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      環保型環氧樹脂防腐涂料的研究進展

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      人氣:-發表時間:2014-12-06 18:05【

      今年來,我國環保意識正在逐漸增強,發展環保型涂料已成為涂料行業的大趨勢。傳統溶劑型涂料中含有大量揮發性有機物(VOC),在生產和使用過程中,這些有機溶劑會揮發進入大氣中,對大氣造成污染,給人類健康帶來危害。低VOC涂料已成為科研工作者們研究的熱點問題,其中發展高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等新型涂料已成為主導。

      金屬材料由于具有優良的機械性能在各行各業中應用廣泛,但其腐蝕會帶來很大的危害和巨大的損失,全世界每年因腐蝕造成的經濟損失達到萬億美元,是火災、地震等自然災害的總和[1],因此研究金屬的防腐方法,控制金屬腐蝕對國民經濟的發展具有重要意義。防止金屬腐蝕最常見的措施之一就是采用涂層來隔絕金屬基體與周圍介質的接觸。隨著各行各業的發展,防腐涂料市場規模已經僅次于建筑涂料位居第二,因此了解防腐涂料的發展狀況以及未來發展方向具有重要意義。

      環氧樹脂是一種具有線性結構的高分子材料,平均每個分子含有2個或2個以上環氧基,主要由雙酚A和環氧氯丙烷合成,其結構中含有的羥基以及環氧基能與酸酐、酚醛樹脂、多異氰酸酯、聚酰胺樹脂等發生反應而得到不同結構、不同性能的環氧樹脂涂料[2]。其結構決定了環氧樹脂具有優異的粘結性、附著性、穩定性、耐化學品性、絕緣性及機械強度等,由其得到的環氧樹脂涂料具有優異的物理機械性能、較強的金屬附著力,同時也具有較好的耐化學藥品性、耐油性和極強的耐堿性,在防腐涂料領域占有重要地位[3],是涂料工業中重要的支柱產品之一。常用的環氧樹脂難溶于水,易溶于有機溶劑,但有機溶劑不僅價格高,而且有毒、易揮發,不符合環保要求。因而環保型環氧樹脂涂料已成為涂料界科研工作者們的研究熱點之一。本文介紹了水性環氧防腐涂料、無溶劑環氧防腐涂料和高固分環氧防腐涂料的現狀以及未來發展方向。

      研究與應用現狀

      1.水性環氧樹脂防腐涂料

      所謂水性環氧樹脂涂料是指通過物理或者化學的方法將環氧樹脂以微粒、液滴或者膠體的形式分散于水相中所形成的穩定分散體系[4]。由于它是以水作為分散介質,避免了因有害易揮發性有機物對環境造成的破壞。除此之外,和傳統的溶劑型涂料相比還具有操作性能好,施工工具可用水直接清洗;對大多基材具有良好的附著力,并可以與水泥或水泥砂漿配合使用;可在室溫和潮濕的環境中固化,使用范圍廣,能與其他水性聚合物體系混合使用,在性能上相互彌補等優點。然而它在應用性能上還存在一些不足,如表干時間長、水的表面張力較高、難以潤濕基材;顏填料易于聚集沉淀;水的導電率高,易使金屬腐蝕;固化不充分等。因此,要使水性環氧樹脂涂料得到更加廣泛的應用,必須解決這些問題。

