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复合铁钛粉改性环氧富锌重防腐涂料的研究
曾凡辉1,姜其斌2
(1.湖南大学材料科学与工程学院,长沙,410082;2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲,412007)
摘 要:通过选用纳米改性复合铁钛防锈颜料对环氧富锌重防腐涂料进行改性,制得了具有优异防腐功能的新型环氧富锌涂料;研究了复合铁钛粉的种类及用量对环氧富锌防腐涂料性能的影响;确定了环氧富锌涂料的最佳PVC值.结果表明,当选用纳米改性复合铁钛防锈颜料,用量为8%,涂料的PVC值为42%时,可较大幅度地改善环氧富锌涂料的密封性、附着力、厚涂性,耐盐雾腐蚀可达1 542 h.
关键词:复合铁钛粉;环氧富锌涂料;防腐涂料
0 引言
环氧富锌涂料是一种耐腐蚀性能优异的重防腐涂料,已广泛应用到工业防腐各个领域。富锌涂料的防腐蚀机理主要是在腐蚀环境中腐蚀牺牲锌粉(阳极)而保护钢铁(阴极)。因此,欲使涂膜导电并发挥牺牲阳极的作用,涂膜中就要求含有大量的锌粉粒子,它们相互接触,并与钢基体也保持电接触[1]。一般涂膜中锌粉含量大于77%时,富锌涂料才有导电和保护阴极的作用[2]。但涂层中锌粉含量过高,易导致涂层多孔,附着力下降,富锌涂料上若再涂覆其他高固体分面漆,便会使面漆产生气泡、针孔。若为了增强涂层的防蚀能力而加厚涂膜,便会使涂层在干燥过程中产生收缩,易出现裂纹,涂膜的裂纹会导致涂膜直接剥落,降低防腐蚀效果。
通过选用纳米改性复合铁钛粉对环氧富锌涂料进行改性,制得了具有优异防腐功能的新型环氧富锌重防腐涂料。
1 实验部分
1.1 主要原材料
主要原材料见表1。
表1 主要原材料
原料 规格 产地
环氧树脂 工业级 岳阳巴林石化公司
锌粉 325目 长沙锌业公司
复合铁钛粉 500目 万达科技(无锡)有限公司
流平剂 化学纯 德国毕克公司
防沉剂 化学纯 台湾德谦公司
混合溶剂 工业级 自配
胺固化剂 工业级 美国壳牌公司
1.2 环氧富锌涂料的制造工艺
按配方量称取环氧树脂、助剂和混合溶剂,分散均匀,加入锌粉和复合铁钛粉,高速分散320min,调整黏度为90~120s(涂-4杯),过滤出料。所制得的漆料组分与固化剂组分按9:1的比例(质量比)配制成环氧富锌防腐底漆。
1.3 性能测试
涂料按GB/T 1727-1992的要求喷涂于试板上,按GB/T1771-89测试耐盐雾性能(板面要求划叉),按国标检测其他常规机械性能。
2 结果与讨论
2.1 不同复合铁钛粉对涂膜综合性能的影响
不同复合铁钛粉对环氧富锌涂料综合性能的影响见表2。
表2 不同复合铁钛粉对环氧富锌涂料性能的影响
不同配方 附着力(划格)/级 涂膜密闭性 厚涂性(100µm) 耐盐雾性/h
未加复合铁钛粉 1 差 差 1224
加铁钛粉A 0 较好 好 1348
加铁钛粉B 0 较好 好 1542
从表2可知,纳米材料加入后由于小尺寸效应,大大改善了涂料的体积填充致密度,减少了毛细管作用,提高了涂层对腐蚀介质的屏蔽作用,因而大大提高了其防锈能力。另外由于纳米材料的比表面积大,表面排列的原子数目与内部原子数目之比明显增加,且表面原子的键合状态与内部不同,键态失配,从而出现非化学平衡(即表面活性点增多),在与涂料其他组分作用时会产生很大的作用力,所以涂膜本身的强度和韧性均显著提高,厚涂时,漆膜也不会因为体积收缩而开裂。就基材与涂层而言,其附着力也得到了显著提高[3]。
从表2还可以看出,复合铁钛粉B比A具有更好的耐盐雾腐蚀性能。主要是因为复合铁钛粉B中含有几种不同形态的磷酸盐,其中的磷铁(Fe2P)是一种相对能导电的惰性颜料,能保证锌粒之间导电通道的畅通[4]。而磷酸根能与钢铁表面的铁原子反应生成磷酸铁络合物,从而起到化学防锈的作用。
2.2 复合铁钛粉用量对涂膜耐盐雾性能的影响
当选用复合铁钛粉B时,其用量对富锌涂料耐盐雾腐蚀性能的影响见图1。
2.3 改性环氧富锌涂料PVC的确定
在复合铁钛粉的加入量为8%的条件下,考察涂料PVC(颜料体积浓度)对涂料性能的影响,结果见表3。
表3 PVC对漆膜性能的影响
PVC/%
检验项目 35 39 42 45 49
柔韧性/mm 1 1 1 2 3
附着力/级 0 0 0 1 2
冲击强度/cm 50 50 50 ﹤50 ﹤50
720h 1024h 1542h 1596h 1472h
耐盐雾性 起泡 腐蚀 腐蚀 锈蚀 锈蚀
﹥2mm ﹥2mm ﹥2mm ﹥2mm ﹥2mm
由表3可知,在低PVC的情况下,涂层中聚合物树脂基料的数量足可以包覆涂层中的颜填料颗粒,此时涂层为一连续致密的膜,而当涂膜中PVC超过CPVC(临界颜料体积浓度)时,漆膜的渗透率和锈蚀增加[5]。对普通防锈涂料而言,一般希望其PVC小于CPVC,此时涂料有好的耐腐蚀性能和机械性能,而对于富锌涂料而言,却希望其PVC大于CPVC,这样锌粒之间才有可能直接接触,在涂料内部形成完整的导电通路,这也是牺牲阳极作用的要求[4]。但富锌涂料的PVC并非越高越好,在复合铁钛粉的加入量为8%的条件下,最佳的PVC为42%,此时涂料具有最佳的机械性能和耐盐雾腐蚀性能。
3 结语
在环氧富锌涂料中添加纳米改性复合铁钛粉,可较大幅度地改善环氧富锌涂膜的密封性,提高富锌涂料的附着力、厚涂性和耐盐雾腐蚀性能。 |
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