无溶剂环氧抗冲磨防腐涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 0 引言随着我国对水利水电自然资源的开发利用，拦河大坝、水利枢纽等大泄流量的水工建筑物日益增多。高流速、挟砂石水流对水工建筑物过流部位的冲刷磨损和气蚀破坏所造成的损失和危害，已越来越被人们所重视[1]。目前，我国运行中的大坝泄水建筑物有70%由于高速含砂水流的冲刷磨损和空蚀作用，存在着不同程度的冲磨破坏问题[2]。为此，科研人员相继开发出了环氧砂浆、喷涂聚脲、衬砌钢板、硅粉高强砂浆等新型护面材料，虽然都有一定的抗冲磨保护效果，但是难以抵抗大泄流量、高水头、高流速含砂水流的冲磨空蚀。实验证明：聚合物类材料的耐冲磨性最高，约是钢铁类材料及水泥混凝土材料的5~20 倍[3]。橡胶改性环氧树脂的固化物既有一定硬度又有一定的柔韧性，以其为基料制备的无溶剂型抗冲磨防腐涂料，具有固含量高、可厚涂、节能环保、附着力高、抗渗性佳、抗冲耐磨性突出、防腐性能优异等特点，可广泛应用于大坝高流量泄洪道、水利枢纽混凝土结构、金属拦污栅及闸门、浅海构筑物、强风砂地区户外设施等的涂装保护。1 实验部分11 原材料丙烯酸改性液态环氧树脂BYD-7201( 环氧当量169~178，黏度20 000~40 000 MPas)：泰国有机化学公司；腰果壳液合成改性胺固化剂NX-2007、腰果壳液改性不挥发非活性稀释剂NX-2020：美国卡德莱公司；液态聚硫橡胶JLY-121：锦西化研院；纳米Al2O3(相，40 nm)：南京埃普瑞纳米公司；球形碳化硅(SiC)(1 250 目)：山东腾州碳化硅厂；磷酸铝锌：石家庄；气相二氧化硅：广州吉必时；硅铝基陶瓷微珠(2 500 目)：世先英华公司；硅烷偶联剂KH-560：南京曙光；分散剂、削泡剂、流平剂：毕克公司；丙酮、促进剂：市售。12 配方无溶剂环氧抗冲磨防腐涂料的基础配方，见表1。13 制备工艺(1) 纳米Al2O3分散浆：在配方量非活性稀释剂中加入适量硅烷偶联剂分散均匀，加入纳米Al2O3 粉末，高速(4 000r/min)分散1 h，再超声波振荡05 h 或反复研磨至细度＜100 nm。(2) 甲组分的制备：按配方称量，将环氧树脂、聚硫橡胶、助剂加入分散釜内搅拌均匀，加入纳米Al2O3 浆料、气相SiO2、磷酸铝锌、SiC，高速分散30 min，经砂磨至细度m，加入陶瓷微珠搅拌分散20 min，过滤出料。(3) 乙组分的制备：将改性胺固化剂、促进剂、丙酮加入混合釜中搅拌混合均匀，装桶。14 样板的制备试验环境按GB/T 92781988 规定要求，试板制备按GB/T 17271992 中61 刷涂法进行，检测漆膜物理性能的干膜厚度为150 m，检测漆膜耐化学药品性能干膜厚度为300 m。15 涂料的性能指标无溶剂环氧耐磨防腐涂料的性能指标，见表2。2 结果与讨论21 环氧树脂的选择环氧树脂具有力学性能好、粘结性能高、固化收缩率低以及综合性能优异等特点，广泛应用于防腐涂料领域。制备无溶剂环氧涂料时，必须选择低相对分子质量、低黏度环氧树脂。双酚F 型环氧树脂黏度低，各种性能较好，适宜作无溶剂型环氧涂料，但价格高，市场应用受到限制；双酚A 型环氧树脂E-51 虽然适宜制备无溶剂涂料，但是单纯E-51 环氧树脂的重防腐性能较差；丙烯酸改性双酚A 型液态环氧树脂BYD-7201，其黏度在2 万~4 万MPas之间，环氧当量为169~178，固化物有较高的交联密度、优异的防腐性能，特别适宜作无溶剂环氧耐磨防腐涂料的基料。由于环氧树脂固化后形成较致密的芳香结构，交联密度大、内聚力高，使其固化产物的变形能力差，往往呈现脆性状态，用其制备的涂料耐冲磨性差。耐大流量挟砂冲磨涂层，应该既具有一定的断裂功和弹性模量，又具有消释动能的能力。材料的拉伸断裂功是抵抗外力破坏所具有的能量，它是一个与拉伸强力和伸长变形相关的函数，拉伸强力越高、伸长变形能力越强的材料，其吸收消释动能的潜力越大，拉伸断裂功越强，抗外力冲击磨损性能越好。为了改变丙烯酸改性环氧树脂固化产物的刚性，提高其柔韧性，采用液态橡胶与环氧树脂进行物理共混是简单易行的方法。液态聚硫橡胶具有较好的韧性、高弹性、耐低温性能、耐水性和耐腐蚀性，有较好的耐油、耐溶剂性能，具有低渗透性，有特殊的防污、防霉性能等特点。其分子结构中有活泼的硫氢基(SH)，可以与环氧基反应，由此在环氧涂料的交联结构中引进一部分柔性较好的链段形成嵌段，降低涂层的内聚力。聚硫橡胶增韧改性环氧树脂固化后，连接在环氧树脂刚性链段的聚硫橡胶以弹性颗粒状态分散析出，在体系中形成海岛结构，即在刚性的环氧体型构架中分布着橡胶弹性基团，从而提高了固化产物的附着力和柔韧性，赋予涂层较高的断裂功和弹性模量，增强其抗冲磨性及物化综合性能。实验结果证明，当液态聚硫橡胶JLY-121 用量为环氧树脂的10%时，固化产物的断裂柔韧性可提高25 倍。