隔热反射涂料的研制.doc

环氧沥青玻璃鳞片重防腐蚀涂料的研制和应用蓝席建，张连军，冯伟东，袁泉利（宁波飞轮造漆有限责任公司，宁波 315000）摘 要：以环氧树脂、改性沥青、固化剂为基料，玻璃鳞片为主要骨料，通过基料的选择和玻璃鳞片不同表面处理比较制得高固体份重防腐蚀涂料，适用于各类化工、海洋等恶劣腐蚀环境。对玻璃鳞片的防腐机理作了探讨并指出玻璃鳞片的选择和良好的表面处理是该类涂料获得优良性能的关键。关键词：环氧；改性沥青；重防腐蚀涂料；玻璃鳞片；表面处理 Epoxy；Denaturation asphaltum；Heavy duty anti-corrosive paint；Glass squama；Surfacedispose1、 前言 随着工业的发展，人们对涂料的防腐性能要求也日益提高。一方面新型防腐成膜基料树脂开发方兴未艾，另一方面，各种新型颜填料的研究也受到很大的重视。玻璃鳞片涂料作为恶劣腐蚀环境的的重要保护涂层，自1957年在美国欧文斯-康宁公司（Owens-Corning）问世以来,得到了很大的发展。国内自上世纪80年代后，出现可不少厂家投入此项研发，但由于受国内玻璃鳞片制造工艺和树脂表面处理剂的质量等所限，涂抹寿命和涂料耐腐蚀性能存在不足。本研究就是为了解决上述问题而展开。该涂料以进口环氧树脂、改性沥青及固化剂为主要成膜物，充分发挥了该环氧树脂化学稳定性好、漆膜附着力高、耐化学品性强的特点和改性沥青耐腐蚀性好、成本低的优势，加入经过表面处理的玻璃鳞片，使树脂和玻璃鳞片表面产生亲和性和共价键，增加附着力，利用玻璃鳞片的高径厚比和“迷宫效应”，在涂层中以近乎平行的状态紧密排列，形成介质渗透屏障，延长介质渗透路径，从而达到重防腐蚀的目的。根据设计，该涂料在腐蚀介质中的防护寿命可达510年，在化工、大气和海洋环境下，可达1020年，广泛应用于海洋钻井平台、大型海轮、油田及炼油厂输油管道、电镀行业、大型河闸、跨海大桥等场合。2、 实验部分2.1原材料及配方比例 表1A组份B组份环氧树脂进口30-50%胺类环氧固化剂进口15-30%玻璃鳞片国产15-35%改性沥青液自制40-70%云母粉国产7-15%二甲苯国产3-8%滑石粉国产1-3%沉淀硫酸钡国产5-10%偶联剂进口0.5-2.5%流平剂进口0.3-1.5%二甲苯国产3-8%分散剂进口0.1-0.5%按上述配方比例先将云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡等填料和溶剂加入到环氧树脂中，搅拌均匀，研磨至一定细度后加入预先用助剂处理好的玻璃鳞片分散至合格为A组份。将改性二甲苯沥青液和固化剂混合，加入适量溶剂，为B组份，根据胺值混合后涂板测试性能。2.2 性能测试结果表2 测试项目测试结果引用标准附着力划圈法 级1GB/T 17201989拉开法 MPa4.5GB/T 52102006柔韧性 mm1GB/T 17311993抗冲击 cm50GB/T 17321993耐热性120 100h漆膜无起泡、无脱落、无锈蚀耐油性0#柴油1000hGB/T 92741988200#溶剂油煤油耐碱性（65%NaOH） 90dGB/T 17631989耐酸性（65%硫酸） 90d耐盐雾 4500hGB/T 17651989曝晒实验 12MGB/T 17671988施工性 涂刷无障碍GB/T 682220073、 讨论3.1环氧树脂与改性沥青比例的选择环氧树脂与沥青的配合比例的高低对漆膜力学性能的影响较大。