data-full-width-responsive="true"> 纳米TiO2 无溶剂环氧防腐涂料的研制何小玉 1，陈砺1, *，严宗诚1，程丽华2（1华南理工大学化学与化工学院，广东广州 510640；2广东石油化工学院化工与环境工程学院，广东茂名 525000）金属设备防腐蚀最有效、最常用的方法之一是在金属表面涂覆防腐蚀有机涂层，以隔绝金属基体与腐蚀介质。国内对防腐涂料的研究取得了较多成果，但还存在着研究方法落后，防腐涂层厚度大，有大量的易燃、易爆、有毒的有机溶剂逸出，对人体和环境有较大的危害等不足。目前，市场上使用的防腐蚀涂料仍以传统溶剂型防腐蚀涂料为主。但近年来，世界各国相继推出了有关环境污染限制的法律法规，其中涉及涂料行业的就有涂料中有机挥发物的含量和有害的空气污染物两大问题，这样将使占整个世界涂料行业53%的溶剂型涂料的生产受到限制。因此，开发低VOC 防腐蚀涂料很有必要，而无溶剂新型涂料是实现低VOC 的途径之一。本研究主要利用正交试验法对一种纳米无溶剂防腐涂料的配方进行优化。由于涂料组分较多，影响涂层性能的因素复杂，因此在多因素、多变量的配方设计中，采用正交试验设计法合理安排实验和分析实验结果，可大大提高效率。有机涂层的防护性能主要取决于其对水、氧气或其
他侵蚀性离子的阻挡屏蔽作用以及对腐蚀的抑制作用，因此，抗渗透性能是衡量涂层质量和防腐蚀效率的一个重要指标。本试验以涂层的渗水率和吸水率为重点考察指标，通过正交试验确定了涂料的最佳配方，获得了最佳的物理机械性能和防腐性能。1 实验1 1 原料市售环氧树脂 E-51(无色透明黏稠液体)，广州市榕晟化工有限公司；端羧基丁腈橡胶(黄色透明黏稠液体)，上海弘盛化工贸易有限公司；腰果壳油改性环氧树脂活性稀释剂(MD2013，浅黄色透明液体)，上海美东生物有限公司；纳米TiO2(100 nm)，阿拉丁；硅烷偶联剂(KH-550)，广州市欧颖化工有限公司；异丙醇，分析纯，天津市红岩化学试剂厂；磷酸锌，工业级，天津市科密欧化学试剂有限公司；氧化铁红，工业级，广州文龙化工；滑石粉(680 目)，清新县骏马粉体化工有限公司；超细高岭土(m)，工业级，广州亿峰化工科技有限公司；润湿分散剂(BYK-163)，广州尚国化工原料有限公司；消泡剂(BYK-066N)，广州锦鸿化工有限公司；固化剂(MD2008)，上海美东生物有限公司；模拟海水，自制；金属基材A3 钢片数块。1 2 实验设备及仪器SK3300LH 超声清洗仪，上海科导超声仪器有限公司；ZKYY-2L 恒温油浴搅拌机，广州芊荟化玻仪器有限公司；ED300 涡流测厚仪，沈阳天星试验仪器有限公司；TC-YP10002 电子天平，北京同德创业科技有限公司。1 3 涂料及涂层的制备(1) 纳米 TiO2 分散液的制备：称取一定量已干燥的纳米TiO2 粉体，用异丙醇作介质将其配制成悬浮液，高速(1 000 r/min)分散30 min，接着超声分散30 min，移入三口烧瓶中。同时将一定量的硅烷偶联剂溶解在异丙醇介质中，室温(25 C)下1 000 r/min 搅拌15 min。混合上述2 种溶液，超声场中分散30 min，然后在一定温度下于恒温油浴锅内搅拌，使偶联反应2 h，制得纳米TiO2 分散液以备用。根据以前相关研究，用动态光散射(DLS)分析可知，制备的纳米TiO2 分散液中平均粒径约为100 nm，粒径呈正态分布且稳定性好，不发生二次团聚。(2) 改性环氧树脂的制备：在三口烧瓶中按质量比9∶1 加入环氧树脂和端羧基丁腈橡胶，开动搅拌机(800 r/min)，油浴加热到110 ~ 120 C 进行反应。按照GB/T 16772008《增塑剂环氧值的测定》标准，连续测定反应体系的环氧值，直至体系的环氧值相对稳定，反应即达到终点。冷却至室温，即制得端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂。(3) 涂料的制备：称取一定量上述制备好的改性环氧树脂，加入腰果壳油改性环氧树脂活性稀释剂，高速(800 r/min)搅拌一定时间至分散均匀，加入上述制备的纳米TiO2 分散液，最后加入颜料、填料以及相关助剂，继续搅拌均匀后超声分散2 h，出料，制得纳米TiO2 无溶剂环氧涂料。(4) 涂层的固化：以所制备的涂料作为 A 组分，以腰果壳油改性酚醛胺固化剂作为 B 组分，常温下两者按质量比100∶55 机械搅拌(500 r/min)20 min 至均匀。按照GB/T 17271992《漆膜一般制备方法》，用毛刷刷涂到经打磨除锈、除油处理过的镀锡铁(马口铁)上[规格50 mm 100 mm (02 ~ 03) mm]，膜厚大于100 C 下待涂料完全固化后进行相关基础物理性能测试。1 4 涂层渗水率的测定渗水率是评估涂层抗渗透性能(即屏蔽性能)的一个重要参数。根据涂层的渗水率，可预测该涂料的耐蚀性能。重量法是测定涂层渗水率最基本的方法[4]。在试片上涂覆不同配比制备的涂料，待试片完全干燥后，测试涂层的厚度并称重，然后置于自制的(25 1) C 模拟海水中浸泡一定时间，取出后用滤纸擦干表面，准确称量。按下式[5]计算涂层的海水渗透率J：J = (m2 m1) / (At)。式中 m1、m2 分别为试样浸泡前、后质量(mg)，A 为试样表面积(cm2)，t 为浸泡时间(h)， 为涂层厚度(mm)。1 5 涂层吸水率试验准确称量处理好的钢片，记为m1(g)，然后按GB/T17271979 制备试片，待其完全干燥后称重，记为m2(g)。将试片垂直浸在盛有(25 1) C 蒸馏水的烧杯中24 h 后，用镊子将试片取出，迅速用滤纸吸干涂膜表面水分，称重为m3(g)。根据下式[6]计算涂层的吸水率W：
2 结果与讨论2 1 清漆正交试验结果无溶剂涂料清漆的主要成分为树脂、活性稀释剂、助剂和固化剂等，树脂一般占40% ~ 50%，活性稀释剂占树脂基体质量的2% ~ 10%。根据前期研究，添加纳米TiO2 分散液能提高涂层的防腐效果，添加量为树脂基体质量的5% ~ 15%。鉴于单一组分的环氧粘结树脂形成的漆膜性脆、抗冲击及抗弯曲能力差，往往难以满足实际应用的要求，因此，对粘结树脂进行改性是研制高性能涂层的基础。本研究使用端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂为主要成膜物质，以提高漆膜的韧性[7]。选择影响漆膜的3 个主要因素，即以改性环氧树脂为A 因素、活性稀释剂为B 因素、纳米TiO2 分散液为C 因素，利用正交实验法研究这3 个因素的最佳质量分数，分析对涂层耐蚀性能影响最大的因素。正交试验方案和结果分析见表1。
