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环保绿色防腐涂料的研究与发展
作者:zz 发布于:2020-10-8 11:54:32 点击量:

 引言
    防腐涂料具有防腐寿命长、耐候性好、附着力强、施工高效方便和使用方法灵活等特点。传统防腐涂料(如:环氧树脂涂料、聚氨酯涂料等)在施工过程中有大量的有机溶剂挥发,会造成大量的资源浪费和环境污染。由于环保和节约资源的需要,一些具有环境友好性、使用安全性的绿色防腐涂料逐渐成为研究热点。其品种主要包括高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料。
    1 高固体分涂料
    一般固体分在65%~85%的涂料均可称为高固体分涂料(HSC)。HSC是通过合成低聚物或齐聚物可大幅度地降低成膜物的相对分子质量,降低树脂黏度,而每个低分子本身尚须含有均匀的官能团,使其在漆膜形成过程中靠交联作用获得优良的涂层,从而达到传统涂层的性能。
    HSC具有可挥发成分含量极小、高压下抗渗透性强、固化时间短、涂层光滑致密、抗冲击强度好、抗流挂性质好、施工工艺性能优越的特点。主要应用于汽车工业,石油化工储罐及海洋和海岸设施等重防腐工程也在采用。
    刘俊峰[1]采用改性环氧和聚氨酯制备的性能、高固体分涂料其质量分数达97%,涂料一次涂覆厚度在150μm以上,同等条件下涂层中针孔数量比普通防腐蚀涂料少2/3以上。
    以液态双酚A型环氧树脂作基料的高固体份涂料,具有涂膜有效交联密度高、抗化学腐蚀介质渗透能力强、耐蚀性好等特点[2]。
    王秀娟等[3]采用双酚A环氧树脂E-44和E-20复配,腰果壳油改性酚醛胺作固化剂,添加一些屏蔽防腐效果较好的颜填料,选用ATU作分散剂,GARAMITE1958作流挂触变剂及EFCONA的2722作消泡剂,配制出固含量高达85%,膜厚可以到达425~475μm不留挂的高固体分环氧防腐涂料。该涂料具有漆膜坚韧、平整、耐磨、附着力好、防腐性能优良,其使用时间长的特点。
    2 水性涂料
    水性涂料以水作为溶剂或稀释剂,具有干燥快、生产效率高、材料性能优异,且大幅度降低VOC排放量,无毒、无味、不燃的特点。
    水性丙烯酸面漆有很好的耐候性能,耐紫外线,耐水,不泛黄。在45min后即可达到硬干,2h后即能重涂(23℃),能在低至5℃时使用[4]。值得注意的是,水性丙烯酸面漆的耐候性要优于溶剂型面漆。
    刘宝等[5]研究了水性丙烯酸金属防腐涂料,以合成树脂乳液为主要成膜物质,氧化铁红、磷酸锌、氧化锌为主要颜填料,确定了颜料体积浓度在25%~35%的范围对涂料耐盐水性能最佳,性能指标达到了溶剂型防腐涂料的要求,完全可以取代部分溶剂型防腐涂料,达到中度防腐的目的。
    水性无机富锌涂料是由水性无机硅酸盐树脂、锌粉、助剂组成的双组分涂料。由于富含锌粉,对钢材基底有阴极保护作用。在成膜初期,溶于水,但固化后,耐水性能优良,可长期浸泡水中。具有施工工艺简单,不污染环境,耐热、耐溶剂、耐化学品以及导静电性能好的特点,可带漆焊、割作业。但与溶剂型涂料相比也存在涂层脆性、耐水性、耐腐蚀性及低温、潮湿环境下施工性能有待提高的不足。
    徐亮等[6]对水性无机硅酸盐富锌涂料进行改性研究,添加适量的硅丙乳液及碳纳米管,制成了无机-有机复合水性富锌涂料。当硅丙乳液和碳纳米管分别占基料的20%和1%,颜基比为2:1时,涂料的基料稳定,喷涂粘度适中,同时涂层在保持了无机富锌涂料优异耐腐蚀性能的基础上,其耐空蚀性能也得到了很大提高。
    3 粉末涂料
    粉末涂料是一种不含溶剂,100%固体粉末状涂料。具有无溶剂、无污染、节能、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。
    热固型粉末涂料是指以热固性树脂作为成膜物质,加入起交联反应的固化剂经加热后能形成不溶不熔的质地坚硬涂层。涂层具有较好的装饰性,较好防腐性和机械性能。主要品种也打破了单一环氧粉末的格局,环氧/聚酯粉末涂料占据主导地位,丙烯酸、聚氨酯粉末涂料也崭露头角。
