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室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制,环氧树脂涂料因其分子结构特征含环氧基、脂羟基等, 具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力, 是目前世界各领域应用最广泛的涂料,中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站
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室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制,环氧树脂涂料因其分子结构特征含环氧基、脂羟基等, 具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力, 是目前世界各领域应用最广泛的涂料
2019年10月31日    阅读量:13093    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

前 言

随着现代工业的迅猛发展, 工业建设中的耐热工程与人民生活、经济发展息息相关。据统计在石油炼制、化工、化肥、制药、化纤等领域成套生产过程中仅换热设备的投资占10% - 40%。这些设备是提高能源利用率的重要部件, 它们不仅在较高的温度下工作, 又要耐受各种腐蚀, 如化学腐蚀、热腐蚀、污垢腐蚀, 其工作耐受环境比较苛刻涂料在线coatingol.com


此外, 在上述行业中的各种容器、管道设备也都处于高温腐蚀的介质环境, 高温条件下的防腐技术是防腐技术水平的重要标志 , 已有的耐热防腐蚀材料、价格比较昂贵, 其在固化过程中需要较高的活化能并且物理机械性能得不到保证, 使用受到了限制。


近年来, 用耐腐蚀的不锈钢制造耐高温介质的换热设备得到了广泛的应用, 然而由于价格的限制, 在许多的场合人们仍然采用涂料技术防腐 , 早在20世纪40至50年代, 美国曾将酚醛涂料用于冷凝器等诸多的耐热工程。


50至60年代, 苏联、日本等国家也相继采用酚醛树脂涂料, 用于海水换热器及供热工程。


但这类涂料易脆裂, 韧性差, 由于温差的急骤变化造成漆膜的开裂, 结果也不理想。60 至70年代世界几个发达国家采用酚醛、环氧树脂及有机硅的体系进行改性, 逐步形成了耐热功能较好的体系, 80 年代欧美国家这类涂料产量以每年20% 的速度递增, 其主要的研发方向及产品有三类: 

( 1)采用芳香族胺类或呋喃化合物进行环氧改性, 然后以多异氰酸酯与硅胺酚封闭的预聚物做固化剂, 以提高其耐热性。

( 2)采用双酚A 以代替苯酚合成耐热性能好的酚醛树脂, 再用环氧多异酸脂等化合物改性。

( 3)酚醛环氧有机硅三元树脂交联体系合成的, 并流行世界的SAKAPHEN 涂料。

国内诸多的研究单位研制聚苯硫醚及有机硅涂料, 虽然有较高的热稳定性, 使用温度可达到200℃以上, 但价格较昂贵且不能室温固化, 使用也受到限制。近年出现的耐温酚醛树脂防腐涂料及水性涂料耐温可达140 ~ 160℃ , 相对耐温耐蚀等级较低, 也不十分理想。所以研究一种性能优良既可常温固化又兼具有较低价位的耐热防腐材料具有特殊的意义。本研究工作是利用环氧树脂良好的物理机械性能, 通过改性增加芳环官能团数量, 提高其耐热性和刚性, 实现室温固化高温条件下使用, 改性结果可大大降低成本, 使用方便, 提高了工作效率。

 

1 方 法

1. 1研究依据的理论基础

工矿行业的耐热工程防腐难题越来越得到人们的重视。环氧树脂涂料因其分子结构特征环氧基、脂羟基具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力是目前世界各领域应用最广泛的涂料, 但由于其分子结构特征只能在80~ 90℃ 的条件下使用, 而耐热环酚改性材料可大大增加其分子链段中的芳香官能团结构, 提高其耐热性, 例如: 以双酚F 和环氧氯丙烷反应, 其过程可示意如下:

室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制,环氧树脂涂料因其分子结构特征含环氧基、脂羟基等, 具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力, 是目前世界各领域应用最广泛的涂料 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

这种分子结构特征因两个酚羟基位置的不同有三种异构体的环氧基、脂羟基、酚羟基活性基团, 在一定的条件下可与过量的环氧氯丙烷进行交联, 该体系具有较低的黏度, 这就意味着可以在体系中加入更多的填料, 制成高固体成分的涂料或无溶剂涂料。


同时这种结构特征是多个环氧基固化, 其分子结构紧密, 这样组合的涂料体系具有较好的耐蚀性、可抗渗性、耐热性和高化学稳定性。同时, 固化后的高分子化合物含有较多的强极性羟基、醚基和胺基,它们与界面产生极强的附着力, 提高了涂层的机械强度。


