改性环氧带锈涂料的研究

1 　前　言
钢铁表面在空气中易受氧气、水分及其他介质的作用而生锈,疏松的铁锈会导致涂料层与钢铁基体附着不牢。由于铁锈是一个疏松多孔的含水固体,因此带锈涂料除了必须具备普通防锈涂料的性能之外,还必须具有两个特殊的性能:一是对锈层必须有足够的渗透能力,即应能充分湿润渗透疏松多孔的锈层,使锈层粘合成为连续的封闭性涂层,以封闭整个锈层和钢铁表面;二是对锈层必须有足够的反应性,即能使锈层中活泼的有害铁化合物经过钝化或转化,变成稳定的无害的填料,只有二者兼具,才能适应于锈层这样特殊的表面。改性环氧带锈涂料是一种可直接涂刷于锈蚀钢铁表面的新型涂料。本实验研究的改性环氧带锈涂料是多功能型涂料,它能在带油、带水、锈蚀厚度不同(厚度小于120μm) 的钢铁表面施工,得到转化完全、防腐蚀、结合力良好的保护层,并且操作简单方便,制造周期短,具有较高的实用价值。

2 　实验部分
2. 1 　实验用原材料
环氧树脂E – 44 ,聚乙烯醇缩丁醛,单宁酸,邻苯二甲酸二丁酯,正丁醇,乙二醇,二甲苯,滑石粉,氧化铁红,三聚磷酸钠,磷酸二氢锌。
2. 2 　涂料制造工艺
(1) 将环氧树脂溶于30 g 乙醇, 4 g 正丁醇,4 g 二甲苯的溶剂中,加入催化剂,搅拌直至全溶。在不断搅拌下升温至60 ℃以上,并缓慢滴加磷酸,约1 h 结束,即可得环氧磷酸酯。
(2) 将单宁酸溶于10 g 热水中,再将磷酸二氢锌和钼酸铵依次溶于加有10 g 磷酸的烧杯中,以上2 种成分混合加热,直至全部溶解,组成A液。
(3) 将磷酸、乙醇和乙二醇充分混合,组成B液。
(4) 将环氧磷酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸二丁酯、消泡剂、催干剂、流平剂、A 液、滑石粉与氧化铁红的混合物等,逐渐加入B 液中,历时约5 h ,最后过滤,研磨即成带锈涂料。
2. 3 　涂膜性能测试
对所制造的涂料进行如下性能测试:
外观(目测法) ;
表干时间(GBPT1728 – 89) ;
实干时间(GBPT1728 – 89) ;
细度(刮板细度计) (GBPT1724 – 79) ;
附着力(画圈法) (GBPT1720 – 89) ;
冲击强度(N·cm) (GBPT1732～93) ;
耐盐水性(24 h ,20 ℃5 %NaCl) (GBPT1763 -89) ;
耐水性(24 h ,20 ℃) (GBPT1733 – 93) 。

3 　结果与讨论
3. 1 　成膜物选择
实验采用环氧树脂E – 44 为基本成膜物质,环氧树脂E – 44 附着力强、耐碱性好、涂膜坚硬、绝缘性好,但是漆膜脆性大,粘度高,不能直接涂附在工件表面,必须进行改性,降低其脆性和粘度,同时还要增强其附着力。环氧磷酸酯就是改性的结果,它不仅具有环氧树脂的一般特性,还具有附着力强、脆性小、不易粉化、膜层美观、渗透性好等特点。环氧磷酸酯能与铁离子形成配位,构成环氧磷酸铁螯合物,阻止了钢铁基体的进一步腐蚀。环氧树脂E – 44 用量为6 %～10 %的效果最好。由于环氧树脂的脆性大,柔韧性差,实验中加入聚乙烯醇缩丁醛用于增强涂料的附着力、柔韧性、增稠性,但聚乙烯醇缩丁醛的用量过大,涂膜的耐水性及耐盐水性能明显下降。用量过少,涂料易分层,贮存稳定性降低,涂膜的附着力及光滑度也受到影响。实验表明,聚乙烯醇缩丁醛在环氧树脂中的用量为4. 5 %～6 %最适宜。
3. 2 　转化剂的选用
涂料中的转化剂与铁锈起化学反应,使有害的铁锈转化为无害或有用的络合物。
(1) 磷酸它能与铁锈层充分反应,转化成难溶性的磷酸盐。但并不能将氧化皮和致密的铁锈转化。磷酸还可以与基体铁反应生成磷酸亚铁。磷酸亚铁膜与钢铁基体附着牢固,并具有强烈的阳极极化作用和阻蚀钝化作用。
(2) 单宁酸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基体有良好的附着力,能在钢铁基体上形成网状的、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。
3. 3 　溶剂的选择
为了改善漆膜的性能,提高溶剂的溶解能力,采用工业乙醇为主要溶剂,正丁醇为辅助溶剂,以二甲苯增强乙醇溶解环氧树脂的能力。本方法制造出来的涂料粘度可能较稠,所以加入一定比例的混合溶剂作稀释剂,降低漆料的粘度,同时考虑到溶解能力强,漆的粘度低,流平性及光泽好等目的,实验中采用以下3 个配方进行选择:
表1 　溶剂的选择

实验表明,2 号配方有较好的光泽流平性,干燥稍慢;3 号配方干燥快,光泽及流平性稍差但成本最低;1 号配方综合配方2 和配方3 的特点,光泽、流平性、干燥速度适当。所以实验中才用配方1 作为稀释剂。
3. 4 　渗透剂的选用
带锈涂料的渗透剂对锈层具有良好的湿润作用,同时也能增大涂料对疏松铁锈的润湿作用,使涂料把铁锈分离并包围在涂层中。从而阻止锈蚀的发展。实验中选用环氧磷酸酯作渗透剂,业已发现改性后的环氧磷酸酯的含量为1 %～5 %时,涂料具有较强的渗透润湿能力,而且与基体之间的结合力最好。
3. 5 　颜料的选用
本涂料选用滑石粉为体质颜料,氧化铁红为着色颜料。滑石粉能提高漆膜的柔韧性,降低其透水性,氧化铁红具有较高的着色力,能抗碱和有机酸,且能吸收紫外辐射,具有较强的耐光性。
3. 6 　涂膜性能测试
实验中对所制造涂料的涂膜性能进行如下方面的测试,其结果见表2。
表2 　涂膜性能测试

4 　结　论
通过实验研究,得到了集稳定、转化、渗透为一体的多功能性涂料。它以改性环氧树脂和聚乙烯醇缩丁醛为基料,辅以稳锈剂、防锈剂、渗透剂,转变成多种络合物,将铁离子固定以防止基体的进一步腐蚀,最佳配方为:
环氧树脂E – 44 11. 0 g ;
单宁酸1. 0 g ;
正丁醇6. 0 g ;
二甲苯4. 0 g ;
氧化铁红20. 0 g ;
乙　醇70. 0 g ;
聚乙烯醇缩丁醛7. 0 g ;
邻苯二甲酸二丁酯6. 0 g ;
乙二醇10. 0 g ;
滑石粉10. 0 g ;
磷酸二氢锌1. 2 g。