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          粉末涂料的不同體系對涂層的防腐影響
          時間:2021-01-03 14:00:21 點擊次數:215

          腐蝕問題一直以來困擾著涂料領域,本文重點著眼于粉末涂料配方體系中對防腐影響的一些要素,當然大氣環境與基材在很大程度上也會影響著涂層的腐蝕性能。

          與其他化學體系比較,環氧樹脂因為其共同的化學結構賦予。其優異的耐化學性和耐水性以及與基材的附著力。

          所以在防腐領域,環氧樹脂占大多數。文中對不同類型的環氧樹脂,固化劑以及常用的防腐助劑和填料進行了分析。

          1、引言

          隨著工業技術的快速開展,環境保護問題現已越來越遭到全世界的注重。特別是在我國,政府機構聲明在2015年初開端對溶劑涂料廠商征收高達4%的消費稅。

          因為粉末涂料的VOC幾乎接近于零,這對于粉末涂料廠商是個好消息,將會提供更多的開展契機與政府的大力支持。

          粉末涂料已廣泛應用到許多領域,諸如修建、轎車、管道、移動通信和家用電器等。粉末涂料職業中,涂料防腐的工作與研討一直沒有間斷過。

          有關橋梁、修建物、飛機、轎車與輸氣管道等腐蝕損壞的報導習以為常。盡管在油氣管道職業中現已開宣布一種有效的陰極保護措施,但仍存在涂層損壞的狀況。

          涂層損壞的影響要素許多,這或許遭到包含成膜物質、顏填料、助劑、基材類型、前處理工藝、固化工藝、涂層厚度與涂層附著力在內涂料體系的影響,也或許包含溫度、濕度、細菌與紫外線在內外部環境的影響。所有腐蝕影響要素間的聯系如圖1所示。

           
          對于粉末涂料廠商而言,防腐功能的改善關鍵在于涂料本身化學組成的設計,這就需要挑選適宜的成膜物質、顏填料與防腐助劑。接下來這些影響要素將逐個介紹。

          2、成膜物質

          粉末涂料所用樹脂主要為聚酯、丙烯酸、聚氨酯與環氧。聚酯結構中存在著酯基,易于在潮濕環境下水解;丙烯酸結構中也含有酯基,被證明易在酸雨環境下遭到破壞;

          聚氨酯可用于防腐涂料,但價格高昂;價格合理與防腐功能優良的環氧樹脂,則是個很好的挑選,如圖2所示,就以雙酚A型環氧為例。

           

          雙酚A型環氧優秀防腐功能的決定因素如下:

          1)側羥基賦予了同金屬杰出的附著力

          2)骨架中醚鍵賦予了優秀的耐化學性與耐堿性;

          3)結構中無酯基,具備杰出的耐水性;

          4)高交聯密度賦予了對基材更杰出的屏蔽作用;

          除了雙酚A型環氧,線性酚醛改性環氧與雙酚F型也可用于防腐粉末涂料中,兩者的化學結構圖如圖3與圖4所示。

           
          從化學結構上分析,線性酚醛改性環氧同雙酚A型環氧與F型環氧相比,單位摩爾物質中含有更多數目的環氧基團與芳香環,固化后交聯結構更為細密,具有更優秀的防腐功能,但一起也存在脆性這一缺陷,一般很少在粉末涂料中單獨使用。

          在重防腐粉末涂料中,線性酚醛改性環氧往往與雙酚A型環氧共混使用,以到達優秀的防腐功能與力學功能。粉末涂料用雙酚F型環氧主要是為改善涂料的流平性,也可同雙酚A型環氧共混使用。

          除了化學結構,分子量也是影響環氧各項功能的重要因子,其影響狀況如圖5所示。同高分子量環氧相比,因為低分子量環氧含有更多數目環氧基團,固化后涂層的交聯密度增大,從而涂層的硬度添加,柔韌性與沖擊強度降低。

          低分子量環氧比高分子量環氧結構中含有較少數目的羥基,也會降低涂層與基材間的潮濕性與附著力。

          綜合環氧各項功能考慮,環氧的分子量須在必定范圍內,或大或小均會影響到涂層的防腐功能。在重防腐領域中,環氧的分子當量一般在700-900g/eq,分子量散布較窄。

          在固熱性粉末涂料配方中,成膜物質主要由樹脂與固化劑組成。粉末涂料用環氧的常見固化劑包含咪唑、胺類(雙氰胺與芳香胺類)、酸酐與酚類固化劑等。

          其中,咪唑因為活化能低與固化反響劇烈,固化后涂層內應力大與力學功能不佳,很少單獨使用,而是常常作為環氧粉末涂料的催化劑。雙氰胺具有杰出的綜合功能與性價比,是常見的粉末涂料固化劑。

