探析環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用

楊翰祥

摘要：常見的防腐涂料主要包括環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯涂料以及無機(jī)富鋅涂料等，環(huán)氧樹脂涂料是最主要的一類，它是熱固性樹脂，以其易于加工成型、固化物性能優(yōu)異等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。本文以改性環(huán)氧樹脂為例進(jìn)行，結(jié)合筆者實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，首先簡述了防腐涂料機(jī)理，對(duì)改性環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：防腐涂料機(jī)理；改性環(huán)氧樹脂；應(yīng)用；水性金屬

一、防腐涂料機(jī)理的分析

防腐涂料機(jī)理主要體現(xiàn)在：（1）涂層的屏蔽作用。涂層涂覆于金屬表面，使電解質(zhì)（水、氧、氯離子等）與金屬界面無法直接接觸，阻止或減緩了金屬的電化學(xué)腐蝕。（2）濕附著力的作用。濕附著力是指在水存在下的附著力，保證水和氧不能在金屬表面快速擴(kuò)散而減緩金屬腐蝕。由于溶劑揮發(fā)或制備工藝影響，涂層總存在孔隙等缺陷，構(gòu)成了電解質(zhì)滲入的主要通道，研究發(fā)現(xiàn)涂層透水和氧的速率往往高于鋼鐵表面腐蝕消耗水和氧的速率，因此涂層的防護(hù)不只有屏蔽作用，其濕附著力對(duì)防腐蝕也起著重要作用。（3）犧牲陽極的陰極保護(hù)作用。通常在涂料中加入一些活潑的金屬粉末（如鋅粉等）作為犧牲陽極，起著保護(hù)陰極金屬基體的作用。

二、改性環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用分析

（一）聚合物改性環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用分析。由于高分子相容理論和相容技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，使得熱塑性樹脂與環(huán)氧樹脂合金化成為可能。常用的熱塑性樹脂有聚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、液晶高分子等品種。采用聚醚酰亞胺以提高雙酚A二氰酸酯/酚醛環(huán)氧樹脂共混物的斷裂韌性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：聚醚酰亞胺是氰酸酯/酚醛環(huán)氧樹脂共混物的有效增韌劑，加入15%的聚醚酰亞胺可使斷裂韌性提高到1.45MPa，彎曲強(qiáng)度也有所提高。用掃描電子顯微鏡和動(dòng)態(tài)粘彈譜研究改性共混物的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，共混物的韌性和耐溶劑性主要與相行為有關(guān)，固化工藝對(duì)含10%聚醚酰亞胺的共混物的斷裂韌性和形態(tài)沒有明顯的作用。將胺化聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂以一定比例混合，加熱到120-160℃后，加入熔化的二氨基二苯基甲烷，制備固化的胺化聚碳酸酯增韌環(huán)氧樹脂。結(jié)果表明，EP與a-PC形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且當(dāng)胺化聚碳酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，試樣斷裂韌性最大。韋春等合成了一種端基含有活性基團(tuán)的熱致性液晶聚合物，用其改性環(huán)氧樹脂CYD-128/4，4’-二氨基二苯砜（DDS）固化體系，對(duì)改性體系的沖擊性能、拉伸性能、彈性模量、斷裂伸長率、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg與LCPU含量的關(guān)系進(jìn)行了分析，對(duì)不同種類液晶化合物對(duì)CYD-128/DDS體系改性效果進(jìn)行了比較，用掃描電鏡對(duì)材料斷面的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，LCPU的加入可以使固化體系的沖擊強(qiáng)度提高2-3.5倍，拉伸強(qiáng)度提高1.6-1.8倍，彈性模量提高1.1-1.5倍，斷裂伸長率提高2-2.6倍，Tg提高36-60℃，改性后材料斷裂面的形態(tài)逐漸呈現(xiàn)韌性斷裂特征。設(shè)計(jì)并合成了一種側(cè)鏈型液晶聚合物（SLCP），用T31作固化劑時(shí)SLCP對(duì)環(huán)氧樹脂有較好的增強(qiáng)增韌效果，在強(qiáng)度和玻璃化溫度不降低的情況下，斷裂伸長率比未改性固化物最大提高2.6倍；但用三乙醇胺作固化劑時(shí)SLCP對(duì)改性環(huán)氧樹脂效果不明顯。

（二）結(jié)構(gòu)改性環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用分析。環(huán)氧樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是大分子鏈上含有環(huán)氧基，由于生成環(huán)氧基的方法不同，所用原料不同，生成的環(huán)氧樹脂種類也不同，其中耐蝕用的環(huán)氧樹脂主要是雙酚A型環(huán)氧樹脂，用酚醛樹脂對(duì)其進(jìn)行改性后生成的酚醛環(huán)氧樹脂是開發(fā)較早、較為成熟的多官能度環(huán)氧樹脂的重要品種，它固化后具有較高的交聯(lián)度，同時(shí)由于骨架中大量苯環(huán)的存在，使其具有較高的熱變形溫度和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，兼有雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂的優(yōu)點(diǎn)。例如，YH-343系列環(huán)氧樹脂是用二氨基二苯甲烷代替雙酚A制成的環(huán)氧樹脂，其特點(diǎn)是具有較高活性，固化物有較好韌性、耐熱性、耐化學(xué)藥品性，已被應(yīng)用于防腐涂料。

