濕固化聚氨酯帶銹防銹漆涂裝的研制

1、    濕固化聚氨酯帶銹防銹漆涂裝的研制                         更新時間：2008-04-10 08:51:19               &

2、#160;             0、前言表面除銹是金屬設備涂裝的重要環(huán)節(jié)。鋼鐵表面經過處理除銹后很容易返銹，尤其是大型的設備工程，如船舶、橋梁、海上采油設施、重型設備等，由于受施工條件的限制，不能采用噴砂或噴丸等方法除銹，只能用手工或電動工具除銹，不但勞動強度大，生產效率低，施工費用高，銹塵嚴重危害人體健康，而且很難做到徹底除銹。帶銹涂料是一種可直接涂刷于殘余銹蝕鋼鐵表面的新型涂料。這種涂料能使殘銹穩(wěn)定鈍化或轉化，將活潑的鐵銹轉變成穩(wěn)定無害的物質，從而達到既除銹又保護基體

3、的雙重目的。在全面分析目前帶銹涂料的技術現狀、品種及性能的基礎上，查閱了大量的國內外文獻資料，研制出濕固化聚氨酯帶銹防銹漆。它滲透力強，在銹層轉化前已包覆鐵銹，使涂層牢固地附著于基體，同時，活性顏料在漆膜固化后緩慢發(fā)揮作用，使殘銹穩(wěn)定、鈍化，是一種比較理想的帶銹防銹漆。1、實驗部分1.1 原材料E-12環(huán)氧樹脂、己二酸、乙二醇、苯酐、三羥甲基丙烷、KH-560硅烷偶聯(lián)劑、丁酮、醋酸乙酯、磷酸鋅、鉻酸鋇、氧化鋅、氧化鐵紅，均為工業(yè)級；甲苯二異氰酸酯、H3PO4(85%)、二甲苯，均為試劑級。1.2 濕固化聚氨酯樹脂的合成1.2.1 參考配方(見表1)表1 濕固化聚氨酯樹脂參考配方原材料規(guī)格質量分

4、數/%E-12環(huán)氧樹脂工業(yè)級20-28己二酸工業(yè)級15-20乙二醇工業(yè)級3-10苯酐工業(yè)級1-10三羥甲基丙烷工業(yè)級10-15甲苯二異氰酸酯試劑級30-40二甲苯工業(yè)級適量丁酮工業(yè)級25醋酸乙酯工業(yè)級251.2.2 合成工藝(1)聚酯樹脂的合成：在裝有攪拌器、回流冷凝器、分水器、溫度計的四口瓶中，將己二酸、苯酐、乙二醇、三羥甲基丙烷、二甲苯溶劑等投料。并動攪拌、通入N2，升溫到150，再以10/h的速度緩慢升溫至210，保持至酸值5以下。冷卻至100，加入丁酮、醋酸乙酯，攪拌冷卻，過濾貯存。(2)聚氨酯樹脂的合成：將環(huán)氧樹脂和混合溶劑(二甲苯、丁酮、醋酸乙酯)投入反應瓶中，開動攪拌，溶解后，加

5、入聚酯樹脂，H3PO4(85%)適量，升溫至120以上，共沸脫水，完成后，冷卻至40，加入甲苯二異氰酸酯，攪拌1 h后，緩慢升溫至90，保溫3 h。然后冷卻至40，加入KH-560硅烷偶聯(lián)劑，攪拌，出料。1.3 制備及性能1.3.1 制漆(1)將各種顏料按配方量預分散于含除水劑(單官能團異氰酸酯)的濕固化聚氨酯樹脂中，高速攪拌，保持15-30 min，使顏料水分脫除。(2)將漆料通過砂磨充分分散，研磨到一定的細度(粒徑50 m)，加入助劑、溶劑等，攪拌均勻，過濾后包裝。1.3.2 性能指標(見表2)表2 濕固化聚氨酯帶銹防銹漆的性能指標項目性能指標檢測方法外觀鐵紅色GB1729-79固含量/%

6、50GB1725-79細度50GB1724-79干燥時間/h表干1實干10-15漆膜柔韌性/mm1GB1731-79膜附著力/級1GB1720-89硬度(邵氏)GB1730-79沖擊強度/(N·cm)500GB1732-93耐鹽水性/h200GB1763-892、結果與討論2.1 成膜物質的選擇鋼鐵表面在空氣中極易受腐蝕介質(空氣、水分等)作用生銹，并不斷由低價的鐵變?yōu)榉€(wěn)定的高價鐵化合物，鐵銹的生成和老化是持續(xù)進行的。銹層的結構大致分為三層：面層浮銹Fe2O3，中層粒銹FeO?nH2O，底銹FeO?nH2OFe(OH)3。上層的銹蝕較疏松，底層的銹蝕較緊密，整個銹層呈現出一個疏松多孔

7、的含水層結構。銹層的特點與除銹后的鋼鐵表面性質截然不同，因此，帶銹涂料除了必須具備一般防銹涂料的性能之外，還必須具備兩個特殊條件：一是帶銹涂料對銹層必須有足夠的滲透能力，即能充分浸潤、滲透整個疏松的銹層，使銹層粘結成為連續(xù)的封閉性涂層，以封閉整個銹層和鋼鐵表面；二是帶銹涂料對銹層必須有足夠的反應性，能使銹層中的有害鐵化合物經過鈍化或轉化，變成穩(wěn)定的無害的填料。試驗采用由環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂和甲苯二異氰酸酯合成的濕固化聚氨酯樹脂為基本成膜物質，它具有低黏度、強滲透性、可潤濕、封閉銹蝕，并且能固化成膜。漆中的異氰酸酯預聚物含有活性的NCO基團，它不但和空氣中的水分反應，而且能夠滲透到銹層深處的微小孔

