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有机防腐涂料无机改性的研究现状
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有机防腐涂料无机改性的研究现状

要】有机防腐涂料具有与基材较强的粘接强度 、涂层耐热性好、耐化学腐蚀等优点 ,近年来已广泛应用于机械、电子、航空、汽车等领域,尤其在石油化工设备的防瘸中起到了关键的作用。但有机防腐涂层膜的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性以及涂层的耐久性有待提高。目前对防腐涂料的主要改性方法是有机改性 、无机改性以及复合改性。就几种主要有机防腐涂料的无机改性研究现状进行了综述

【关键词】 有机防腐涂料 防腐涂层 改性涂料 耐强酸强碱涂料 耐溶剂防腐涂料

1、引言

防腐涂料可以分为有机防腐涂料和无机防腐涂料,无机防腐涂层有很好的耐热性、耐磨性 、耐酸碱腐蚀等,但是施工大多是在高温下施工且过程比较复杂。有机防腐涂料一般由成膜聚合物、无机填料、相应溶剂或稀释剂组成 ,与金属基材和陶瓷基材都有很好的粘接强度,作为屏蔽层阻碍腐蚀介质与金属直接作用,对金属基材起电化学防护作用阻碍金属发生电化学反应时离子的移动与无机防腐涂层相比成膜温度低甚至能常温固化,涂刷或者喷涂工艺简单,经济又实惠 ,但是有机防腐涂层通常耐热性、耐化学腐蚀不好 ,涂层易老化,成膜聚合物与基材结合强度低导致涂层成块状脱落等问题。近年来许多研究人员对有机重防腐涂料进行了各种改性研究,主要改性方法是有机改性、无机改性以及复合改性。防腐涂料的使用基材大多是金属材料表面、搪瓷表面以及由金属材料和陶瓷组成的复合表面 。本文以钢材表面的有机防腐涂料的无机改性现状为核心展开讨论。目前用于防腐的成膜聚合物有环氧树脂 、酚醛树脂 、聚苯硫醚 、有机硅树脂、聚四氟乙烯、聚醚醚酮 、聚酰亚胺、聚氨酯等 。针对单一聚合物进行有机改性、无机改性以及复合改性是提高其性能的有效途径。有机改性是通过共混改性、聚合物交叉网络改性等起到增韧或者增强的作用 ;无机改性根据颗粒的形状可以分为填充无机超微颗粒 、纤维 、品须、无机鳞片材料等改性方法,主要用来增加聚合物的耐热性 ,增大粘接强度,增加韧性 ,减少尺寸收缩等

2、无机材料

无机材料填充到防腐涂料中,随着涂层的固化 ,无机材料对涂层起强化和增韧的作用。其中无机材料的种类 、形状以及尺寸是无机改性后有机防腐涂料性能的重要影响因素。无机填充材料按材料种类可以分为氧化物颗粒、碳化物颗粒 、氮化物 、硼化物等超微粉颗粒材料 :按填充无机材料的形状可以分为纤维、晶须 、球形颗粒、无规则颗粒 、鳞片材料等 ;按填充无机材料的尺寸主要分为微米级颗粒和纳米级颗粒 。填充于聚合物的无机材料,大多具有极性 ,而有机材料是非极性的,因此有机-无机材料的相容差影响涂层的质量 ,使涂层的力学性能下降 。表面改性来改善有机-无机相容性重要方法。根据颗粒表面有无化 学反应可以分为表面化学改性和表面包裹两大类 。其中表面化学改性包括局部表面化学改性如偶联剂法 、表面接枝聚合等,高性能表面化学改性如等离子体改性 、械化学改性等 。表面包裹指在颗粒的表面没有发生化学反应只是通过分子间作用力产生物理吸附的改性方法。

3、有机防腐涂料无机改性现状

3.1环氧防腐材料无机改性现状

环氧树脂分子链中含有大量的环氧基 ,故其与金属有较强的粘接性,耐酸碱 、耐一定的高温 ,体积收缩率小,是主要的有机防腐涂料成膜聚合物 ,常用于管道内外表面防腐 、化工设备外表面防腐等 。纯环氧树脂固化后交联密度高,形成三维网络结构 ,故其涂层脆 、耐湿热性不好 ,从而影响了环氧树脂在更宽领域的应用

KWang等采用粘土纳米颗粒对环氧树脂改性,结果表明 :当粘土质量分数为 2.5%时,对环氧树脂的增韧改性效果最好,且断裂韧性指标比纯环氧树脂提高了一倍。主要原因是层状粘土之问产生了微裂纹 ,吸收塑变形能,最后发生脆-韧转变,从而达到增韧的效果。于柱向环氧树脂中添加层状硅酸盐纳米材料制备环氧树脂 /层状硅酸盐纳米复合材料 ,结果表明一方面增韧效果比其它无机矿物颗粒 、纤维改性效果好3倍以上 ,能提高环氧树脂的耐热性 ,另一方面层状硅酸盐颗粒性价比高 ,使用量少 ,且成本便宜。

