米糠油改性环氧酯铁红防锈底漆的研究

BMA004

摘要:米糠油主要由油酸、亚油酸和棕榈酸组成,属半干性油,具有了作为涂料基料的良好理化特性。研究表明,选用米糠油、桐油、环氧树脂和氧化铁红合成的铁红环氧酯防锈底漆,具有无毒、低温固化、防锈能力强等特点。本文介绍了底漆的配方、生产工艺,并讨论了影响底漆性能的因素。    关键词:米糠油;环氧树脂;防锈底漆;氧化铁红;生产配方
    0引言
    米糠油是从米糠中提取的植物油,外观为棕色透明液体,溶于氯仿、二硫化碳,不溶于水,相对分子质量为806.9。米糠油属于半干性油,主要成分是脂肪酸甘油酯,脂肪酸中棕榈酸占12%～20%、油酸占40%～50%、亚油酸占29%～42%;还含有蛋白质和纤维素等成分,其组成因产地不同而略有不同。自20世纪90年代以来,米糠油的综合利用受到普遍关注,绝大部分用作营养食用油,少量用于医药制造、精细化工、日用化工等行业[1-3];米糠油属于再生资源,价格低廉、来源充足,较之普通石油化工原料更具竞争性,因此,各国有关米糠油的综合利用的研究也相应展开[1-6]。
    涂料用环氧酯一般是由植物油脂肪酸与环氧树脂酯化而成,可配制气干型涂料和烘干型涂料,其涂膜性能良好,具有酚醛型涂料的耐水性和耐碱性,同时改善了单独使用环氧树脂时涂膜的保色性和耐候性,附着力极好,用途广泛,主要用于各种金属底漆、电器绝缘涂料、化工厂室外设备防腐涂料。近年来,由于脂肪酸的来源、价格日趋紧张,使环氧酯的成本居高不下,因此,笔者通过试验,采用米糠油、桐油和环氧树脂直接合成了环氧防锈底漆,工艺简单,成本低,可获得性能良好的环氧酯铁红防锈底漆。
  1试验
    1.1制备机理
    桐油的主要成分为桐油酸,其含量为80%左右,由于是共轭三烯酸,因此它的聚合速度和干燥速度快,但因桐油酸中有3个共轭双键,所以在酯化时极易胶化,以桐油酸对E-12环氧树脂作0.4当量酯化,当260℃酯化25min即胶化,而酸值尚在50以上。因此我们选用米糠油与桐油发生加成反应,从而减少桐油酸的双键数量,直接制备环氧酯。
    1.2环氧酯配方设计
    环氧酯配设计见表1,米糠油与桐油加成反应按1∶1当量进行设计。

注:米糠油油度为80%

表1 环氧酯配方

    1.3环氧酯制备工艺
    在反应锅中投入配方量的米糠油和桐油,升温至180～220℃,保温加成1.5h,降温至130℃,投入配方量的环氧树脂,回流二甲苯,在200～220℃保温反应到指标合格后卸料,兑稀,过滤备用。
1.4环氧酯铁红防锈底漆的配制
    将60份环氧酯、20份氧化铁红、0.05份锈转化剂、0.1分散剂和10份填料分别加入分散罐中进行高速分散,分散均匀后转入砂磨机进行研磨,待达到一定细度后,转入调漆罐,用20份溶剂调配使底漆的黏度至规定的要求,过滤,出料。
    2结果与讨论
    2.1环氧树脂的选择
    环氧树脂的结构具有羟基醚键和活泼的环氧端基,极性强,又不易水解。这不仅赋予涂膜极强的附着力、优异的耐盐雾性和耐化学品性,而且赋予涂膜良好的物理机械性能。环氧树脂相对分子质量对涂膜性能有影响(见表2),环氧树脂相对分子质量增大,其环氧值降低,交联密度减小,固化涂膜硬度下降;环氧树脂相对分子质量减小,会使漆膜硬度增大,耐冲击性提高,配漆后的使用寿命也较短。经过理论计算并反复实验,选用了中等相对分子质量的环氧树脂E-12。

表2 不同型号环氧树脂的性能对比

    2.2酯化温度对环氧酯黏度和酸值的影响
    环氧酯酯化的温度与黏度、酸值的关系如图1和图2所示。当酯化温度为230～240℃时,环氧酯的黏度上升较快,而酸值下降较慢,通常酸值在18左右时,黏度已达0.32Pa·s,这时指标要以黏度为准,应马上卸料,所以酯化温度宜控制在230℃以下。用,使铁锈中不稳定的铁化物转变成磷酸铁和高分子的磷化膜,不仅能稳定锈层,对钢铁表面及锈层起到良好的阳极极化作用和阻蚀钝化作用,而且能提高涂料对钢铁的附着力。在磷酸存在下单宁酸容易和钢铁表面及锈层中的铁离子作用,生成单宁酸铁螯合物,它具有众多的极性基团使它与钢铁底材有良好的附着力,能在钢铁底材上形成网状的、附着力良好的不溶性的保护膜,这层膜具有阳极极化作用,能抑制腐蚀过程。

图1 环氧酯的酯化温度与黏度的关系

图2 环氧酯的酯化温度与酸值的关系

    2.5颜料的选择
    体质颜料选用超细滑石粉,超细氧化铁红为着色颜料。超细氧化铁红是惰性颜料,具有很高的化学稳定性,耐碱、耐稀酸(不耐热浓酸),耐热性高达1200℃,对光稳定,且强烈吸收紫外线。另外,该颜料的耐溶剂性、耐水性和耐化学品性均好,具有一定的防锈能力和耐蚀性,又因其细度小,着色力和遮盖力较强,因此,它用作环氧底漆的着色颜料,可提高其防锈性、耐高温性和遮盖力。超细滑石粉的悬浮性好,可以使其他颜料悬浮,也可以防止涂料流挂,用作铁红环氧底漆的填料,可提高涂料的贮存稳定性并改善施工性能。
2.6分散剂及溶剂的选择
    选用电中性含有机硅聚羧酸铵盐类润湿分散剂可有效提高氧化铁红在底漆中的分散性、悬浮性和贮存稳定性。溶剂选用乙醇-正丁醇-异丁酮混合而成,可有效地提高底漆的贮存性和安全性,减轻对环境的污染。
    2.7米糠油、桐油制备环氧酯防锈底漆性能检测
    按国标对米糠油和桐油制备的环氧酯防锈底漆的指标进行测试,性能检测结果见表3。

表3 铁红环氧酯底漆性能检测结果

3结论

    (1)通过米糠油和桐油反应,减少了桐油的双键数量,从而有效地避免了胶化的发生,较好地生成了环氧酯。
    (2)在制备过程中使用了价廉的米糠油,扩大了制备环氧酯用原材料的范围,降低了产品的成本,而铁红环氧防锈底漆的性能没有发生改变,因此米糠油是制备铁红环氧酯防锈底漆的一种较好原料。