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P/B對水性聚氨酯防腐蝕涂料性能影響研究,以水性聚氨酯為基料, 加入顏填料和助劑合成水性防腐蝕涂料
2019年10月31日    閱讀量:860    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

水性涂料最早應用并成功替代溶劑型涂料是在建筑涂料領域, 隨著環保法規對揮發性有機物( VOC) 的限制越來越嚴格以及新型高性能水性樹脂的出現, 水性涂料也逐漸應用到金屬腐蝕防護領域, 但目前水性金屬防腐蝕涂料的應用效果還不能與溶劑型涂料相媲美 。


將高性能的聚氨酯使用到水性防腐蝕涂料中, 使其具有耐磨、耐油、耐酸堿、耐水及化學藥品和施工范圍廣等多種優異的性能, 是目前綜合性能較好的涂料品種之一。


其中防腐蝕涂料配方中顏填料和基料的質量比( P/ B) 是影響涂料防腐蝕性能的重要參數 , 直接影響涂層的滲透性,目前這方面的研究還較少, 為了合成性能優良的防腐蝕涂料, 就需要確定涂料配方中P/ B 最佳的比例,本實驗通過極化曲線和電化學阻抗測試比較了不同P/ B 樣品的腐蝕性能, 確定了P/ B 最佳的比例中國建材網cnprofit.com

 

1 試驗部分

1. 1 水性聚氨酯防腐蝕涂料

( 1) 涂料的成分 防腐劑: 磷酸鋅、三聚磷酸鋁; 顏料: 鐵紅; 填料: 云母、滑石粉; 成膜助劑: 乙二醇丁醚, 潤濕劑、增稠劑、分散劑等助劑; 樹脂: 水性聚氨酯( 自制) 。

( 2) 涂料的制備 固定助劑在涂料中的質量百分含量, 改變涂料中顏料和填料總含量與樹脂含量的比例( 記為P/ B) 。制備方法是將顏料、填料、助劑混合物放人球磨機里研磨1h, 再分散顏填料0. 5h,然后把顏填料和樹脂的混合物分散1h 制得涂料。

1. 2 極化曲線測試

使用CS300 腐蝕電化學測試系統。

1. 3 電化學阻抗測試(EIS)

試驗材料為50cm x 50cm x 2mm 的不銹鋼板,不銹鋼用丙酮除油后用蒸餾水沖洗, 脫脂棉擦干后涂刷水性聚氨酯涂料, 在室溫下充分干燥, 涂層干膜厚度為60 士 5um。電化學阻抗測試使用CHI660A 電化學測試系統, 采用三電極體系, 工作電極為涂有水性聚氨酯涂料的不銹鋼, 參比電極為飽和甘汞電極( SCE ) , 輔助電極為鉑片, 在3 % NaCl 溶液中測試。測量時正弦波電壓為10mV, 頻率范圍為10- 2~ 105H z。

 

2 結果及討論

2. 1 腐蝕電位

腐蝕電位隨時間的變化是測試涂料腐蝕性能的一種重要方法, 腐蝕反應發生在涂層表面和涂層/ 基層界面。如果涂層結構致密, 金屬和電解質溶液就很難接觸, 涂層需要很長一段時間才會遭破壞, 可以測得腐蝕電位。電位越負, 涂層越易被破壞從而使金屬和電解質溶液接觸發生腐蝕 。

圖1 是在3% NaCl 溶液浸泡后測得樣品腐蝕電位隨時間變化的關系, P/ B= 0. 8 和1. 5 時在浸泡初期電位迅速負移, 以后電位下降變慢, 最后有所升高。分析是由于浸泡初期電解質溶液向深層內部滲透, 水分子和氧透過涂層到達金屬表面, 由于金屬發生鈍化阻礙了腐蝕, 所以電位下降變慢, 并有升高。P/ B= 1 和P/ B= 2 時樣品的腐蝕電位值一直下降,P/ B= 1 的涂層在20 天后, 腐蝕破壞了涂層, 不能測得腐蝕電位。說明P/ B 直接影響涂料的腐蝕性能。

不同P/ B 的樣品腐蝕電位隨時間的變化

P/B對水性聚氨酯防腐蝕涂料性能影響研究,以水性聚氨酯為基料, 加入顏填料和助劑合成水性防腐蝕涂料 中國建材網,cnprofit.com

2. 2 電化學阻抗

電化學阻抗譜( EIS) 可以在很寬的頻率范圍對涂層體系進行測量, 得到涂層電容、微孔電阻以及涂層下基底腐蝕反應電阻等與涂層性能密切相關的信息。同時由于采用小振幅的正弦波擾動信號, 不會使涂層體系在測量過程中發生大的改變, 可以反復測量, EIS 因此成為研究涂層性能與涂層破壞過程的一種主要的電化學方法 。圖2 是研究涂層系統腐蝕性能的交流阻抗等效電路。

