无铬达克罗涂液的配方研究

data-full-width-responsive="true"> 无铬达克罗涂液的配方研究王全全 柯昌美 胡 永 周黎琴 张金龙 （ 武汉科技大学化学工程与技术学院，430081）0 引言金属腐蚀问题遍及国民经济的各个领域，对经济发展、资源保护、人们生活和社会环境产生巨大危害。如果充分利用现有的腐蚀控制技术和方法，就可挽回腐蚀损失。涂层防腐具有操作性强、性价比高、施工运作成本低、节省能源等优点，迄今为止仍是最有效、最经济、应用最普遍的方法。近年来，达克罗处理技术因其涂层薄、耐腐蚀、无氢脆、耐热性等优点而得到广泛应用。但达克罗涂层中含有大量毒性强、高致癌作用的六价铬，而六价铬在世界各国的使用已受到越来越严格的限制，因此，随着环保法规的日益严格，高性能与低VOC 含量相结合的环保型无铬达克罗技术具有广阔的应用前景。1 实验部分11 无铬达克罗涂层制备工艺流程无铬达克罗涂层制备工艺流程图见图1。12 实验材料试样：采用50 mm50 mm1 mm 的Q235 碳钢作为基体材料；金属粉：进口鳞片状锌粉和铝粉，上海德予得贸易有限公司；聚氨酯改性环氧树脂、聚酰胺树脂、有机溶剂、丙二醇甲醚醋酸酯、十二醇聚氧乙烯醚、聚醚改性硅等。13 无铬达克罗涂液的制备称取一定量的鳞片状锌粉和铝粉混合，加入溶剂、分散剂和流平剂，搅拌均匀，制成基料；称取一定量的改性树脂和聚酰胺树脂，加入适量的有机溶剂搅拌均匀后，加到所得的基料中，继续搅拌直至均匀。此时，根据涂液的黏稠情况判断是否加入增稠剂，如加入增稠剂则继续搅拌1~2 h，即制得无铬达克罗涂液。14 无铬达克罗涂层的性能测试涂层的耐腐蚀性采用耐硝酸铵和盐雾试验两种方法测试。耐硝酸铵试验的操作步骤如下：于烧杯中配制20% 的硝酸铵溶液，将烧杯放入恒温水浴中加热至（701）℃（用温度计测量并控制水浴温度），将要测试的样板全部或部分浸渍其中，悬挂固定，并记录样板出现红锈的时间；中性盐雾试验按GB/T1771《色漆和清漆 耐中性盐雾性能测定》进行，试验条件为：氯化钠（5010）g/L，pH 65~72，盐雾箱内温度（352）℃，连续喷雾，同时记录试样表面腐蚀情况。涂层的附着力测试采用划格法与胶带法配合使用的方法，根据ISO 2409 划格法的附着力级别判断涂层的附着力。2 无铬达克罗涂液组分及用量的确定21 黏结剂的选择达克罗涂层中的铬酸盐主要起黏结剂和钝化剂的作用，选择铬酸盐的替代物是无铬锌铝涂层亟需解决的问题。替代铬酸盐的无铬物质主要有无铬钝化剂和有机聚合物。双酚A 型环氧树脂为线形低分子聚合物，其分子两端为环氧基，分子主链上有苯环、烷基、羟基和醚键。环氧基和羟基可以提供很好的黏结性；醚键可以提供良好的耐化学性。因此，选用环氧树脂作为黏结剂时，涂料具有极好的附着力、耐蚀性和贮存稳定性等性能，但环氧树脂的高交联度使得耐冲击性、柔韧性变差。目前，环氧树脂的增韧改性方法主要包括改变环氧树脂分子结构、选用柔性固化剂以及物理共混增韧3 种方法。聚氨酯结构中既有柔性的C-C 链和C-O-C 链，又有活性的酰胺基，与环氧树脂相容性好。采用聚氨酯改性的环氧树脂，可与大多数环氧固化剂配用，除了具有环氧树脂的特性外，还具有更高的黏结强度，优异的柔韧性、耐冲击性、耐低温性能，对金属、玻璃、陶瓷、木材、混凝土等多种材料都有很强的黏结力和抗冲击性。目前，聚氨酯是环氧树脂常用的改性增韧材料。聚氨酯改性环氧树脂常用的固化剂是胺类，包括脂肪胺、芳香胺、聚酰胺等。聚酰胺固化剂具有优良的综合性能，其分子内的长碳链赋予涂膜极佳的柔韧性、耐冲击性，酰胺键的存在使涂膜具有良好的黏结性、润湿性及剥离强度，故选用聚酰胺为固化剂。为确定黏结剂与固化剂的最佳配比，实验中固定锌粉2500 g，铝粉500 g，有机溶剂900 mL，有机液体400 mL，分散剂（固体取050 g，液体取10 mL），消泡剂40 mL，聚氨酯改性环氧树脂与聚酰胺树脂的总量定为2500 g，配比依次取为10∶06、10∶08、10 ∶ 10、10 ∶ 12、10 ∶ 14、10 ∶ 16，黏结剂与固化剂配比对涂层性能的影响见表1。由表1 可见：当黏结剂与固化剂的配比为10 ∶06、10 ∶ 08 时，固化交联反应不完全，致使涂层附着力差，耐蚀性不好；当黏结剂与固化剂的配比为10 ∶ 14、10 ∶ 16 时，过量的固化剂会终止固化反应链的增长，导致固化交联密度低，影响涂层的附着力，涂层的耐蚀性降低；当黏结剂与固化剂的配比为10 ∶ 10、10 ∶ 12 时，固化交联反应完全，从而形成致密、附着力强的涂层，呈现较高的耐腐蚀性；当聚氨酯改性环氧树脂与聚酰胺树脂配比为10∶10时，涂层的各项指标最好。因此确定聚氨酯改性环氧树脂与聚酰胺树脂间的最佳配比为10 ∶ 10，即聚氨酯改性环氧树脂取1250 g，聚酰胺树脂取1250 g。22 有机溶剂的选择根据Hildebrand 的溶解度参数概念：溶解度参数（）定义为内聚能密度（即单位体积液体汽化或固体升华所需的能量）的平方根，即=（△ E/V）1/2。溶剂与物质的 值相近，则溶解性较好。聚氨酯改性环氧树脂的 为208~225（J/cm3）1/2，正丁醇的 值为233（J/cm3）1/2，二甲苯的 值为179~184（J/cm3）1/2，因此选择二甲苯和正丁醇作为混合溶剂。为确定二甲苯与正丁醇的最佳配比，固定二甲苯与正丁醇总体积为900 mL，聚氨酯改性环氧树脂1250 g，聚酰胺1250 g，有机液体400 mL，锌粉2500 g，铝粉500 g，分散剂（固体取050 g，液体取10 mL），消泡剂40 mL。考察二甲苯与正丁醇的用量对涂层性能的影响，结果见表2。