    汪喜涛等[7]在丙烯酸粉末涂料漆膜固化过程中通过接枝一元酸引入柔性侧链,接枝在漆膜固化交联的时候才发生,不降低树脂的玻璃化温度。解决了粉末涂料贮存稳定性与耐冲击性之间的矛盾。此外,在粉末涂料中加入纳米材料提高漆膜耐冲击性,使用原位聚合法将纳米TiO2分散均匀,使涂膜的耐冲击性大幅度提高[8]。
    热塑性粉末涂料在喷涂温度下溶融,冷却时凝固成膜。涂层具有外观漂亮、艺术性高等优点,也存在某些不足,如熔融温度高,着色水平低,与金属表面粘着性差等。常用的热塑性粉末涂料仍表现出一些特有的性能,其中聚烯烃粉末涂料具有极好的耐溶剂性;聚偏氟乙烯涂料具有突出的耐候性;聚酰胺(尼龙)具有优异的耐磨性;聚氯乙烯具有较好的价格/性能比。
    氟粉末涂料是我国高端涂料的发展方向之一。主要有两大类[9],一类是以PVDF(偏氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)、ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)等树脂为基料的热塑性氟粉末涂料;另一类是以三氟氯乙烯/四氟乙烯和乙烯基醚或乙烯基酯类单体共聚的热固性氟碳粉末涂料,近年来发展十分迅速。
    巩永忠[10]采用溶液沉淀聚合工艺制备以三氟氯乙烯为主要共聚单体热固性氟粉末树脂,具有优良热储存稳定性和优异的物理机械性能、耐酸碱、耐盐雾及耐人工加速老化性能,应用该树脂配制热固性氟粉末涂料烘烤温度、生产、施工工艺与普通粉末涂料类似。在此基础上,分析了选择不同类型的聚异氰酸酯固化剂对热固性氟粉末涂膜性能的影响[11],从而制得了综合性能优异的热固性氟粉末涂料。
    4 辐射固化涂料
    辐射固化涂料是利用中、短波(300~400nm)UV光的辐射能量引发含活性官能团的高分子材料聚合成不溶不熔的固体涂膜的涂料。
    由齐聚物、活性稀释剂、UV光能引发剂及助剂等组成。齐聚物为低粘度含活性官能团的合成树脂,是主要成膜物,包括:丙烯酸环氧树脂、丙烯酸聚酯树脂、丙烯酸聚醚树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。活性稀释剂即不饱和单体,包括:丙烯酸单体、苯乙烯单体等。UV光能引发剂,包括:安息香醚类、二苯甲酮衍生物、苯偶酰缩酮、酮胺混合物等。助剂,包括:消泡剂、流平剂、稳定剂、分散剂等。
    根据涂料固化的辐射源的不同,辐射固化涂料可分为紫外线固化、电子束固化、红外线固化和γ射线固化等涂料。其共同特征是通过自由基引发聚合过程或阳离子引发聚合过程。和传统加热固化涂料相比,辐射固化涂料共同的优点是设备投资少、占地面积小、节能、固化速度快、对环境污染小等特点。
    魏丹等[12]合成了一种新型的具有高交联密度和优异涂膜性能的环氧树脂和丙烯酸酯同时改性的紫外线固化水性聚氨酯(UV-EP-AC-WP-UD)。环氧树脂和两种丙烯酸酯单体已经成功嵌入聚氨酯链中,膜具有优异的力学性能和化学性能。
    高鹏等[13]以E-51环氧树脂和丙烯酸为原料合成出光敏性环氧丙烯酸酯低聚物,制备了紫外光固化环氧丙烯酸酯涂料。涂层的耐蚀性与低聚物及活性稀释剂的配比密切相关。随着涂料中环氧丙烯酸酯含量的增加,涂层的耐腐蚀性先提高后下降。最佳配方为:环氧丙烯酸酯(EA)40%,二缩三丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)50%,二苯甲酮5%,三乙醇胺5%。
    5 发展方向
    随着人们环保意识的不断提高,为满足对生态环境和人类健康不造成危害,不产生负面影响,VOC零排放的环保要求,用绿色涂料代替溶剂性涂料势在必行。绿色防腐涂料将向着高耐久性、无污染、低成本和使用方便的方向发展,其在水性、无溶剂、高固、能量固化、粉末涂料等将成为今后涂料发展的主要趋势。另外,绿色防腐涂料的应用涉及大型的工矿企业、重要的能源工业、现代化的交通运输、新兴的海洋工程等现代化各个领域。不同行业领域对其的要求不尽相同,势必推动特种绿色防腐涂料(如:隔热降温涂料、耐高温涂料、示温涂料、阻燃涂料、示酸涂料等)的快速发展。防腐涂料的发展与材料学,尤其是高分子材料的科学发展紧密相关,纳米材料技术的兴起更加速了绿色防腐涂料向着智能化快速前进。