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粉末涂料的不同体系对涂层的防腐影响
时间:2021-01-03 14:00:21 点击次数:97

腐蚀问题一直以来困扰着涂料领域,本文重点着眼于粉末涂料配方体系中对防腐影响的一些要素,当然大气环境与基材在很大程度上也会影响着涂层的腐蚀性能。

与其他化学体系比较,环氧树脂因为其共同的化学结构赋予。其优异的耐化学性和耐水性以及与基材的附着力。

所以在防腐领域,环氧树脂占大多数。文中对不同类型的环氧树脂,固化剂以及常用的防腐助剂和填料进行了分析。

1、引言

随着工业技术的快速开展,环境保护问题现已越来越遭到全世界的注重。特别是在我国,政府机构声明在2015年初开端对溶剂涂料厂商征收高达4%的消费税。

因为粉末涂料的VOC几乎接近于零,这对于粉末涂料厂商是个好消息,将会提供更多的开展契机与政府的大力支持。

粉末涂料已广泛应用到许多领域,诸如修建、轿车、管道、移动通信和家用电器等。粉末涂料职业中,涂料防腐的工作与研讨一直没有间断过。

有关桥梁、修建物、飞机、轿车与输气管道等腐蚀损坏的报导习以为常。尽管在油气管道职业中现已开宣布一种有效的阴极保护措施,但仍存在涂层损坏的状况。

涂层损坏的影响要素许多,这或许遭到包含成膜物质、颜填料、助剂、基材类型、前处理工艺、固化工艺、涂层厚度与涂层附着力在内涂料体系的影响,也或许包含温度、湿度、细菌与紫外线在内外部环境的影响。所有腐蚀影响要素间的联系如图1所示。

 
对于粉末涂料厂商而言,防腐功能的改善关键在于涂料本身化学组成的设计,这就需要挑选适宜的成膜物质、颜填料与防腐助剂。接下来这些影响要素将逐个介绍。

2、成膜物质

粉末涂料所用树脂主要为聚酯、丙烯酸、聚氨酯与环氧。聚酯结构中存在着酯基,易于在潮湿环境下水解;丙烯酸结构中也含有酯基,被证明易在酸雨环境下遭到破坏;

聚氨酯可用于防腐涂料,但价格高昂;价格合理与防腐功能优良的环氧树脂,则是个很好的挑选,如图2所示,就以双酚A型环氧为例。

 

双酚A型环氧优秀防腐功能的决定因素如下:

1)侧羟基赋予了同金属杰出的附着力

2)骨架中醚键赋予了优秀的耐化学性与耐碱性;

3)结构中无酯基,具备杰出的耐水性;

4)高交联密度赋予了对基材更杰出的屏蔽作用;

除了双酚A型环氧,线性酚醛改性环氧与双酚F型也可用于防腐粉末涂料中,两者的化学结构图如图3与图4所示。

 
从化学结构上分析,线性酚醛改性环氧同双酚A型环氧与F型环氧相比,单位摩尔物质中含有更多数目的环氧基团与芳香环,固化后交联结构更为细密,具有更优秀的防腐功能,但一起也存在脆性这一缺陷,一般很少在粉末涂料中单独使用。

在重防腐粉末涂料中,线性酚醛改性环氧往往与双酚A型环氧共混使用,以到达优秀的防腐功能与力学功能。粉末涂料用双酚F型环氧主要是为改善涂料的流平性,也可同双酚A型环氧共混使用。

除了化学结构,分子量也是影响环氧各项功能的重要因子,其影响状况如图5所示。同高分子量环氧相比,因为低分子量环氧含有更多数目环氧基团,固化后涂层的交联密度增大,从而涂层的硬度添加,柔韧性与冲击强度降低。

低分子量环氧比高分子量环氧结构中含有较少数目的羟基,也会降低涂层与基材间的潮湿性与附着力。

综合环氧各项功能考虑,环氧的分子量须在必定范围内,或大或小均会影响到涂层的防腐功能。在重防腐领域中,环氧的分子当量一般在700-900g/eq,分子量散布较窄。

在固热性粉末涂料配方中,成膜物质主要由树脂与固化剂组成。粉末涂料用环氧的常见固化剂包含咪唑、胺类(双氰胺与芳香胺类)、酸酐与酚类固化剂等。

其中,咪唑因为活化能低与固化反响剧烈,固化后涂层内应力大与力学功能不佳,很少单独使用,而是常常作为环氧粉末涂料的催化剂。双氰胺具有杰出的综合功能与性价比,是常见的粉末涂料固化剂。