      早期環氧樹脂產品是通過直接加入乳化劑進行乳化,再通過劇烈的機械攪拌作用,獲得乳液粒子,此方法獲得的粒子粒徑較粗,成膜困難,限制了其廣泛使用;后來發展為水溶性固化乳化油性環氧樹脂,此種方法仍然存在問題即固化劑濃度高,表面固化快,使得漆膜中的樹脂和固化劑分布不均勻,從而影響其性能;最后發展為通過化學改性等方法在固化劑和環氧樹脂上連接非離子型表面活性劑的水性環氧體系,該體系中的環氧樹脂和固化劑兩組分分布均勻,分散比較穩定,可得到均勻的漆膜,同時還具有優異的物理力學性能、電絕緣性能等,從而廣泛用于石油化工、冶金、五金交電、汽車、船舶等領域的防腐[5]。張曉娜[6]等首先采用雙酚A型環氧樹脂與非離子表面活性劑反應,合成了反應型水性環氧乳化劑,再將具有表面活性的分子鏈段引入到環氧樹脂分子鏈中,用相反轉技術制備了水性環氧樹脂乳液,以聚醚型水性環氧樹脂作為固化劑以改善乳液與固化劑的相容性,最終制備出雙組分水性環氧防腐涂料,這種涂料具有優異的機械性能、耐水性、耐鹽水性及耐鹽霧性,施工有效期長達6h。同濟大學[7]采用環氧樹脂乳液和水性環氧樹脂固化劑制得一種新型高性能雙組分涂料,其中采用的環氧樹脂乳液是由環氧樹脂經過由端基分別為環氧基和羥基的聚合物型乳化劑乳化制得,此種乳化劑是由環氧樹脂與具有表面活性的聚醚二元醇在路易斯酸催化劑存在下反應生成,水性環氧固化劑是通過由多乙烯多胺經封端、加成、成鹽工藝改性而獲得。最終得到的新型水性環氧樹脂涂料具有穩定性好、耐磨性強、適用期長、涂膜硬度高等特點。

      近年來,涂料行業很多學者主要在縮短水性環氧涂料施工周期和改善其表面性能方面做出了巨大的努力。劉翰鋒[8]等人選用高環氧值、低黏度改性環氧樹脂作為基料樹脂,以及按一定比例的曼尼斯堿和腰果酚酚醛胺配制而成的固化劑,搭配自制觸變性漿體、多活性端基低黏度聚合物、活性稀釋劑、緩蝕型顏填料及助劑制備了一種雙組分噴涂型無溶劑超厚膜環氧重防腐涂料,這種防腐涂料固含量高、無溶劑揮發、涂層性能優異,完全滿足海港工程相關技術規范的技術要求,施工過程不受試用期和涂裝環境溫度的影響,涂層厚度可達到1000~1500μm,大大地縮短施工周期和提高涂裝效率,滿足防腐工程施工周期短、工程進度快的要求,在重防腐領域具有廣闊的應用前景。

      2.無溶劑型環氧樹脂防腐涂料

      無溶劑環氧樹脂涂料也是環保性涂料之一,它在固化成膜的過程中不向空氣中排放揮發性有機物,其成分最終全部成為涂膜組分,因此也具有較好的施工安全性,不會因溶劑揮發而造成安全隱患,符合環保要求,同時也不會因溶劑揮發而造成漆膜收縮等弊端。無溶劑環氧及其改性涂料的防腐性能好,固含量可高達100%,涂層無針孔、抗滲性能好,不僅消除了人員中毒事故和火災的危險,還可減少設備通風,避免因溶劑揮發造成的資源浪費;無溶劑環氧及其改性涂料是厚涂型涂料,每次涂層厚度可達100μm以上,甚至可達700μm;涂層結合強度高、收縮率小,減少了施工道數[9]。目前國內外研制的無溶劑型環氧防腐涂料主要有兩種:粉末涂料和液態無溶劑環氧涂料,前者是一種以中相對分子質量或高相對分子質量的固體環氧樹脂制成的固態粉末狀涂料,后者是用反應性活性稀釋劑作為溶劑,溶劑在固化過程中不會揮發,而是與環氧樹脂發生固化反應,最終成為了漆膜中的一部分。但是無溶劑環氧樹脂防腐涂料仍然存在一些問題,首先體系黏度大,導致施工適用期和表干時間之間存在矛盾,給施工帶來不便;其次是生產設備投資大,使涂料價格昂貴;最后是它的機械性能不理想以及抗陰極剝離性能達不到要求[9]。這些都限制了無溶劑涂料的廣泛使用,但是針對這些問題,不少研究者做出了很大的努力。

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