
日期:2022-03-31
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核心提示:海洋浪溅区钢结构超厚膜环氧涂料姜秀杰 崔显林 王志超 王同良 冷晓飞 ( 海洋化工研究院,山东青岛 266071)0 引言海洋浪溅区是
海洋浪溅区钢结构超厚膜环氧涂料
姜秀杰 崔显林 王志超 王同良 冷晓飞 ( 海洋化工研究院,山东青岛 266071)
0 引言
海洋浪溅区是苛刻的海洋环境,该区域供氧充足,浪花不断冲击和润湿,再加上日光照射,干湿交替,盐分浓缩,使得该区域的钢结构腐蚀非常严重。据研究,厚度6.35 mm 的钢板在浪溅区,5 年即穿孔[1]。而海洋钢结构设计时一般至少要求耐用20~30 年,要延长钢结构的使用寿命,通常采用防腐涂料。常用的防腐涂料要满足长期防腐的要求,需要多道涂装,每道涂料施工间隔长,不但增加了施工成本,延长了工期,而且还容易造成涂装缺陷,使涂层防腐效果不理想,往往几年之后涂层就会失效,需要再投入大量的人力、物力去维护,尤其对于浪溅区的维护保养,耗资巨大。本文研制了一种适用于海洋浪溅区钢结构保护的超厚膜环氧涂料,一道涂料施工厚度达1 000 μm,缩短了工程时间,降低了施工成本,不存在多道涂料施工层间附着力不理想的弊端,另外,使用时间长,具有抗冲击和耐磨损的特点。
1 实验部分
1.1 原材料及配方
实验原材料及配方见表1。
表1 超厚膜环氧涂料的原材料及配方
1.2 仪器设备
高速搅拌机,三辊机。
1.3 制备工艺
1.3.1 EPU(聚氨酯改性环氧)的合成EPU 的合成原理如图1 所示。
将化学计量的TDI 加入到装有搅拌装置、冷凝器、温度计和氮气干燥系统的四口圆底烧瓶中,升温至60~80℃,加入计量的聚醚多元醇反应5 h,然后降温至40℃ 以下,加入计量的含羟基环氧化合物,升温至90℃,反应至无 -NCO 基团为止,降温,出料,待用。
1.3.2 A 组分的制备
按表1 配方,称取环氧树脂、EPU、环氧活性稀释剂、颜填料和助剂,置于高速分散机中,搅拌至分散均匀,后用三辊机研磨至要求细度,调黏度,过滤,包装。
1.3.3 试板的制备
在表面处理达Sa 2 的钢板上,刷涂2 道环氧富锌底漆,漆膜厚度80 μm,漆膜表干后备用。将超厚膜环氧涂料A 组分与复配固化剂B 混合搅拌均匀,刷涂在涂有底漆的钢板上,施工2 道,常温放置7 d,测试涂层性能。
1.3.4 超厚膜环氧涂料性能指标
超厚膜环氧涂料的性能指标见表2。
2 结果与讨论
2.1 EPU 对涂料性能的影响
单一的环氧涂料固化后,交联密度高,内应力大,再加上超厚膜涂层设计厚度为2 mm,在冷热交变及受到海浪冲击时会产生更大的应力,易导致涂层出现开裂、脱落等问题,并且涂层质地硬脆,耐开裂性、抗冲击性等性能都较差,因此采用TDI 和聚醚多元醇合成端-NCO 基聚氨酯预聚物,其结构中既有柔性的C-O-C 链,又有活性的酰胺基团,与含羟基环氧化合物反应,制得柔韧性EPU,按一定比例加入到环氧树脂中,其对涂层性能的影响见表3。
表3 EPU 对超厚膜环氧涂料性能的影响
注:*—改性环氧中EPU 用量为15%。
由表3 可以看出:在环氧树脂中加入EPU,可明显提高超厚膜环氧涂层的抗冲击性、柔韧性和耐盐雾性。
2.2 颜填料的选择
防腐涂料中的颜填料主要用来辅助隔离腐蚀环境,其品种和用量,以及与基料树脂的相互作用对涂料的稳定性和物理机械性能,尤其是对涂层的耐蚀防腐性能具有相当大的影响。在超厚膜环氧涂料体系中,防锈颜料以鳞片状云母氧化铁灰为主,其片状结构在涂层中形成定向排列的平行叠片层,使涂层具有优良的屏蔽性,能滞缓水汽及酸、碱、盐等腐蚀物质的渗透和产生对温度变化形变的抵抗力,防止涂层附着力下降、起泡、收缩等缺陷。另外,云母氧化铁能反射并吸收紫外光,转化为热能,赋予涂层优异的耐紫外线照射性,辅以沉淀硫酸钡填料,吸油度低,填充量大,提高了涂层的耐磨性,且耐介质性能好。
2.3 触变剂的选择
超厚膜环氧涂料为固含量100% 的无溶剂涂料,在生产过程中,特别是在调浆和研磨阶段,体系较稠,会给生产加工带来困难。然而施工过程中,要求一次喷涂施工干膜厚度达1 mm(1 000 μm),还要保证厚涂膜在立面上不会流挂,无刷痕、波纹、桔皮等现象,因而触变剂的选择是关键。单一的触变剂只能在生产或贮存过程中起到很好的防沉作用,但不能保证施工过程中涂料具有良好的抗流挂性和流平性,因此选用有机膨润土、气相二氧化硅和助剂M 配用,通过次价键的作用,在涂料中形成三维结构,使涂料具有结构黏度,受剪切力时三维结构破坏,黏度下降,使涂料恢复良好的流动性;当剪切力消除后,三维结构自行恢复,黏度增大[2]。通过适当调整它们之间的比例和总含量,既能降低生产过程中的涂料体系黏度,又能保证垂直立面上的厚湿膜不会流挂。触变剂用量对涂膜性能的影响见表4。
表4 不同触变剂种类及用量对涂膜抗流挂性和流平性的影响
注:P—有机膨润土;Q—气相二氧化硅;M—助剂M。
由表4 可以看出:在超厚膜环氧涂料体系中,选用1% 有机膨润土+2% 气相二氧化硅+2% 助剂M 的触变剂体系具有良好的综合性能。
2.4 固化剂的选择
固化剂的结构与性能直接影响超厚膜环氧涂料的应用,试验过程中对几种固化剂及复配固化剂进行对比筛选,其对超厚膜环氧涂料体系的影响见表5。
表5 固化剂种类对超厚膜环氧涂料性能的影响
由表5 可以看出:复配固化剂在保证较快固化速度的同时,还有效延长了使用时间,避免了超厚膜涂料两组分混合后较快凝胶,导致原料报废的情况,并且选用复配固化剂制得涂膜的柔韧性好。
3 结语
(1) 通过合成EPU 聚氨酯改性环氧树脂,按一定比例加入到环氧树脂中,有效提高了涂层的抗冲击性、柔韧性及其它性能;选用合适的触变剂,降低了生产过程中涂料体系的黏度,提高了生产效率,并保证超厚膜涂料在厚膜施工时不流挂,形成良好的涂膜状态。
(2) 超厚膜涂料一道施工干膜厚度可达1 000 μm,不流挂,具有抗冲击和耐磨损的特点,使用时间长,适用于浪溅区钢结构的防护。