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阻燃耐磨防腐涂料的研究,利用廢舊聚苯乙烯( PS) 泡沫塑料改性后作為基料
2019年10月31日    閱讀量:510    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1 概 述

全世界每年大約有100~ 150億元的財富因金屬腐蝕而化為灰燼 。煤礦設備大多處在陰暗、潮濕及有煤塵、巖塵等的工作環境中, 金屬設備腐蝕尤為嚴重。為此, 大家都在積極探討研究有效的防腐蝕涂料中國建材網cnprofit.com


隨著家用電器、儀器儀表、工藝品、食品等行業的發展, 聚苯乙烯泡沫塑料作為一次性包裝每年耗用量近百萬噸, 且無法回收, 廢棄后既浪費資源又污染環境, 且易燃, 大量存放對安全造成威脅, 焚燒又污染大氣。


本研究探討了綠色防腐蝕技術研究開發的思路和方法, 從根本上減少或消滅那些對人類健康或環境有害的物質。利用廢舊聚苯乙烯泡沫塑料改性后作為基料, 加入增塑劑、阻燃劑等材料, 可做成透明的阻燃涂料, 且成本低,對金屬及非金屬制品均適用, 對現代家庭及公共場所的裝修既起到保留原始木材紋路等美化要求, 又達到阻燃的目的, 涂于木質品上涂層可阻止或延緩火焰在物體表面燃燒。


對于利用廢舊聚苯乙烯泡沫塑料改性后制成涂料已有報道 , 但制成阻燃涂料還未見報道。該涂料涂層致密、耐磨, 既起到屏蔽作用、鈍化緩蝕作用和電化學保護作用, 又具有阻燃、抗靜電、絕緣、抗紫外線輻射等特點。


該涂料的研制成功, 不僅降低了成本, 而且還減少了環境污染, 克服了一些油漆易燃的缺點, 易于運輸儲存, 符合環保和節能要求。應用于礦用設備的表面

安全防護具有良好的效果。

 

2 實驗部分

2.1 藥品與儀器

三乙醇胺、二甲苯、氫氧化鋁、氫氧化鎂為化學純試劑; 松香、松香水、輕質碳酸鈣為工業級試劑。成套有機合成標準磨口玻璃儀器、攪拌器( JB - 90型) , 檢測涂料性能的整套儀器。

2.2 實驗原料配比

生產改性PS 樹脂的原料配比(質量分數% )見表1。

改性PS樹脂的原料配比

改性PS 樹脂阻燃涂料的配比(質量分數% )見表2。

改性PS樹脂阻燃涂料的配比

阻燃耐磨防腐涂料的研究,利用廢舊聚苯乙烯( PS) 泡沫塑料改性后作為基料 中國建材網,cnprofit.com

2.3 生產工藝過程

2.3.1 改性PS樹脂生產工藝

按原料配比要求生產工藝過程為:

( 1) 將廢舊聚苯乙烯( PS) 泡沫塑料洗凈晾干后略做粉碎, 再將粉碎的松香及PS順序溶解于二甲苯, 得A 組分。

( 2) 將三乙醇胺和增塑劑溶于松香水得B 組分。

( 3) 將B組分加入A組分中充分攪拌30 m in,即得改性PS樹脂。

2.3.2 改性PS樹脂阻燃涂料生產工藝

按原料配比要求生產工藝過程為:

( 1) 將包覆紅磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、輕質碳酸鈣4種粉狀物料充分混合得C組分。

( 2) 邊攪拌邊將C組分加入PS樹脂中, 加完C 后繼續攪拌30m in, 得D組分。

( 3) 將D組分送入砂磨機中研磨至細度不大于40 um, 即得防腐阻燃涂料。

 

3 結果與討論

3.1 廢舊聚苯乙烯( PS) 泡沫塑料的改性

聚苯乙烯是一種熱塑性樹脂, 具有飽和的碳-碳惰性結構, 并帶有苯基, 因此具有良好的化學穩定性能, 耐酸、堿、鹽、油等, 是一種優良的防腐涂料基料。且光澤性好, 無色、無臭、無味而有光澤, 溶于芳香烴、氯代烴、脂肪族酮和酯等, 具有優良的電絕緣性。缺點是耐熱性低、機械強度小、易老化發脆、柔韌性和附著力差, 所以應先對其進行改性。選擇二甲苯及松香水作溶劑, 并用2種增塑劑、松香及三乙醇胺作為復合改性劑改性后合成改性PS樹脂。

3.2 涂膜的防腐機理

涂料合成中加入了一定數量的氫氧化鎂和氫氧化鋁, 涂膜的抗腐蝕機理在于鎂和鋁化合物的電化學保護層的屏蔽作用, 這是非常穩定的抗腐蝕屏障, 加上鋼鐵表面基體與涂膜中的鎂、鋁化合物層的抗蝕性以及鎂、鋁的陰極保護作用, 這些因素綜合起來, 就有力地減慢了涂層的腐蝕速度, 并保證了整個涂層的抗蝕能力不受紫外線照射的影響, 長期曝曬不會起皮, 涂層抗老化性好, 具有優異的耐濕熱、耐鹽霧性能。同時, 涂料固化后快速達到金屬硬度, 且與底層鋼鐵基體會合緊密, 耐磨性好,受沖擊變形可仍附著于鋼鐵面不脫落, 涂層抗沖擊性能優異。

