
日期:2021-06-25
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核心提示:0 前言自1985年,Deberry发现聚苯胺以来,聚苯胺作为一种新型的环境友好防腐蚀材料,开始受到人们的关注。世界各国学者相继开展
0 前言
自1985年,Deberry发现聚苯胺以来,聚苯胺作为一种新型的环境友好防腐蚀材料,开始受到人们的关注。世界各国学者相继开展了这方面的研究,绝大多数研究人员都肯定了聚苯胺的防腐蚀作用。
然而作为一种防腐材料,聚苯胺的工业化应用并不广泛,此类产品较少,目前大部分的研究工作大多是在试验室针对聚苯胺、基体树脂这样的简单双组分体系,高速搅拌分散数小时,通过电化学方法进行性能测试。可实际应用中,根据需要,涂料往往要加入其他颜填料,如果聚苯胺能够像常规颜填料一样添加到涂料中,无疑利用起来会更方便。
本文将聚苯胺与其他颜填料混合制备环氧涂层,通过盐雾试验比较不同的聚苯胺的防腐效果,选择耐盐雾效果好的聚苯胺添加到环氧磷酸锌涂料中,比较其防腐性能。
1 试验部分
1.1 主要原材料及设备
聚苯胺浆(进口),200目、600目聚苯胺粉末(南京凹土新材料),E-20树脂(工业),聚酰胺固化剂(工业),磷酸锌(工业),多功能分散仪(上海环境新材料有限公司),盐雾箱(上海环境新材料有限公司)等。
1.2 涂料制备及样板制备
A组分制备:先将聚苯胺浆或聚苯胺粉末与环氧E-20混合高速分散20 min,然后加入其他颜填料和助剂加砂共研磨至80 μm,过滤备用。
B组分制备:加入一定量的DMP-30促进剂,并稀释聚酰胺固化剂至合适黏度。
基本配方见表1。
底材采用低碳钢板,砂纸打磨处理。刷涂,二道,50~60 μm,涂装间隔24 h。室温干燥8 d,放入盐雾箱试验。
2 结果与讨论
2.1 不同用量的聚苯胺浆对耐盐雾性能的影响
从聚苯胺浆的耐盐雾试验(图1~图3)中可以看出,与未添加的比较,聚苯胺浆添加用量为3%(质量分数,后同)时,防腐性能未有明显增强。当添加量达到5%、10%时,与未添加聚苯胺的比较,在盐雾30 d时,划“×”处锈蚀轻,但涂膜表面泡较未添加的多。盐雾70 d,划“×”处仍锈蚀很轻,但泡增多增大。该聚苯胺浆在本体系中虽然具有明显的抗锈蚀功能,但同时也能使涂膜更易起泡。聚苯胺是一种具有氧化还原能力的共轭高分子材料,其氧化还原电位比铁高,当与铁接触时,在水和氧气的作用下,两者发生氧化还原作用(如图4),在金属表面形成氧化膜,使金属钝化,从而提高了涂层的防腐性能。当聚苯胺浆的量低于3%时,聚苯胺在涂层中的分布稀疏,不能形成致密的氧化膜,因此其防腐性能不明显。随着聚苯胺浆量的增大,聚苯胺在涂层中的分布变得均匀致密,形成有效的钝化层。即便在划“×”处也有氧化膜的存在。但聚苯胺浆本身含有少量树脂,当用量加大时,引入的树脂量加大,体系颜基比减小,涂膜表面易起泡。
2.2 聚苯胺粉末的用量和细度对耐盐雾性能的影响
采用不同细度和用量的聚苯胺粉末,制备2701~2707配方小样,制板,比较耐盐雾性能,见表2。
试验结果如图5所示,可以看出200目聚苯胺添加量为1.5%时,耐盐雾效果和不添加区别不大;但当添加量增大到3%时,耐盐雾效果有所增强;600目聚苯胺的添加量为1.5%时,耐盐雾效果已体现,较未添加的好,且在试验范围内随着添加量的增大,耐盐雾效果增强显著;本试验中600目的10%聚苯胺的添加量,在试验前期,表现出很好的防腐效果,后期出现较重破坏,可能是由于膜厚较其他薄,仅为35 μm,其他样板为50~60 μm。
相比而言,600目的聚苯胺在环氧中较200目防腐效果好,600目聚苯胺用量为1.5%时防腐效果已体现出来。聚苯胺的防腐主要是聚苯胺与金属底材接触,形成致密氧化膜,使该金属的电极电位处于钝化区。600目的聚苯胺较200目的比表面积大,在涂层中的分布更加均匀致密,其与金属表面的有效接触面积和反应活性均比200目的大,因此易于形成更加致密的氧化层,从而表现出更优异的防腐性能。
2.3 聚苯胺代替磷酸锌的应用
在环氧磷酸锌底漆中,采用一定量的聚苯胺代替不同量的磷酸锌,比较两者耐盐雾性能和耐盐水性能。
2.3.1 耐盐雾性能
耐盐雾试验由好到差:1102、1103>1106>1105>1104、1101。
2.3.2 耐盐水性能
耐5%NaCl试验由好到差1102、1103>1106>1105>1104、1101。结果显示了与耐盐雾试验相同的规律。可以看出聚苯胺的添加,能显著提高环氧磷酸锌底漆的耐盐雾和耐盐水性能。
从耐盐雾和盐水的试验结果来看,600目的聚苯胺等量代替磷酸锌或在15.6%的磷酸锌基础上添加5%的聚苯胺,防腐效果区别不大,均优于单独用磷酸锌。即使用3%的聚苯胺代替一半磷酸锌,防腐蚀性能也有显著的增强。采用5%的聚苯胺代替全部磷酸锌,防腐性能也有提高,采用200目的聚苯胺防腐性能虽然有所提高,但较600目差,与前面试验吻合。
3 结语
聚苯胺与其他颜填料有较好的配伍性,在涂料中的添加会使传统的涂料防腐性能有明显的提高。聚苯胺的颗粒越小,比表面积越大,越容易形成致密的钝化层,防腐性能越好。因此可通过提高聚苯胺的比表面积,提高其防腐性能,降低聚苯胺的用量,从而降低成本。虽然聚苯胺具有良好的防腐性能,但因其价格昂贵,限制了它的应用。目前,国内外已经开展了在凹凸棒土、蒙脱土等无机材料表面包覆聚苯胺的研究和生产,由此可显著降低聚苯胺的应用成本,扩大聚苯胺的应用领域。聚苯胺的无污染性也迎合了现在的涂料发展趋势,相信在不久的将来,具有独特性能的聚苯胺涂料能成为一种无污染的重防腐涂料,在工业上得到广泛的应用。成为一种前景广阔的并特别适合于海洋和航天等领域的金属防护涂料。