提高環(huán)氧重防腐涂料耐腐蝕性能的配方設計

• 上一篇：化肥防結塊劑市場(chǎng)需求旺盛
• 下一篇：應用光穩定劑提高粉末涂料耐候性的探討
• 發(fā)布日期：2011-3-14   點(diǎn)擊：3494   

  此文章轉載于慧聰網(wǎng)

      1.引言

    能在較為嚴酷的腐蝕環(huán)境中使用，可保護底材（主要是鋼材）免遭各類(lèi)腐蝕（電化學(xué)腐蝕、化學(xué)介質(zhì)腐蝕、生物污損、大氣老化、機械磨損等），以獲得相對長(cháng)期使用的涂料稱(chēng)為重防腐涂料。換句話(huà)說(shuō)，重防腐涂料是指在嚴酷使用環(huán)境下的保護涂料，而且它能達到相對長(cháng)效的保護目的?；ご髿饧昂Ｑ蟓h(huán)境中，重防腐涂料一般可使用10或15年以上；在一定溫度的酸、堿、鹽和溶劑介質(zhì)的腐蝕條件下，一般能使用5年以上。目前重防腐涂料主要有以下幾個(gè)品種：環(huán)氧防腐涂料、聚氨酯涂料、含氯的防腐涂料、有機氟涂料等。其中，環(huán)氧涂料由于其獨特的性質(zhì)，幾乎應用于所有的防腐領(lǐng)域。目前，如何設計配方來(lái)提高環(huán)氧重防腐涂料的耐腐蝕性能是科研工作者的研究重點(diǎn)。

    2.環(huán)氧重防腐涂料的腐蝕機理

    阻止鋼結構腐蝕的最常用的手段是在其表面涂裝重防腐涂料，形成的耐腐蝕涂層切斷其與腐蝕介質(zhì)的電聯(lián)系。涂層的防腐蝕功能大致可分為2種：一種是防止涂層外部的腐蝕性物質(zhì)侵入底材，另一種是依靠防腐顏料和填料起到抑制腐蝕的作用。這兩種功能相輔相成，共同起到防腐蝕作用。但從分子結構上來(lái)看，即使最致密的耐腐蝕涂層也存在著(zhù)大量的微觀(guān)缺陷，這些缺陷導致的可滲透性使處于腐蝕環(huán)境中的鋼結構表面各點(diǎn)存在電位差異的區域導通，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電位較正的陽(yáng)極區鐵失去電子成為鐵離子，與介質(zhì)中的負離子結合成活性的鐵銹，結構疏松的鐵銹不但不能阻止腐蝕的進(jìn)行，在一定的電位條件下，還會(huì )對腐蝕電池的電極反應產(chǎn)生去極化作用，加速腐蝕速率。由此看出：有機涂層下金屬的腐蝕主要是由相界面的電化學(xué)腐蝕引起的，由于電解質(zhì)對涂層的滲透作用及擴散，造成涂層性能的劣化，涂層失去保護作用，使得水分子、氧氣及其它腐蝕性離子到達涂層-金屬界面后，引起基體金屬的腐蝕。腐蝕的三要素是水、氧和離子。涂層首先吸水以后，才有離子擴散，而且陽(yáng)離子的透入主要經(jīng)過(guò)漆膜中水的通道。

    一般情況下，陰極發(fā)生如下反應：

    O2+2H2O+4e→4OH-

    陽(yáng)極發(fā)生如下反應：

    Fe→Fe2++2e

    陽(yáng)極和陰極反應的結果，導致下列反應產(chǎn)生：

    Fe2++2OH-→Fe（OH）2

    隨著(zhù)水和氧的進(jìn)一步腐蝕，氧化為氧化鐵生成了鐵銹?？偡磻饺缦拢?/p>

    4Fe+2H2O+3O2→2Fe2O3·H2O

    離子透過(guò)漆膜比水和氧要慢得多，環(huán)氧重防腐涂膜所含的羥基離解后使其帶負電，因而會(huì )選擇性地吸收陽(yáng)離子透入漆膜，經(jīng)研究證實(shí)，一般漆膜會(huì )大量吸收陽(yáng)離子（如Na+）透入漆膜，而陰離子（如Cl-）則不易透入。離子透入漆膜后使漆膜起泡、脫落，從而引起腐蝕。