          幾種芳香胺也可用于粉末涂料固化劑,例如Z.Wang等研討了三種芳香胺類固化劑(二氨基苯砜、間苯二胺與酚醛胺)固化涂層在濃度為10%的熱硫酸溶液中的防腐功能,發現二氨基苯砜固化涂層具有更好的防腐功能。

          因為酸酐易產生刺激性氣體,儲藏穩定性不佳,在一定程度上約束了它在粉末涂猜中的使用。酚類固化劑以其低烘烤溫度、快速固化與優秀防腐功能的長處,成為在重腐蝕環境如油氣管道領域中的首選。

          3、防腐涂料用顏填料

          作為粉末涂猜中一種不可或缺的成分,防腐顏填料從防腐機理來說,是經過物理隔絕、電化學反響以及緩蝕反響來達到防腐抗蝕的目的。

          物理隔絕防護是借助于層狀填料的涂層增厚與防滲功能來完成的。廣泛用于防腐粉末涂猜中的層狀填料主要是云母氧化鐵、絹云母與玻璃鱗片。

          腐蝕介質在含球形填料涂層中趨于直線型遷移與擴散,這樣大大延緩了涂層腐蝕進展。別的需求指出的是,片狀填料在粉末涂料加工擠出過程中可能難以保持原有的片狀形狀,這一點約束了其在粉末涂猜中的使用。

          原則上講,比基材的電化學性質更活潑的金屬,均可作為防腐涂料的顏填料。但目前,使用最為廣泛的是金屬鋅顆粒,有報導稱環形鋅達到最佳防腐功能的顆粒均勻直徑為2μm。

          金屬鋅的防腐機理在于鋅參加腐蝕反響產生了不溶物如ZnFe2O4與堿式碳酸鋅,特別地。

          當由Eckave-Werke公司開發的片狀金屬鋅替換了傳統的球狀鋅后,因為片狀金屬鋅具有共同的平行搭接與屏蔽功能,涂料的防腐功能得到進一步的改進。

          緩釋型顏填料按參加反響類型可分為陰極型與陽極型。陰極型緩蝕劑,如鎂和鋁的無機鹽,是經過在中性環境下同氫氧根離子的陰極反響生成不溶物來按捺涂層的腐蝕。

          陽極型緩蝕劑,如磷酸鹽、硅酸鹽或氫氧化物,可在金屬表面形成一層氧化保護層。假如反響緩釋型顏填料不足,這將形成不佳的電極區,反而會加快腐蝕進展。

          目前,緩釋型顏填料使用最為廣泛的是含磷酸鹽顏填料,如磷酸鋅與磷酸鎂。別的,還有一類毒性更少的緩釋型顏填料,它們是根據金屬氧化物混合物的尖晶石型顏填料。

          4、助劑

          理論上講,一切有助于提高涂層與金屬基材間附著力的助劑,均可用于改進涂層的防腐功能。硅烷或改性硅烷便是常見的一種,可改進涂層與金屬基材的層間附著。

          除了硅烷類還有一些其他類型的附著力促進劑,比方查特威國際公司研宣布一系列用于粉末涂料的附著力促進劑。

          如含有高濃度氨基、羥基或羥基的Chartsil B 515.2H/1H與ChartsilC,這些均可在擠出加工前引進到涂猜中。別的,有報導稱將聚笨胺加入到環氧粉末涂猜中,可改進其防腐功能。

          5、展望

          隨著環境保護越來越受到重視,粉末涂料在不久的將來具有更大的使用遠景??墒瞧駷橹?,粉末涂料因為各種條件的約束,未能使用到C5與C6腐蝕等級上,這對于粉末涂料技術人員、設備供貨商以及基材前處理專業人士而言,仍有許多的工作與研討去做。

          在很多防腐助劑之中,低毒綠色緩蝕劑是防腐涂料的發展趨勢,液體涂料界中提到了一些綠色緩蝕劑如生物可降解高分子與植物提取物,這些在許多腐蝕環境下表現出突出的防腐功能。

          盡管這些綠色緩蝕劑具有低毒與生物可降解的長處,但仍存在各種技術瓶頸。如何在工業層面上廣泛利用這些綠色緩蝕劑,特別使用到粉末涂猜中,需求進一步的研討與探究。

           

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