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環氧云鐵防腐涂層的研制,討論了環氧云鐵防腐涂料的組成、配方設計、制備工藝及性能測試
2019年11月16日    閱讀量:8389    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

金屬的腐蝕,是金屬受環境介質的化學或電化學作用而被破壞的現象[1]。據有關資料統計,每年由于腐蝕而造成的經濟損失約占國民經濟生產總值的2%~4%。在造成嚴重經濟損失的同時,腐蝕還耗盡了寶貴的資源和能源中國建材網cnprofit.com


每年由于腐蝕而報廢的金屬設備和材料相當于金屬年產量的10%~40%,其中2/3 可再生,而1/3 的金屬材料因為腐蝕掉無法回收。目前各種金屬的防腐蝕技術中,涂料防腐蝕技術因其施工方便、適應性強等特點應用最廣泛,據日本有關方面的調查表明:涂料防腐蝕投資占各種防腐措施總投資的62.6%[2]。


本文采用環氧樹脂為膠粘劑,以云母氧化鐵(MIO)為主要填料,并添加消泡劑等,制備出環氧云鐵涂料,并采用硅烷偶聯劑處理金屬基體表面,使涂層獲得最佳防腐性能。


1 實驗部分

1.1 涂層的制備

在室溫下,先將二甲苯與醋酸丁酯按適當比例混合,經攪拌配制成混合溶劑。然后再以適當比例將混合溶劑與E-44 雙酚A 型環氧樹脂混合,經加熱攪拌配制成一定粘度的環氧粘稠液(加熱溫度不宜超過60℃)。


同時將一定比例的二甲苯與正丁醇混合,經攪拌配制成混合溶劑,然后將混合溶劑與一定量的低分子650# 聚酰胺混合,經攪拌配制成一定粘度的聚酰胺粘稠液。將環氧粘稠液與固化劑聚酰胺粘稠液混合,并添加以云母氧化鐵為主的混合填料,同時加入適量消泡劑等,配制成環氧云鐵涂料。經攪拌、困料等工序,將所制涂料涂覆于經常規表面處理后的鋼鐵金屬基體表面上。其制備工藝流程如圖1 所示。

環氧云鐵防腐涂層的研制,討論了環氧云鐵防腐涂料的組成、配方設計、制備工藝及性能測試 中國建材網,cnprofit.com

圖1 環氧云鐵涂層的制備工藝流程圖


1.2 涂層配方的確定

為獲得性能最佳的涂層配方,進行了正交實驗。確定涂層最終配方為:E-44 環氧樹脂15%~20%(質量分數,下同)、低分子650# 聚酰胺10%~15%、滑石粉5%~6%、灰色云母氧化鐵50%~55%、磷鐵粉3%~4%。


1.3 硅烷偶聯劑處理金屬基體表面對涂層的影響

將KH-550 偶聯劑、95% 乙醇與一定質量的水配制成2% 的水解液直接涂覆于基材上,干燥后涂覆環氧云鐵防腐涂層,在適當溫度下烘干0.5 h,冷卻至室溫。測試其附著力及防腐蝕性能,結果如表1 所示。

環氧云鐵防腐涂層的研制,討論了環氧云鐵防腐涂料的組成、配方設計、制備工藝及性能測試 中國建材網,cnprofit.com

2 分析與討論

2.1 環氧云鐵涂層的防腐機理

涂層的防腐蝕功能大致可分為兩種:一種是防止涂層外部的腐蝕性物質侵入底材,另一種是依靠防腐粘料和填料起到腐蝕的抑制作用[3]。這兩種功能相輔相承,共同起到防腐蝕作用。有機涂層下金屬的腐蝕主要是由相界面的電化學腐蝕引起的[4],附著力則明顯地影響了陽離子沿金屬/ 涂層相間側面的擴散[5]。


環氧云鐵涂層以環氧樹脂為膠粘劑,環氧樹脂分子結構中所含有的醚鍵(—O—)和羥基(—OH)(也包括環氧樹脂與胺類固化劑固化后所生成的醚鍵和羥基)都是強極性基團,這些基團可以使環氧樹脂分子與基體表面,特別是與金屬表面之間產生很強的附著力。環氧涂層固化后,由于分子中含有穩定的苯環和醚鍵,分子結構較為緊密,對化學介質的穩定性較好;


也沒有酯基,因而耐堿性尤其突出,基本上能長期滿足酸堿腐蝕環境的需要。云母氧化鐵是穩定的α-Fe2O3,在礦物學上叫做云母狀赤鐵礦,是由左右相反、正負對稱的兩個晶體構成的類似六角形的片狀結晶。


云母氧化鐵薄片厚度僅數微米,直徑數10~100 μm 以上,粒度大的保持鋼灰色并顯現金屬光澤,隨著粒度的減小,最后形成紅色,不具有金屬光澤[6]。本文所選用的灰色云母氧化鐵呈鱗片狀,其較為均勻地分布于中間涂層內,能有效阻擋外來介質對涂層的滲透,延長介質的滲透時間,有效地進行物理防銹作用。中間涂層由于片狀填料的作用,表面不光滑,有利于底部涂層和表面涂層的粘接。


2.2 硅烷偶聯劑處理金屬表面對涂層的影響

大量實踐表明,影響涂層壽命的原因主要是[7]:涂料體系選擇不當(占20%)、涂層厚度不足或者不均勻(占20%)、涂層涂裝工藝和質量控制不當(占20%)及金屬基體表面處理差(占40%)。可見,金屬基體表面預處理的重要性。從涂層與基體的結合力看,機械處理和化學處理方法只能用于改善和提高涂層與金屬基體的物理結合力,無法從根本上解決涂層與金屬基體之間結合強度低的缺點。


采用有機硅烷偶聯劑水溶液對金屬表面進行處理[8],金屬基體與有機硅之間以Me—O—Si 共價鍵形成結合,這種共價鍵能夠使金屬基體表面發生鈍化反應,不僅能提高涂層的附著力,還能提高涂層的耐蝕性能[9]。


3 結語

本文采用正交實驗法獲得環氧云鐵涂層的最佳配方,該涂層具有良好的耐腐蝕性能。經過KH-550硅烷偶聯劑處理后的鋼鐵基體表面上涂覆環氧云鐵涂層,涂層的附著力及防腐性能均有所提高。


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