3%NaCl 溶液中涂層系統的交流阻抗等效電路圖

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由圖3( d) 可以看出, 在3%NaCl 溶液中P/ B=0. 8 時的阻抗最大, Nyquist 圖一直為單容抗弧, 15天內阻抗弧半徑隨浸泡時間增加而減小, 到20 天后半徑又開始增加, 等效電路圖如圖2( a)  。原因是

浸泡初期腐蝕電解質不斷擴散到涂層中使電阻減小, 隨著電解質的滲入和初期銹蝕的發生, 它開始與鐵銹發生反應, 涂層中水解出來的磷酸根與鐵離子可形成絡合物, 在金屬表面形成致密的表面膜, 阻止金屬腐蝕的進一步擴展。同時腐蝕產物將微孔和微縫堵塞, 增加了電解質再次擴散的阻力, 阻抗就隨浸泡時間的增加而增大, 此組分的涂層封閉性好, 表現了良好的防腐蝕能力。

圖3( b) 為P/ B= 1. 5 時, 浸泡初期的單容抗弧,阻抗弧半徑隨浸泡時間增加而減小, 到15 天時阻抗弧由單容抗弧變為雙容抗弧, 等效電路圖如圖2( b) 。這是由于在浸泡初期, 電解質溶液向涂層滲透, 沒有到達涂層/ 基底界面, 基體金屬沒有腐蝕,阻抗弧只有一個半圓, 浸泡15 天后, 基體金屬已發生了腐蝕反應, 高頻半圓的時間常數和低頻半圓的時間常數相差較大, 所以兩個半圓分開。

圖3( a) 、( c) 分別為P/ B= 1 和2 的情況, 阻抗譜在10 天就出現兩個半圓, 電解質很快進入了涂層/ 基底界面, 當P/ B= 1 時在20 天后低頻區半圓環消失, 說明電解質溶液穿透涂層的阻力已經很小,涂層失去了屏蔽作用。圖3 中( a)、( c) 樣品的腐蝕性能差。

不同P/ B 的樣品在3%NaCl 溶液中的Ny quist 圖

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不同P/ B 的樣品在3%NaCl 溶液中的Ny quist 圖

P/B對水性聚氨酯防腐蝕涂料性能影響研究,以水性聚氨酯為基料, 加入顏填料和助劑合成水性防腐蝕涂料 中國建材網,cnprofit.com

圖4 顯示, 浸泡20 天后, 只有P/ B= 0. 8 時的logZ-log f 關系為直線, 說明電解質溶液還沒有到達涂層/ 基底界面, 體系相當于一個純電容。在H- logf圖中, P/ B= 0. 8 的最大相位角H在較大范圍內接近90b, 說明涂層電阻大電容小。


圖中曲線最大相位角依次移向高頻區, 除P/ B = 0. 8 外其它曲線在低頻區出現一個時間常數, 這是由于電解質溶液滲透到達涂層/ 基底界面, 在界面區建立腐蝕微電池的原因, 其中高頻區時間常數是涂層電容和涂層表面空隙電阻的貢獻, 低頻區的時間常數對應于金屬界面的雙電層電容和金屬界面電荷移動電阻。

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樣品在3%NaCl 溶液中浸泡20 天后的Bo de 圖

2. 3 常規性能

由表1 可見, 隨顏填料減少, 柔韌性、耐沖擊性、細度均逐漸變好, 這是因為當顏填料減少, 聚合物樹脂基料的數量可以包覆涂層中的顏填料顆粒, 涂層為一連續致密的膜的原因。而涂膜的附著力主要和樹脂基料有關, 樹脂附著力好, 涂料的附著力自然也好。

不同P/ B 水性聚氨酯防腐蝕涂料的常規性能

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3 結 論

上述試驗說明顏填料和基料的質量比對涂料腐蝕性能影響很大, 極化曲線和電化學阻抗測試表明,在P/ B= 0. 8 和1. 5 時涂層電阻較大, 防滲透性好,在常規性能比較中, P/ B= 0. 8 時綜合性能較好, 但

固化時間較長, 而且樹脂用量較大, 增加了成本, P/B= 1. 5 時抗沖擊能力較差, 但其它性能良好, 成本也比較低。


P/ B 對水性聚氨酯防腐蝕涂料性能影響研究

萬婷, 朱傳方, 王春艷, 陳濤

( 華中師范大學化學學院, 武漢430079)


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