如环氧树脂比例高时，漆膜硬度高，耐磨性好，但耐冲击性会下降；相反如环氧树脂比例低，则漆膜较软，耐磨性差，而耐冲击性会有所提高。为了获得较好的涂膜性能，在保持颜填料及助剂等成分不变的情况下，按树脂与沥青总量不变调整两者之间的配合比例进行试验（固化剂的用量随着环氧树脂的量改变），试验结果见表3。表3 组 别名 称1#2#3#引用标准环氧树脂与改性沥青比例3：12：11：1耐磨性0.0320.0430.225GB/T 17682006柔韧性211GB/T 17311993 耐冲击性405050GB/T 17321993从表3可知，从1#到3#，环氧树脂比例由高到低，沥青比例则由低到高，由此带来的漆膜力学变化是耐磨性依次降低，但耐冲击性、柔韧性依次上升。经过各项性能均衡对比，我们选择2#。3.2玻璃鳞片目数的选择涂料用玻璃鳞片的厚度在25微米，这样能保证在涂料中有数十层的鳞片排列，形成涂层内复杂曲折的渗透扩散路径，其原理与铝粉与云铁在涂层中一样，使得腐蚀介质的扩散渗透路线变得相当曲折弯曲，很难渗透到基材。玻璃鳞片片径纵横越大，涂层的抗渗透性能越强。当然，玻璃鳞片片径的选择还需兼顾涂料的防腐性能与施工性能。片径越大，抵抗水蒸气及腐蚀性介质渗透的能力越强，越能延缓介质对涂层的侵蚀速度，即耐腐蚀能力增强。但随着片径的增大，空气的排出能力变差，喷涂越困难，一方面会影响到施工进度；另一方面因涂层表面粗糙会影响到外观质量。还有可能片与片之间搭接不好留下空隙，影响成膜，因此，选择合适目数的玻璃鳞片是至关重要的一步。玻璃鳞片目数测试项目80200325外观较粗糙平滑平滑喷枪口径，mm21.20.8耐腐蚀（605%NaCl）800h开始起泡760h开始起泡340h开始起泡耐冲击性305050我们根据玻璃鳞片上述特点，在漆膜外观、喷枪口径、耐腐蚀性、耐冲击性等方面进行了对照试验，结果如表4所示。表4从表4可以看出，1#的玻璃鳞片虽然耐腐蚀性好，但漆膜外观粗糙，而且喷枪口径要大，耐冲击性也不好，3#的玻璃鳞片虽然外观平滑，喷枪口径也容易调节，但径厚比小，使得腐蚀性介质渗透更快，抗腐蚀性下降，综合考虑，决定采用2#以达到最佳效果。3.3助剂的选择玻璃鳞片是影响涂层防腐体系的关键。其亲水性和与树脂的粘接性较差，如不经适当助剂处理，玻璃鳞片屏蔽水蒸汽和腐蚀介质的效果差，甚至可能在玻璃鳞片与树脂界面渗透、迁移，所以必须对玻璃鳞片采取合适助剂进行接枝处理，以提高环氧树脂对玻璃鳞片表面的浸润性，使树脂和玻璃鳞片表面之间产生亲和性和共价键，一般采用偶联剂进行处理，可增加附着力，形成高强度的涂层，从而达到屏蔽和抑制水分子迁移的目的。本试验选用国外著名大公司进口的K70偶联剂和国产的双金属偶联剂作对比试验，经过测试比较二者对玻璃鳞片均有较好的接枝效果，但考虑到该涂料为高固体分涂料，粘度较厚，而K70偶联剂除了无机物表面处理，还具有突出的触变性，可降低涂料的粘度，利于高固体份涂料的施工，综合考虑后选择K70偶联剂作为表面处理剂。