一種納米改性環(huán)氧防腐涂料制備及其應(yīng)用

樓劍軍 白海濤 潘寶清

摘要：納米改性環(huán)氧防腐涂料具有許多優(yōu)良的熱力學(xué)性能，已經(jīng)作為涂料、交聯(lián)劑、復(fù)合材料等用于電子電工、交通運(yùn)輸、航空航天等諸多領(lǐng)域。通過對納米改性環(huán)氧防腐涂料特點(diǎn)及方法開展分析，明確了其制備的主要流程。此外，本文制備了一種新型的雙子表面活性劑，與傳統(tǒng)的表面活性劑相比，具有許多獨(dú)特的性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，對混合劑的配置與用量方法、環(huán)氧涂料的結(jié)構(gòu)表征、涂抹附著力測試、試樣設(shè)備測試、環(huán)氧樹脂防腐涂層耐磨測試等制備過程及需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了探究，并簡要論述了其主要應(yīng)用，為關(guān)注這一類話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：納米改性;環(huán)氧樹脂;防腐涂料;相關(guān)測試;結(jié)構(gòu)表征

中圖分類號：TQ645.5⁺6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2019）00-0149-05

引言：近年來，雖然我國社會經(jīng)濟(jì)得到了飛速發(fā)展，但由于石油開采量不斷提升，因此對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，并且腐蝕給油井管帶來的失效問題更加突出，既造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，又容易引發(fā)管道事故。因此，需要借助納米改性的方法進(jìn)行環(huán)氧樹脂防腐材料的制備，以便減少腐蝕問題出現(xiàn)。

1納米改性環(huán)氧防腐涂料的制備相關(guān)分析

1.1納米改性環(huán)氧涂料的制備

納米經(jīng)過改性可以提升環(huán)氧樹脂的防腐性能，在進(jìn)行環(huán)氧涂料制備過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況對固化劑用量進(jìn)行深入的研究。環(huán)氧樹脂之所以會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，主要是由粘流體系引起的。在這一過程中，會逐漸形成一種特殊的固態(tài)樹脂，并且該樹脂具有不溶和難溶的特點(diǎn)。而這一反應(yīng)主要發(fā)生在兩個(gè)部位，一是環(huán)氧樹脂的羥基礎(chǔ)上，另一個(gè)部位是環(huán)氧基。相對前者而言，環(huán)氧基的活潑性是非常強(qiáng)的，因此在進(jìn)行固化劑用量計(jì)算和確定時(shí)，通常都是以環(huán)氧基團(tuán)為標(biāo)準(zhǔn)。在本文中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，所采用的環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分別為10%、15%、20%、25%，以便對各個(gè)質(zhì)量進(jìn)行對比，選擇更科學(xué)合理的固化劑用量，通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以了解其用量對涂抹性能的影響，如表1所示。

在涂層制備中必須對制備流程進(jìn)行了解，以便提升制備的效率與質(zhì)量。其主要流程如圖1所示。在制備時(shí)，一定安裝相關(guān)流程進(jìn)行制備，并且還要注意相關(guān)的細(xì)節(jié)。例如，在超聲波處理環(huán)節(jié)中，需要對超聲波分散時(shí)間進(jìn)行控制，一般在20min左右。

1.2科學(xué)合理選擇混合劑的配置與用量

混合劑的配置是納米改性環(huán)氧防腐重要環(huán)節(jié)之一，主要是將2種不同溶劑進(jìn)行混合。其中，這兩種溶劑不僅使用范圍有一定的差別，而且其溶劑性能也是不同的。這樣才能進(jìn)一步提高其溶劑能力，充分發(fā)揮溶劑的作用。但對溶劑配置及用量的要求是比較高的，并不是將兩種不同溶劑簡單混合在一起。而是要做到溶劑平衡。在本文中，以正丁醇和二甲苯作為實(shí)驗(yàn)的溶劑，如表2所示，是兩種溶劑融合的物理性能。可見，混合溶劑配合比例不同，其所產(chǎn)生的物理性能也是存在差異的。在進(jìn)行正丁醇和二甲苯混合溶液配比時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要，對其比例進(jìn)行設(shè)定，以便促使環(huán)氧樹脂質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)。