（三）有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂在防腐涂料中的應(yīng)用分析。利用有機(jī)硅對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，可使熱穩(wěn)定性、耐候性、脆性等得到明顯改善，同時(shí)因低表面自由能的有機(jī)硅敷于樹脂表面，使環(huán)氧樹脂防水防油性能得以改善。由于有機(jī)硅與環(huán)氧樹脂不相容，一般用有機(jī)硅的-NH2-、-OH-、-OR與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基進(jìn)行接枝或共聚反應(yīng)，以降低界面能，改善相容性。例如，為了提高環(huán)氧樹脂涂料的耐熱性，人們利用硅酮的耐熱性將少量硅酮樹脂與環(huán)氧樹脂混合制成新的耐熱防腐涂料。其中硅酮中-Si-O-Si的存在使涂料具有良好的熱穩(wěn)定性，而Si-C-則保證了涂料的固體成分。先將環(huán)氧樹脂與甲基異丁酮等混合組成溶劑，然后將硅酮樹脂加入上述溶劑，再用二甲苯進(jìn)行稀釋，并加入聚酰胺作為固化劑。通過分光鏡和電化學(xué)顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)涂料的熱穩(wěn)定性有了顯著提高，對(duì)甲苯、三氯基甲苯等溶劑也有良好的抵抗力。將環(huán)氧樹脂與氯化橡膠、硅酮樹脂共混生成聚合物一聚合物類型復(fù)合涂料，利用橡膠對(duì)水蒸氣等腐蝕介質(zhì)的阻隔性和硅酮的耐高溫性，可以用單層涂膜來實(shí)現(xiàn)普通多層薄膜的防護(hù)功能。張斌等用氨基硅油和雙酚A型環(huán)氧樹脂為原料合成一種新型的環(huán)氧樹脂，通過研究不同反應(yīng)時(shí)間、不同反應(yīng)溫度以及不同氨基硅油含量對(duì)改性環(huán)氧樹脂性能的影響，以及用熱重法對(duì)改性樹脂的耐熱性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)用工業(yè)產(chǎn)的氨基硅油合成的改性環(huán)氧樹脂同樣具有良好韌性和耐熱性。

三、改性環(huán)氧樹脂在水性金屬防腐涂料中的應(yīng)用分析

環(huán)氧樹脂涂料因具有耐化學(xué)藥品性優(yōu)異、附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于工業(yè)防腐領(lǐng)域。水性環(huán)氧防腐涂料把水作為分散介質(zhì)，最終的產(chǎn)品無氣味、不易燃、價(jià)格低廉，在使用、運(yùn)輸和貯存過程中的安全性大大提高。采用雙酚A型環(huán)氧樹脂E-20，消泡劑，成膜劑，分散劑，流平劑，填料，穩(wěn)定劑；正丁醇，磷酸，乙二醇丁醚，過氧化苯甲酰，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，苯乙烯；氨水，氫氧化鈉。取一定量的正丁醇、乙二醇丁醚、環(huán)氧樹脂加入到四口燒瓶中，并在一定溫度范圍內(nèi)使環(huán)氧樹脂完全溶解。然后開始滴加磷酸，并冷凝回流。反應(yīng)一段時(shí)間后，加入適量的丙烯酸酯類單體和引發(fā)劑的混合物，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)補(bǔ)加適量的引發(fā)劑，并在出現(xiàn)白色乳狀液后緩慢滴加適量水。接著降溫并加中和劑，最后冷卻到室溫出料。向改性的乳液中加入填料、助劑、去離子水，然后進(jìn)行研磨和攪拌，得到水性金屬防腐涂料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：丙烯酸及其酯類等單體的接枝率決定改性樹脂的水溶性，而接枝率又受引發(fā)劑用量的影響，隨著引發(fā)劑濃度的升高，接枝轉(zhuǎn)化率先升高后降低。環(huán)氧值同樣也受到了引發(fā)劑用量的影響。綜合考慮兩個(gè)方面的因素引發(fā)劑用量為1.2g時(shí)，乳液性能最佳。在丙烯酸酯類單體與環(huán)氧樹脂的接枝反應(yīng)中，存在著多種類型的競爭反應(yīng)：環(huán)氧樹脂與含羧基單體的接枝共聚反應(yīng)、丙烯酸酯類單體問的加聚反應(yīng)及羧基單體與環(huán)氧基的開環(huán)酯化反應(yīng)，其中溫度決定反應(yīng)的類型。溫度較低時(shí)酯類單體發(fā)生自聚和相互聚合反應(yīng)，隨著溫度的升高接枝率升高，但溫度過高時(shí)會(huì)加速羧基單體與環(huán)氧基的開環(huán)酯化反應(yīng)。當(dāng)溫度為120℃，最適合丙烯酸酯類單體與環(huán)氧樹脂的接枝反應(yīng)。

四、結(jié)束語

綜上所述，環(huán)氧樹脂主要是通過環(huán)氧結(jié)構(gòu)改性等高性能化后可以制成防腐涂料，環(huán)氧樹脂改性重點(diǎn)是提高耐熱性、耐燃性、延長使用期和貯存期、樹脂單組分化、低粘度、低溫固化性等，所以其在防腐涂料中被廣泛應(yīng)用。