3.4玻璃鳞片添加量的确定表5玻璃鳞片添加量(A组份配方质量比)水蒸气渗透性g/m2sPa05.7782.43161.52241.29321.07400.97480.88玻璃鳞片的添加量与涂层的抗腐蚀性有很大关系，一开始，随着玻璃鳞片添加量的提高，涂层层层排列结构逐渐增加，腐蚀介质渗透路径延长，使得涂层的抗渗性提升；但添加量一旦达到某一用量后，其用量再增加，涂膜抗渗性提高不明显，如果过量的鳞片在涂层内无序堆积，反而有可能会使涂膜内形成空隙、气孔等缺陷，影响涂膜的致密性。最终使得防腐性能下降。玻璃鳞片含量与水蒸气渗 透性之间的关系见表5。另外，过量的鳞片的添加还会对涂料粘度产生较大的影响，对施工带来不便，见表6。表6玻璃鳞片添加量(质量比)粘度（pa.s）05.188.41614.32421.13230.340160.548217.0从表5、表6的结果可以看出，玻璃鳞片的含量在1632可以获得较好的抗介质渗透性能，且具有较低的粘度，从而可以提高固体分及一次成膜厚度。AB检测方法硬度H3HGB/T 67391996耐磨性(失重750转) g0.1350.032GB/T 17682006表干 h63GB/T 17281989实干 h2018柔韧性11GB/T 17311993耐腐蚀800h有锈点1200h尚完好605%NaCl3.5固化剂的选择固化剂对漆膜性能起着非常重要的影响作用，选择合适的固化剂也是本试验的关键之一。本次试验选择同为胺类固化剂的A固化剂和B固化剂作平行对比试验，综合防腐性能比较见表7。表7由表7的实验数据可见：B固化剂的硬度、耐磨性、干性、耐腐蚀性等各线指标均优于A固化剂，该固化剂既有低相对分子质量脂肪胺体系的硬度和优良的耐化学腐蚀性能，又有聚酰胺体系的长适用期、良好的韧性以及低毒性能，此外还有一般酚醛胺体系的快速固化和优良的附着力，可作为与食品或饮用水直接接触的防腐涂料用固化剂。它与各种固化剂相比具有明显的防腐、防护和快干性能，综合性能优异，适合玻璃鳞片涂料使用。4、结论本试验通过对环氧树脂与改性沥青的比例、玻璃鳞片的规格与用量、助剂与固化剂的选择等因素对环氧沥青玻璃鳞片涂料性能及外观质量的影响进行了研究，并设计了综合性能较好、成本较低的涂料配方。该配方较好地解决了厚浆型高固体份玻璃鳞片涂料难以克服的三大难题：1、由于涂料中所用的玻璃为鳞片状的含酸耐碱玻璃（C玻璃），这使得涂层具有优良的耐化学品性及抗老化性能，也具有更好的耐磨、耐温度变化等特性； 2、由于玻璃鳞片具有较大的径厚比，经过无气喷涂，玻片在涂层中与基料相互平叠压排列，形成致密的防渗层，使得介质渗透扩散途径变得曲折，大大延长了介质渗透扩散到基体的时间；同时该涂层还具有极佳的耐磨性，而玻璃鳞片的高密度的排列使得氧气等腐蚀性气体渗透扩散的速度有大大减慢。因此，该涂料具有很好的耐腐蚀性能；3、由于玻璃鳞片在涂层中形成许多小区域，使基料（树脂）的微裂纹、微气泡等相互分割，减少了涂层与基体之间的热膨胀系数差，降低了涂层的硬化收缩率及内应力，抑制了涂层的龟裂、剥落，提高了涂层的附着力与抗冲击性能。该涂料固体份高达80%以上，无气喷涂一次成膜最高可达500微米，大大减少VOC的排放，也大大降低了施工成本。且涂膜使用寿命长，是一种多快好省的新一代重防腐蚀涂料。2006年底已经在浙江台州电厂进行了涂装使用，反映效果良好。因此，应该大力推广使用于石油、石化管道、设备、贮罐、污水池、煤气柜、海洋石油平台、码头、电力等行业严重腐蚀部位的防腐，以适应国民经济发展需求。参考资料：、YUPU玻璃鳞片防腐涂料的研制与应用 方伟、李南杰 万方数据期刊