺固化剂可用作室温固化涂料。
2.2 固化剂的选择
酚醛环氧树脂的固化机理和普通环氧树脂是一样的,固化剂的选择主要是脂肪胺或脂肪胺加成物,此类固化剂毒性小,具有较好的耐化学品性,固化交联后的涂膜有较好的物理机械性能。此外可根据涂料的应用领域和施工环境,选用不同的固化剂品种(见表3)。
表3 不同应用领域中可选用的固化剂类型

2.3 颜填料的选择
耐热涂层由耐热树脂及耐热颜填料组成,耐热颜填料的加入强化了涂膜整体的耐温性。耐高温涂料的颜料以金属氧化物为主,如氧化铁红、云母氧化铁、钛白粉等[6]。此外,还可以选用磷酸锌、锌铬黄、滑石粉、硫酸钡等作为该涂料的颜填料。
2.4 溶剂的选择
溶剂对基体树脂的溶解性、涂膜的附着力、流平性等均具有较大的影响[7]。在溶剂型涂料中,甲苯、二甲苯、环己酮等常作为环氧树脂、酚醛树脂的溶剂,因此本试验在二甲苯、环己酮、正丁醇单一溶液或由它们配成的混合溶液中,选择能溶解酚醛环氧树脂的溶液,制成酚醛环氧树脂的均相溶液。为控制溶剂挥发速度,添加了适量的醇醚类等,以提高稀释剂的沸点,从而形成理想的涂膜。
2.5 助剂的选择
常温固化环氧耐温涂料为高固体分膜厚型涂料,所以对消泡剂、流平剂的性能要求较高。经过试验,我们选用德谦6800、EFKA2723、EFKA2020、BYK-055等作该涂料的消泡剂,德谦466、EFKA3700、EFKA3770等作该涂料的流平剂。润湿分散剂要有一定的防浮色发花能力,试验中选择BYK-P104s、德谦D904S等作该涂料的分散剂。

3 结 语
(1)通过选择合适的酚醛环氧树脂、固化剂、溶剂、颜填料及助剂,制备了常温固化环氧耐温涂料。该涂料耐热油、耐热水、耐化学介质,可以在要求耐温(使用温度在100 ℃以上)的领域应用,其应用前景广阔。
(2)常温固化环氧耐温涂料选用线型结构的酚醛环氧树脂,该树脂与脂肪胺或脂肪胺加成物反应时,只需在常温或暖温条件下进行固化。

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