1. 2涂料配伍研究

根据上述理论, 利用改性的环酚树脂良好的耐热性、耐腐蚀性、耐水性及良好的机械性能等综合性能进行了涂料配伍的研究工作。

( 1)固化剂--机械性能关系

应用酚醛氨基树脂固化剂制得涂膜常温下放置7天实干, 其物理机械性能:

固化剂对机械性能影响

室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制,环氧树脂涂料因其分子结构特征含环氧基、脂羟基等, 具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力, 是目前世界各领域应用最广泛的涂料 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

固化剂用量在10- 16范围内机械性能最好; 固化剂用量太少则交联密度小, 固化不完全; 固化剂用量太多则部分低聚固化剂未充分反应, 影响物理机械性能。

( 2)固化剂--耐蚀性关系

固化剂用量对腐蚀性能的影响

室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制,环氧树脂涂料因其分子结构特征含环氧基、脂羟基等, 具有良好抗腐蚀的官能团及较强粘接力, 是目前世界各领域应用最广泛的涂料 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

表1、表2表明固化剂用量为10- 16范围内, 涂料的机械性能及耐腐蚀性能最好。

( 3)填料及颜料对漆膜的影响

① 颜填料对涂料漆膜机械性能的影响

颜填料等可根据用户的不同要求, 分别采用铁红、立德粉、重晶石粉、石墨和钛白粉等均可实现附着力一级、柔韧性1mm, 但冲击强度有所差异, 一般情况下采用石墨粉和钛白粉、重晶石粉为好。

② 颜填料对涂料防腐性能的影响

挂片试验表明: 耐高温填料石墨粉、钛白粉、沉淀硫酸钡、滑石粉、立德粉、氧化铁红对强碱介质10% NaOH 无明显差异, 耐强酸( 40% H2 SO4 )性能差异甚大, 其耐酸性排列次序如下: 石墨粉- 沉淀硫酸钡- 钛白粉-滑石粉-铁红。

③ 金属填料对漆膜性能影响

本涂料如用于换热器时, 为提高其传热系数K值, 宜采用金属粉做填料, 如锌粉、不锈钢粉, 其柔韧性、抗冲击强度、附着力均可达到1mm及50kg•cm和1级指标。

④ 防沉剂用量

为提高涂料的悬浮性防止结块, 选用有机硅藻土做防沉剂。试验表明其用量为0. 5%效果好。

1. 3耐温涂料的组成

综合耐温涂料基质材料的研究、颜填料的筛选、耐蚀功能的考核及施工工艺等因素, 确定本涂料的基本组成如下:

多官能团环酚树脂 34- 37

溶剂25- 28

云母4- 6

滑石4- 13

炭黑0. 1- 0. 2

有机陶土0. 4- 0. 6

 

2 结 果

( 1)耐高温防腐涂料常规性能

表3耐高温防腐涂料常规性能

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耐高温防腐涂料常规性能

( 2) 耐蚀性能

普通碳素钢棒每天在室温条件下用本涂料涂刷一次, 每次涂层厚度约60um, 涂4 道在室温下放置7天, 根据GB- 1763- 79的方法放入装有不同介质的磨口瓶中浸泡密封保存。


涂膜常温浸泡试验结果

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从涂膜超强试验结果可以说明本涂料具有良好的耐强碱、强酸及耐油、耐有机溶剂性。

( 3)耐高温性能

试片: 马口铁120 x 30 涂布20- 30um (干膜)室温下7天放入200 ± 5℃ 烘箱中, 焙烘一定时间后取出, 测涂膜物理机械性能。

耐高温防腐涂料常规性能

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从表中数据说明本涂料具有良好的耐热性。

 

3 结 论

( 1)本研究的室温固化环酚改性耐高温防腐涂料利用双酚F与环氧改性的方法, 增加芳环多官能团结构, 提高了其耐热性, 同时降低了黏度使涂料可填加多种耐热体质材料所组成的固化交联体系, 全面提升了涂料的机械性能、耐腐蚀性能、耐温性能。

( 2)本研究的涂料可在室温下固化, 200℃ 以下使用, 节省能源, 使用方便, 有良好的施工性, 利于大规模的现场应用。施工方法可采取辊涂、刷涂、喷涂作业。


室温固化环酚改性耐高温重防腐涂料的研制*

张丽芳, 赵弘韬, 王 漫, 王浩琛

(黑龙江省科学院技术物理研究所, 黑龙江哈尔滨150086)


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