 3.提高環(huán)氧重防腐涂料耐腐蝕的配方設計

    3.1提高環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)密度

    3.1.1加入反應性樹(shù)脂

    在環(huán)氧樹(shù)脂中加入酚醛環(huán)氧樹(shù)脂，這樣就增加了單位質(zhì)量樹(shù)脂中參與反應的環(huán)氧基團的數量，從而提高了涂料體系的交聯(lián)密度，表現出更好的耐化學(xué)品性能。也可以在環(huán)氧涂料中加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸等單體，同時(shí)也要加入自由基聚合的引發(fā)劑，這樣在防腐涂料的涂膜中，就會(huì )有羧基與環(huán)氧基發(fā)生反應，形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò )（IPN）結構，引發(fā)環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)成膜。涂料體系交聯(lián)密度提高后，大大降低了水、氧及其它離子的透過(guò)速率，能有效減緩對底材的腐蝕。

    3.1.2避免使用酯類(lèi)或酮類(lèi)溶劑

    溶劑型涂料中溶劑的作用：①形成一定黏度的溶液，以便于涂料的施工；②控制涂膜的干燥速率，以形成良好的涂膜。在溶劑型環(huán)氧重防腐涂料中，一般所用的固化劑為聚酰胺，若溶劑選用酯類(lèi)或酮類(lèi)溶劑，由于酯類(lèi)或是酮類(lèi)溶劑和胺類(lèi)固化劑存在反應，降低了胺的固化效果，影響了環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)密度。

    3.1.3選用多官能團的環(huán)氧樹(shù)脂

    有試驗表明，選用多官能團的環(huán)氧樹(shù)脂能產(chǎn)生更高的交聯(lián)度。例如：5mol分子的三官能度環(huán)氧樹(shù)脂與5mol分子的多元胺反應時(shí)，能產(chǎn)生有效高交聯(lián)密度網(wǎng)絡(luò )；同樣數目分子的二官能度環(huán)氧樹(shù)脂與同樣數目分子的多元胺反應時(shí)，產(chǎn)生低有效交聯(lián)密度網(wǎng)絡(luò )。見(jiàn)圖1。

    3.2提高環(huán)氧重防腐涂料與基材的濕附著(zhù)力

    環(huán)氧重防腐涂料對底材的附著(zhù)力是其防腐性能的一個(gè)重要因素，附著(zhù)力明顯地影響陽(yáng)離子沿金屬-涂層間側面的擴散。無(wú)論是由于漆膜吸水膨脹、析氫、滲透壓、電滲透、相分離或是其它原因，當漆膜的內應力超過(guò)附著(zhù)力而起泡離開(kāi)金屬表面即喪失了保護作用，開(kāi)始腐蝕。良好的防腐蝕漆膜除了能屏蔽水、氧、離子透過(guò)外，還必須具有并保持高度的附著(zhù)力。環(huán)氧樹(shù)脂具有許多羥基和醚鍵，能與基材相吸引，因而對基材有很好的黏結力，并對一些極性基材有很好的附著(zhù)力。但當漆膜浸入水后，水分子透過(guò)漆膜到達金屬界面。原先的金屬表面活性點(diǎn)與漆膜中的極性基團之間的吸附，由于水分子的介入和置換取代，使附著(zhù)力降低。實(shí)際上漆膜的防腐蝕功效是在濕態(tài)下才發(fā)揮作用，所以高的干態(tài)附著(zhù)力并不能保證漆膜的耐蝕性，漆膜必須有高的濕附著(zhù)力。為了獲得高的濕附著(zhù)力，一般對金屬表面噴射打毛或是磷化處理，或是提高環(huán)氧防腐蝕涂料的成膜溫度，在較高溫度下，漆膜環(huán)境的溫度超過(guò)該高聚物的玻璃化溫度，可使活潑氫充分反應交聯(lián)固化，并使溶劑在反應前已充分逸出漆膜。此外，高溫可使高分子鏈容易旋轉，消除漆膜內應力，并使漆膜的活潑極性基團吸附于金屬的活性點(diǎn)而提高附著(zhù)力。還可以在環(huán)氧重防腐涂料中加入有機硅偶聯(lián)劑、鋁酸鋯添加劑，以及鈦酸酯類(lèi)和鋯酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑。采用有機硅烷偶聯(lián)劑就在于硅烷偶聯(lián)劑和基材表面的化學(xué)鍵的作用來(lái)提高涂層的附著(zhù)力，還能提高涂層的耐蝕性能?；蚴窃诃h(huán)氧重防腐涂料中加入緩蝕劑，其中的耐蝕物質(zhì)可以有效地阻止涂層下金屬腐蝕的發(fā)生和發(fā)展，使附著(zhù)力下降的中間過(guò)程維持相當長(cháng)的時(shí)間，但是加入緩蝕劑的涂層的干附著(zhù)力可能不如未加緩蝕劑的涂層的干附著(zhù)力好。

云清化工開(kāi)發(fā)院感謝您的瀏覽！