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环氧防腐材料的研究进展

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环氧防腐材料的研究进展

发布日期:2016-03-04 16:12 来源:http://www。szyghb。com 点击:

    摘要:介绍了水性环氧防腐材料、无溶剂环氧防腐涂料以及高固分环氧防腐涂料等3种环保型环氧防腐涂料的研究现状,指出了环保型环氧防腐涂料的未来发展方向。 

    今年来,我国环保意识正在逐渐增强,发展环保型涂料已成为涂料行业的大趋势。传统溶剂型涂料中含有大量挥发性有机物(VOC),在生产和使用过程中,这些有机溶剂会挥发进入大气中,对大气造成污染,给人类健康带来危害。低VOC涂料已成为科研工作者们研究的热点问题,其中发展高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等新型涂料已成为主导。

    金属材料由于具有优良的机械性能在各行各业中应用广泛,但其腐蚀会带来很大的危害和巨大的损失,全世界每年因腐蚀造成的经济损失达到万亿美元,是火灾、地震等自然灾害的总和[1],因此研究金属的防腐方法,控制金属腐蚀对国民经济的发展具有重要意义。防止金属腐蚀最常见的措施之一就是采用涂层来隔绝金属基体与周围介质的接触。随着各行各业的发展,防腐涂料市场规模已经仅次于建筑涂料位居第二,因此了解防腐涂料的发展状况以及未来发展方向具有重要意义。

    环氧树脂是一种具有线性结构的高分子材料,平均每个分子含有2个或2个以上环氧基,主要由双酚A和环氧氯丙烷合成,其结构中含有的羟基以及环氧基能与酸酐、酚醛树脂、多异氰酸酯、聚酰胺树脂等发生反应而得到不同结构、不同性能的环氧树脂涂料[2]。其结构决定了环氧树脂具有优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等,由其得到的环氧树脂涂料具有优异的物理机械性能、较强的金属附着力,同时也具有较好的耐化学药品性、耐油性和极强的耐碱性,在防腐涂料领域占有重要地位[3],是涂料工业中重要的支柱产品之一。常用的环氧树脂难溶于水,易溶于有机溶剂,但有机溶剂不仅价格高,而且有毒、易挥发,不符合环保要求。因而环保型环氧树脂涂料已成为涂料界科研工作者们的研究热点之一。本文介绍了水性环氧防腐涂料、无溶剂环氧防腐涂料和高固分环氧防腐涂料的现状以及未来发展方向。

    1·研究与应用现状

    1.1 水性环氧树脂防腐涂料

    所谓水性环氧防腐材料是指通过物理或者化学的方法将环氧树脂以微粒、液滴或者胶体的形式分散于水相中所形成的稳定分散体系[4]。由于它是以水作为分散介质,避免了因有害易挥发性有机物对环境造成的破坏。除此之外,和传统的溶剂型涂料相比还具有操作性能好,施工工具可用水直接清洗;对大多基材具有良好的附着力,并可以与水泥或水泥砂浆配合使用;可在室温和潮湿的环境中固化,使用范围广,能与其他水性聚合物体系混合使用,在性能上相互弥补等优点。然而它在应用性能上还存在一些不足,如表干时间长、水的表面张力较高、难以润湿基材;颜填料易于聚集沉淀;水的导电率高,易使金属腐蚀;固化不充分等。因此,要使水性环氧树脂涂料得到更加广泛的应用,必须解决这些问题。