3.3 涂膜的阻燃機理

涂料中加入了包覆紅磷作阻燃劑, 因為紅磷受熱易被氧化生成氧化磷, 在高聚物燃燒時有水生成的環境中, 又迅速轉化為偏磷酸、磷酸和各種聚磷酸。生成的這種混磷酸, 不僅覆蓋在被燃物的表面, 形成隔膜, 產生穩定的液固相覆蓋層, 起著屏蔽環境(空氣) 的作用。而且由于混磷酸在較高溫度下, 對高聚物有強烈的脫水炭化作用, 易在被燃物表面形成穩定的玻璃炭化層, 進一步增強了被燃物的阻燃效果 。聚偏磷酸是一種不揮發的穩定化合物, 有很強的吸水性, 能使聚合物表面炭化。由于炭化層的存在, 對聚合物起封閉作用, 以減少可燃性揮發成分的釋放, 同時還具有吸熱作用, 降低聚合物自身的溫度。因此, 具有優良的阻燃效果。紅磷阻燃劑也是一種有效火焰抑制劑, 在高聚物中燃燒時有氧化磷生成, 可以與火焰區域中氫原子結合, 起到抑制火焰的作用。

這種混磷酸與鋼鐵表面的鐵銹成分:Fe2O3 ? H2O, FeOOH, FeO ? H2 O [ Fe ( OH ) 2 ]及Fe3O4 ? xH2 O 生成螯合物復蓋在金屬表面形成保護膜, 又起到帶銹除銹防腐作用。

3.4 防腐耐磨性能

噴涂在煤礦上應用范圍很廣。井下空氣潮濕,且還含有SO2、H2 S、NO2等腐蝕性氣體, 鋼鐵腐蝕相當嚴重, 該涂料可在空氣濕度大的環境中施工, 且干燥快, 防腐效果好, 一般礦用涂刷防腐漆的方法進行防護, 防護效果不好, 不到1年表面就起泡, 呈片狀脫落, 1年半左右整體銹蝕。采用該涂料噴涂可達到耐磨、防腐效果, 防腐年限可達5年以上。機械設備在運行過程中的磨損是一個重要的問題, 如煤洗選設備的共性問題, 處理煤、水兩項介質腐蝕、磨損, 省煤器的磨損等都較為嚴重。該涂料涂敷在部件表面形成一種防腐抗磨涂層, 通過測試, 涂層式樣固化24 h 后分別放入15% N aOH 溶液、3% HC l溶液及煤油中48 h, 測得涂層拉伸剪切強度分別為10.68MPa、6.72MPa及9.56MPa。

在T iKen (環- 塊) 實驗機30 N 負荷、2.5 m / s線速度條件下測得摩擦因數為0.15 ~ 0.20、耐磨壽命為7 000~ 10 000 m /um。金屬基體與涂層基體結合力較強, 沖蝕、磨損時不易發生黏接失效, 相

對耐磨性較好。測試過程中涂層要均勻, 不能有氣泡出現, 保持涂層均勻平整。


4 改性PS樹脂阻燃涂料性能指標

改性PS樹脂阻燃涂料性能指標見表3。

改性PS樹脂阻燃涂料的性能指標

阻燃耐磨防腐涂料的研究,利用廢舊聚苯乙烯( PS) 泡沫塑料改性后作為基料 中國建材網,cnprofit.com

5 結 論

( 1) 該涂料的研制是廢舊PS 泡沫塑料回收利用的有效途徑, 變廢為寶, 生產成本低廉, 制備工藝簡單, 原料易得, 施工方便, 可采用浸涂、噴涂和刷涂的方法, 對人無害、存貯穩定, 運輸安全,是一種值得推廣的綠色涂料。

( 2) 該涂料干燥快, 理化性能好, 應用范圍廣, 可用于井下、建筑、船舶、橋梁等金屬制品的防腐, 且絕緣、阻燃、抗靜電。對各種木料制品有較好的保護和裝飾作用, 不改變材料的本色, 其防火性能達到國家防火標準, 阻燃、裝飾兼備。

( 3) 耐酸、堿、鹽溶液、耐水、耐油等腐蝕,具有優良的彈性、韌性和膨脹系數小、附著力強、堅硬、耐磨和其它涂料匹配性好等優點。

( 4) 該涂料用于煤洗選設備具有較好的抗腐蝕和耐磨性能。用于省煤器設備采用噴涂工藝, 能夠保證涂層表面均勻、光滑、致密, 在運行中不會產生涂層脫落及省煤器積灰、堵灰現象, 使省煤器部位煙氣速度分布均勻, 有效地防止了煙氣走廊的產生。提高了省煤器的換熱性能, 從根本上防止了省煤器的局部磨損。利用噴涂的方法解決煤礦中的設備表面防腐, 機械零部件的表面強化和易損失效。涂飾方法簡單易行方法有效, 在煤炭行業防腐中應用前景廣闊, 可取得巨大經濟效益。


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