1.3正交試驗(yàn)

在進(jìn)行納米改性環(huán)氧涂料的制備中，進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過了解正交因素水平，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果深入分析，可以明確納米改性聚合物防腐涂料各組分所需要加入的量，以便為其涂層性能測定工作開展提供有利條件。在進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)時(shí)，最重要的程膜物質(zhì)是t-31型環(huán)氧樹脂固化劑，如圖2所示。使用E環(huán)氧樹脂，同時(shí)還選用一些助劑。例如，硅燒偶聯(lián)劑。再如，消泡劑，如圖3所示。另外，分散劑也是最重要的助劑之一，如圖4所示。另外，在進(jìn)行正交試驗(yàn)之前，還需要對正丁醇與二甲苯的比例進(jìn)行明確，在該此實(shí)驗(yàn)中，所采用的比例為35：65，并且所使用固化劑用量的比例占環(huán)氧樹脂質(zhì)量的20%。如果以50g樹脂用量為標(biāo)準(zhǔn)，列正交因素水平如表3所示。

1.4納米改性環(huán)氧涂料的結(jié)構(gòu)表征與相關(guān)力測試

在進(jìn)行納米改性中，要想了解環(huán)氧涂料的結(jié)構(gòu)表征，需要科學(xué)合理的進(jìn)行紅外光譜分析。本文以偶聯(lián)性改性后納米SiO₂和改性后納米Al₂O₃的紅外光譜為例進(jìn)行分析，圖5、圖6分別是SiO₂、Al₂O₃紅外光譜。

通過對5的觀察可知，960處的峰和1100出的峰對應(yīng)的區(qū)域是不同的，后者對應(yīng)Si-O-Si鍵的反對稱伸縮振動，而前者與其有很大不同，其對應(yīng)的鍵主要是Si-OH，并且伸縮振動也不是反對稱的”。在圖5中，我們還可以發(fā)現(xiàn)不同點(diǎn)的吸收峰也存在著很大差別，這些都足以說明硅烷偶聯(lián)劑與納米SiO₂發(fā)生了反應(yīng)，其中最明顯的是與其表面的羥基產(chǎn)生了一定作用。環(huán)氧樹脂的拼人量不同，制得的乳液粒度分布也不同。乳液配方見表4。

通過對圖6觀察可知，納米經(jīng)過改性后，納米氧化鋁粒子在很多地方都有吸收峰。例如，1690、590處等，同時(shí)，在3340處，由于氧化鋁吸水，所以其羥基發(fā)生了很大變化，并逐漸形成了-OH吸收峰。另外，在3460處其吸收峰是比較特殊的，主要是因?yàn)槲辗宕蠓燃訌?qiáng)，一旦出現(xiàn)該現(xiàn)象，可以證明-OH與硅醇鍵發(fā)生了比較強(qiáng)烈的反應(yīng)，最終產(chǎn)生了羥基二聚體。

1.4.1涂膜附著力測試

涂膜附著力對環(huán)氧涂料性能的影響是極大的，其主要是指涂膜與附著物體表面的粘性性，也可以稱為粘結(jié)力。在進(jìn)行環(huán)氧涂料性能判斷中，其粘結(jié)力是判斷其質(zhì)量與性能的重要指標(biāo)之一，只有確保其粘結(jié)性良好，才能充分發(fā)揮環(huán)氧涂料的作用，保證納米改性是成功的。本文在對其涂膜附著力進(jìn)行測試時(shí)，采用的是畫圈法，其劃痕圓滾線如圖7所示，當(dāng)兩塊樣板結(jié)果處于一致狀態(tài)時(shí)可以以其為基準(zhǔn)。

1.4.2測試試樣的制備

本次測試所采用的是N80鋼，相對而言，其化學(xué)成分具有多樣性特點(diǎn)，有利于提升測試結(jié)果的合理性。其主要化學(xué)成分如表5所示，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)用%來表示。