向环氧树脂中添加无机材料为玻璃鳞片时能有效的提高高分子涂层的抗渗透性 ,当腐蚀介质向涂层内渗透时,玻璃鳞片之间形成一层一层的阻隔 ,减缓腐蚀速率,这种厚浆型环氧玻璃鳞片重防腐涂料 ,适用于苛刻环境的防腐 。但是玻璃鳞片改性涂料只适合那些无溶剂或少挥发性溶剂的涂料 。研究表明无溶剂环氧涂料有效的减少有机溶剂挥发对空气造成的污染 ,减少了施工遍数 ,提高作效率,且涂料的密闭性高,提高了涂料的防腐寿命 。有机硅改型环氧树脂是常用的耐热性防腐涂料的基料,这种经过有机混合改性的材料结合了有机硅树脂的强耐热性和环氧树脂的强粘接性

3.2酚醛防腐涂料无机改性现状

酚醛树脂是由酚类和醛类在酸性催化剂下合成的热溶性酚醛树脂以及在碱性条件下合成的热溶性酚醛树脂 ,耐热性,耐酸性较好 、力学性能优异 ,绝缘性好,原料易得 ,合成工艺简单,成本较低 ,是很好的胶粘剂 、涂料 、防腐胶泥材料等。经过 XPS分析钢与胶粘剂粘接界面,发现酚醛树脂与钢之间结合方式是化学键结合 ,其他成分是分子间作用 力而结合在界而上 。说明酚醛树脂与钢表面有很好的结合强度 。但是分子链中有大量的苯环 ,其性脆 ,且固化时有大量的小分子物挥发 ,影响环境又会导致酚醛块体材料或涂层内部产生气孔 。固化后尺寸收缩较大易产生内应力使涂层易脱落。通过加聚乙二醇和偶联剂 KH560表面改性纳米 Si02于酚醛树脂中,其强度增加了 40%。增强机理是纳米颗粒经过表面 处理后与酚醛树脂分子链问的结合,形成物理交联,增加了酚醛树脂固化后的交连 点,吸附了许多条分子链的颗粒均匀分布 ,能很好的均分载荷从而较少断裂可能性 ,达到

增强的效果 。提高耐热性主要途径有增加高分子链的刚性 ;提高聚合物的结晶性;进行交联。而酚醛树脂由许多高分子链交联形成三位网状结构 ,故酚醛树脂的耐热性较好 ,在其中引入耐热性很好的元素如硼 、钼元素 ,改性后钼元素出现在分子链中通过 0Mo0连接苯环 ,其键能大于酚醛树脂分子链中通过 C-C键连接苯环的键能,所以改性后酚醛树脂耐热性提高了。

3.3聚苯硫醚防腐涂料无机改性现状

聚苯硫醚分子主链中有许多芳环,故其强度大,耐热性好,能在 200240~C 期使用;且其流动性好,涂层致密 ,与无机卡才料亲和性好 ,几乎能耐所有的有机溶剂,成模性较好。XPS测聚苯硫醚涂层与金属基本界面分析发现 PPS涂层和金腻基体的界面上的S原子和Fe原子发生了一定程度的配位 ,形成了结合强度很牢嘲的化学键 ,说明 PPS金属有较强的附着力。但是纯的聚苯硫醚不耐强氧化剂 、性脆容易产生裂纹 ,成本较高,塑化温度较高

采用乳化剂、分散剂和表面活性剂的复配方法分散聚合物中的无机颗粒 SEM看出此法分散后纳米 sjO2颗粒在 PPS中以纳米尺 r存在 。结果表明在得到较好分散的前提下 ,纳米 Si02PPS复合涂层的粘接强度 、耐冲击性、耐磨性、硬度等性 能明显好于微米以:Si02复合涂层。

3.4其他高分子防腐涂料

其他有机防腐涂料如有机硅防腐涂料 ,具有耐热性好和耐腐蚀性的双重效果 ,也可以使用无机填料加强其耐热性和耐腐蚀性,近年来应用于储油罐的内外壁 、高温蒸汽管道、热交换器 、高温 炉等高温 及腐蚀介质条件下的防腐 。但是有机硅树脂的成本较高 ,不能完全地广泛使用 。常用于重防腐涂料中间层的氟树脂涂料,如聚四氟乙烯几乎能耐所有 的化学溶剂腐蚀 ,不溶于所有溶剂,但聚四氟乙烯受热膨胀比其他塑料都大,与金属的粘接性不好 ,涂层很不稳定,加热后容易脱落 ,所以基本不用纯的聚四氟乙烯来做金属的防腐涂料成膜物质。

4、结论

防腐涂层要求成膜聚合物能与基材能有很好的粘接性 ,还要求涂层均匀致密 ,使用而不会发生剥落。近年来做了很多成膜聚合物改性研究,但是真正能够有效地长期使用于石油化工设备这种特殊环境下的有机防腐涂层还很少。随着科技发展,对无溶剂 、无环境污染同时 有优异耐热性涂料将会得到更广泛的应用,巴塞普涂料为迎合这个契机,大力发展无溶剂有机陶瓷涂涂料,解决重防腐领域不能解决的防腐问题 详情:www.bsap-cn.com