8、洞里，與銹蝕中的水分發(fā)生化學反應，有效地除去致蝕因素。聚酯樹脂除具有良好的滲透性外，也可增加漆膜的柔韌性。環(huán)氧樹脂經部分磷化后，生成環(huán)氧磷酸酯，可作為滲透劑。它的滲透性好，附著力強，同時，環(huán)氧樹脂還能和銹蝕的氧原子形成氫鍵，使銹蝕、金屬底材和樹脂牢固附著，從而在帶銹表面形成優(yōu)異的防銹性涂層。2.2 活性顏料的選擇活性顏料的主要作用是在涂膜形成后，通過緩慢的水解，形成雜多酸。這種雜多酸易和活潑的鐵銹反應，形成較為穩(wěn)定的抑制絡合物。不同的活性顏料對銹層的作用情況各不相同，較常用的活性顏料的性能如表3所示。表3 不同活性顏料或防銹顏料的性能 顏料磷酸鹽(以Zn為例)鉻酸鹽(以Zn為例)鐵酸鹽四鹽基鋅

9、黃分子式Zn3(PO4)2·nH2OZnCrO4·nH2OZnFeO4ZnCrO4·4Zn(OH)2外觀白色粉末黃色粉末與鐵銹的作用Fe2O3·H2O+Zn3(PO4)2+2H2O2FePO4·3Zn(OH)33ZnCrO4+2FeFe2(CrO4)+3Zn還原鐵銹成為定的磁結構其中的Zn(OH)2中和漆料中的酸性分解物起緩沖作用Zn3(PO4)2·4H2O+ZnCrO4·2H2O 水解-4Fe3+=Fe3Zn2(PO4)2·(CrO4)3用途防銹、緩蝕、鈍化作用緩蝕、鈍化陰極保護作用防銹緩蝕鈍化作用緩蝕、鈍化作用

10、毒性來源無毒性小無應用廣缺乏缺乏廣續(xù)表3顏料鉛丹鋅粉偏硼酸鋇鐵紅分子式Pb3O4ZnOBa(BO2)2Fe2O3外觀橘紅色粉末青灰色粉末白色粉末紅色粉末與鐵銹的作用Pb3O4+鐵銹Fe2O3+ FePbO4促進鉻酸鹽、磷酸鹽對鐵銹的鈍化作用用途緩蝕、鈍化作用陰極保護作用防銹、抗粉化惰性覆蓋作用毒性來源毒性大無無無應用廣廣廣廣選用磷酸鋅、鉻酸鋇、氧化鋅等活性顏料作為穩(wěn)定劑，選用氧化鐵紅為著色顏料。這樣活性顏料與銹層中的活潑的有害成分緩慢反應，生成穩(wěn)定的抑制化合物，從而使整個銹層成為涂料中穩(wěn)定的、具有保持性的填料。這樣，涂料既具有滲透性，又兼有穩(wěn)定性，從而阻止銹蝕的發(fā)展。2.3 除水劑的使用濕固化

11、聚氨酯帶銹防銹漆的主要優(yōu)點在于它的性能優(yōu)良、使用方便。單組分包裝無需現場配漆，可用刷涂、輥涂、抹涂、刮板刮涂或噴涂，而對施工器具無多大要求。但由于其含有活性的NCO基團，對水分十分敏感，濕固化聚氨酯樹脂的著色比用其它樹脂基料時要困難。顏料中低到0.5%的水分即可在16 h內引起這類聚氨酯膠化。在對顏料的預處理工藝中，一般采用的方法以下幾類：高溫烘烤；加入顏料改性劑如分子篩等，選擇性吸收水分用異氰酸酯對顏料作預處理，也采用含異氰酸酯的顏料研磨色漿。高溫烘烤時某些顏料會產生高溫分解和變色，分子篩顏料改性劑的缺點是這些氨基硅酸鹽會對配套的面漆產生影響。采用單官能團異氰酸酯作為顏料的除水劑，著色工藝分

12、步進行，保證了濕固化聚氨酯帶銹防銹漆的貯存穩(wěn)定性。2.4 其它組分的選擇為了改善漆膜性能，增加涂料對疏松鐵銹的潤濕作用，選用極性較強的溶劑丁酮、醋酸乙酯作為濕固化聚氨酯帶銹防銹漆的溶劑。這樣，使得涂料極易滲透，同時也增大涂料對疏松鐵銹的潤濕作用，使涂料把鐵銹分離并包圍在涂膜中，在與活性顏料反應之前，暫時充當顏料的作用。隨著鐵銹同涂料中的活性顏料逐漸緩慢地反應，使銹層變成涂料中具有保護性的穩(wěn)定物質。 另外，選用了偶聯(lián)劑、防沉淀劑等功能性助劑，以提高漆膜的綜合性能。3、結語采用本文研制的濕固化聚氨酯樹脂，配合活性較高的磷酸鋅、鉻酸鋇、氧化鋅等活性顏料、氧化鐵紅著色顏料，助劑、溶劑等，得到濕固化聚氨酯帶銹防銹漆。該漆