几种芳香胺也可用于粉末涂料固化剂,例如Z.Wang等研讨了三种芳香胺类固化剂(二氨基苯砜、间苯二胺与酚醛胺)固化涂层在浓度为10%的热硫酸溶液中的防腐功能,发现二氨基苯砜固化涂层具有更好的防腐功能。

因为酸酐易产生刺激性气体,储藏稳定性不佳,在一定程度上约束了它在粉末涂猜中的使用。酚类固化剂以其低烘烤温度、快速固化与优秀防腐功能的长处,成为在重腐蚀环境如油气管道领域中的首选。

3、防腐涂料用颜填料

作为粉末涂猜中一种不可或缺的成分,防腐颜填料从防腐机理来说,是经过物理隔绝、电化学反响以及缓蚀反响来达到防腐抗蚀的目的。

物理隔绝防护是借助于层状填料的涂层增厚与防渗功能来完成的。广泛用于防腐粉末涂猜中的层状填料主要是云母氧化铁、绢云母与玻璃鳞片。

腐蚀介质在含球形填料涂层中趋于直线型迁移与扩散,这样大大延缓了涂层腐蚀进展。别的需求指出的是,片状填料在粉末涂料加工挤出过程中可能难以保持原有的片状形状,这一点约束了其在粉末涂猜中的使用。

原则上讲,比基材的电化学性质更活泼的金属,均可作为防腐涂料的颜填料。但目前,使用最为广泛的是金属锌颗粒,有报导称环形锌达到最佳防腐功能的颗粒均匀直径为2μm。

金属锌的防腐机理在于锌参加腐蚀反响产生了不溶物如ZnFe2O4与碱式碳酸锌,特别地。

当由Eckave-Werke公司开发的片状金属锌替换了传统的球状锌后,因为片状金属锌具有共同的平行搭接与屏蔽功能,涂料的防腐功能得到进一步的改进。

缓释型颜填料按参加反响类型可分为阴极型与阳极型。阴极型缓蚀剂,如镁和铝的无机盐,是经过在中性环境下同氢氧根离子的阴极反响生成不溶物来按捺涂层的腐蚀。

阳极型缓蚀剂,如磷酸盐、硅酸盐或氢氧化物,可在金属表面形成一层氧化保护层。假如反响缓释型颜填料不足,这将形成不佳的电极区,反而会加快腐蚀进展。

目前,缓释型颜填料使用最为广泛的是含磷酸盐颜填料,如磷酸锌与磷酸镁。别的,还有一类毒性更少的缓释型颜填料,它们是根据金属氧化物混合物的尖晶石型颜填料。

4、助剂

理论上讲,一切有助于提高涂层与金属基材间附着力的助剂,均可用于改进涂层的防腐功能。硅烷或改性硅烷便是常见的一种,可改进涂层与金属基材的层间附着。

除了硅烷类还有一些其他类型的附着力促进剂,比方查特威国际公司研宣布一系列用于粉末涂料的附着力促进剂。

如含有高浓度氨基、羟基或羟基的Chartsil B 515.2H/1H与ChartsilC,这些均可在挤出加工前引进到涂猜中。别的,有报导称将聚笨胺加入到环氧粉末涂猜中,可改进其防腐功能。

5、展望

随着环境保护越来越受到重视,粉末涂料在不久的将来具有更大的使用远景。可是迄今为止,粉末涂料因为各种条件的约束,未能使用到C5与C6腐蚀等级上,这对于粉末涂料技术人员、设备供货商以及基材前处理专业人士而言,仍有许多的工作与研讨去做。

在很多防腐助剂之中,低毒绿色缓蚀剂是防腐涂料的发展趋势,液体涂料界中提到了一些绿色缓蚀剂如生物可降解高分子与植物提取物,这些在许多腐蚀环境下表现出突出的防腐功能。

尽管这些绿色缓蚀剂具有低毒与生物可降解的长处,但仍存在各种技术瓶颈。如何在工业层面上广泛利用这些绿色缓蚀剂,特别使用到粉末涂猜中,需求进一步的研讨与探究。

 



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