    早期环氧树脂产品是通过直接加入乳化剂进行乳化,再通过剧烈的机械搅拌作用,获得乳液粒子,此方法获得的粒子粒径较粗,成膜困难,限制了其广泛使用;后来发展为水溶性固化乳化油性环氧树脂,此种方法仍然存在问题即固化剂浓度高,表面固化快,使得漆膜中的树脂和固化剂分布不均匀,从而影响其性能;最后发展为通过化学改性等方法在固化剂和环氧树脂上连接非离子型表面活性剂的水性环氧体系,该体系中的环氧树脂和固化剂两组分分布均匀,分散比较稳定,可得到均匀的漆膜,同时还具有优异的物理力学性能、电绝缘性能等,从而广泛用于石油化工、冶金、五金交电、汽车、船舶等领域的防腐[5]。张晓娜[6]等首先采用双酚A型环氧树脂与非离子表面活性剂反应,合成了反应型水性环氧乳化剂,再将具有表面活性的分子链段引入到环氧树脂分子链中,用相反转技术制备了水性环氧树脂乳液,以聚醚型水性环氧树脂作为固化剂以改善乳液与固化剂的相容性,最终制备出双组分水性环氧防腐涂料,这种涂料具有优异的机械性能、耐水性、耐盐水性及耐盐雾性,施工有效期长达6h。同济大学[7]采用环氧树脂乳液和水性环氧树脂固化剂制得一种新型高性能双组分涂料,其中采用的环氧树脂乳液是由环氧树脂经过由端基分别为环氧基和羟基的聚合物型乳化剂乳化制得,此种乳化剂是由环氧树脂与具有表面活性的聚醚二元醇在路易斯酸催化剂存在下反应生成,水性环氧固化剂是通过由多乙烯多胺经封端、加成、成盐工艺改性而获得。最终得到的新型水性环氧树脂涂料具有稳定性好、耐磨性强、适用期长、涂膜硬度高等特点。

    近年来,涂料行业很多学者主要在缩短水性环氧涂料施工周期和改善其表面性能方面做出了巨大的努力。刘翰锋[8]等人选用高环氧值、低黏度改性环氧树脂作为基料树脂,以及按一定比例的曼尼斯碱和腰果酚酚醛胺配制而成的固化剂,搭配自制触变性浆体、多活性端基低黏度聚合物、活性稀释剂、缓蚀型颜填料及助剂制备了一种双组分喷涂型无溶剂超厚膜环氧重防腐涂料,这种防腐涂料固含量高、无溶剂挥发、涂层性能优异,完全满足海港工程相关技术规范的技术要求,施工过程不受试用期和涂装环境温度的影响,涂层厚度可达到1000~1500μm,大大地缩短施工周期和提高涂装效率,满足防腐工程施工周期短、工程进度快的要求,在重防腐领域具有广阔的应用前景。

    1.2 无溶剂型环氧树脂防腐涂料

    无溶剂环氧防腐材料也是环保性涂料之一,它在固化成膜的过程中不向空气中排放挥发性有机物,其成分最终全部成为涂膜组分,因此也具有较好的施工安全性,不会因溶剂挥发而造成安全隐患,符合环保要求,同时也不会因溶剂挥发而造成漆膜收缩等弊端。无溶剂环氧及其改性涂料的防腐性能好,固含量可高达100%,涂层无针孔、抗渗性能好,不仅消除了人员中毒事故和火灾的危险,还可减少设备通风,避免因溶剂挥发造成的资源浪费;无溶剂环氧及其改性涂料是厚涂型涂料,每次涂层厚度可达100μm以上,甚至可达700μm;涂层结合强度高、收缩率小,减少了施工道数[9]。目前国内外研制的无溶剂型环氧防腐涂料主要有两种:粉末涂料和液态无溶剂环氧涂料,前者是一种以中相对分子质量或高相对分子质量的固体环氧树脂制成的固态粉末状涂料,后者是用反应性活性稀释剂作为溶剂,溶剂在固化过程中不会挥发,而是与环氧树脂发生固化反应,最终成为了漆膜中的一部分。但是无溶剂环氧树脂防腐涂料仍然存在一些问题,首先体系黏度大,导致施工适用期和表干时间之间存在矛盾,给施工带来不便;其次是生产设备投资大,使涂料价格昂贵;最后是它的机械性能不理想以及抗阴极剥离性能达不到要求[9]。这些都限制了无溶剂涂料的广泛使用,但是针对这些问题,不少研究者做出了很大的努力


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