在了解其化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行試樣的處理工作。首先，需要確定測試基材尺寸、磨損試驗(yàn)尺寸與阻抗試驗(yàn)尺寸。如。可以將阻抗試驗(yàn)基材尺寸設(shè)置為12mm×12mm×2mm。在本次試驗(yàn)中SSSRT試樣尺寸如圖8所示。在確定相關(guān)尺寸之后，可以進(jìn)行涂抹。其中，卡片刮圖是最常用的一種涂抹方式，不僅涂抹效率高，而且還能提升涂抹厚度的均衡效果。

1.4.3納米改性環(huán)氧樹脂防腐涂層耐磨測試

要想了解環(huán)氧樹脂防腐涂層耐磨性能，還需要以納米改性環(huán)氧樹脂防涂層在不一樣時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量損失率為依據(jù)。如圖所9所示，顯示了純環(huán)氧涂層與配方13制備在各個(gè)時(shí)間段的質(zhì)量損失率。從圖9中可知，純環(huán)氧損失率要比配置的復(fù)合涂層損失率高的多，并且這一現(xiàn)象與時(shí)間的長短是成正比的。

2納米材料在環(huán)氧防腐材料中的應(yīng)用

環(huán)氧樹脂主要是以脂環(huán)族、脂肪族為基本骨架的，它具有特殊的性能，不僅包含獨(dú)一無二的環(huán)氧基，而且還包含極性集團(tuán)。其結(jié)構(gòu)通式如圖10所示。

通過對圖10分析可知，環(huán)氧樹脂是具有多種優(yōu)異性能的。例如，強(qiáng)韌性、耐熱性、粘結(jié)性等?？梢娖渚哂歇?dú)特的優(yōu)勢，這也在一定程度上促使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，例如，可以作為澆筑料、層壓材料等，不管是在人們?nèi)粘Ｉ钪羞€是高新技術(shù)發(fā)展中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

將納米材料應(yīng)用到環(huán)氧防腐材料中，可以大大提升其耐腐蝕性能。當(dāng)前已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明，將一定量的納米Ti粉加入環(huán)氧樹脂涂料中，與未加入納米的環(huán)氧樹脂涂料相比，其耐腐蝕性能得到了明顯的提高。之所以納米材料在環(huán)氧防腐材料制備中發(fā)揮著不可替代的作用，其中有很大一部分原因是該材料具有特殊的性能。例如，會產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)，也就是所謂的積體效應(yīng)。再如，當(dāng)納米顆粒變小時(shí)，會促使自身的表面積發(fā)生一定的變化，在這一變化過程中，會出現(xiàn)新的性質(zhì)，如熱血性質(zhì)，該狀態(tài)下，相關(guān)固體物質(zhì)熔點(diǎn)是固定的，而納米顆粒的熔點(diǎn)卻出現(xiàn)了新的變化，通常情況下其熔點(diǎn)會逐漸降低。在顏基比為2的優(yōu)化條件下，其他因素保持不變，研究了聚苯胺懸浮液添加量對涂料性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

選用乙二醇單丁醚作為溶劑（其用量為反應(yīng)物總重量的24%），反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，不同物料比下的反應(yīng)列于表7中。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要將納米均勻的分散在環(huán)氧涂料中，另外如果應(yīng)用合適的攪拌方法，還能大大提升分散效果，使其與環(huán)氧樹脂進(jìn)行充分的接觸?，F(xiàn)階段，最主要的分散方法有兩種，一種是機(jī)械攪拌法，另一種是超聲波攪拌方法。相對前者而言，后面的方法應(yīng)用的是比較多的。如果應(yīng)用該方法，將納米SiO₂、Al203分散在環(huán)氧樹脂中，會促使其接觸更加充分，其具體過程如圖11所示。

3結(jié)論

總而言之，在環(huán)氧樹脂涂料制備過程中，納米改性發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了從根本上提高環(huán)氧樹脂涂料的防腐性能，不但要對化學(xué)改進(jìn)方法進(jìn)行正確運(yùn)用，而且還可以結(jié)合超聲波分散形式，使納米與環(huán)氧樹脂充分融合。為了明確各組分在涂料中的比例，還需要進(jìn)行正交試驗(yàn)，以便為納米改性環(huán)氧腐蝕涂料的制定提供可靠依據(jù)，提高制備效率與質(zhì)量。