環氧聚氨酯耐油涂料的研制及性能對比
0 引言
油箱是工業生產中應用非常廣泛的一類設備,如工程機械的液壓油箱、大型柴油發電機的冷卻機油箱等,使用過程中,油箱材料的腐蝕產物往往會影響油料的使用性能,堵塞管道、增加阻力,甚至使機器無法正常運轉。因此,油箱的生產、制造過程中油箱材料的防腐問題受到人們的普遍關注。人們采用了各種不同的防腐蝕措施,以延長油箱設備的使用壽命。其中,由于采用耐油涂料涂覆油箱金屬基材表面阻止油料介質對基材的腐蝕,施工簡單,成本低廉,因而普遍使用[1]。
目前市場上使用的耐油涂料主要有環氧耐油涂料和聚氨酯耐油涂料兩種,其中環氧耐油涂料具備優異的耐油性能與防腐蝕性能,但是其低溫干燥性能較差,在5℃以下的環境中,兩組分之間基,本不會固化;而聚氨酯耐油涂料有優異的耐油性能、較好的表面裝飾性能,并能在低溫下干燥,但是該類涂料的耐腐蝕性能較差,特別是耐堿性較差。因此,本研究擬選擇合適的環氧樹脂和聚酯樹脂,配以合適的固化劑,開發出一種環氧聚氨酯耐油涂料,它將綜合環氧樹脂耐油涂料與聚氨酯樹脂耐油涂料的優點,具體優異的耐油性能耐腐蝕性能低溫干燥性能表面裝飾性能等.
1 試驗部分
1.1 原材料
聚酯樹脂:自制;環氧樹脂:太倉;TDI聚合物:自制;混合溶劑:自制;顏料、助劑、溶劑:工業級。
1.2 涂料配方
環氧樹脂的相對分子質量越大,與其它樹脂的混容性越差,環氧樹脂的相對分子質量越低,則參與交聯反應的羥基越少,為了保證環氧樹脂在體系中具有良好的混容性,同時又有足夠的羥基參與交聯反應,本配方中使用中相對分子質量的環氧樹脂,及與其相適應的聚酯樹脂。常用的異氰酸酯固化劑包括脂肪族和芳香族兩類,脂肪族固化劑的耐候性好,但成本高;芳香族的異氰酸酯固化劑成本低,耐化學性好,由于用于室內,不需要很好的耐候性,因此選擇芳香族異氰酸酯固化劑。本研制涂料為雙組分涂料,其配方如表1所示。
1.3 涂料制備
按表1配方,將環氧樹脂在加熱的條件下,用自制溶劑溶解成60%的樹脂溶液,降溫后在攪拌的條件下加入聚酯樹脂,然后依次加入其它組分,經高速分散30min后,進入砂磨機研磨至細度達到20μm時出料,用自制溶劑調整黏度(轉子黏度計測量)為3000～5000mPa‧s后即得甲組分。乙組分(固化劑)采用TDI的聚合物,控制固體分為(50±2)%,異氰酸根含量為(95±1)%。
1.4 漆膜性能檢測
1.4.1 漆膜的制備及常規性能檢測
將上述涂料按比例加入固化劑,用自制的溶劑將黏度調整至14～16s(涂-4杯),用空氣噴涂的方法在標準的馬口鐵板上制成(23±3)μm的漆膜,漆膜在溫度為(23±2)℃,濕度為(55±5)%的恒溫恒濕條件中干燥48h后檢測其漆膜的光澤、硬度、附著力、柔韌性等基本性能。
1.4.2 漆膜耐油、耐溫、耐蝕性能檢測
按照1.4.1制得一系列漆膜樣板,將其在標準條件下干燥168h后進行耐油(汽油、煤油、柴油)、耐溫及耐腐蝕性能檢測。
1.4.3 漆膜的低溫干燥性能
按照1.4.1制得樣板,將樣板分別放在23℃和0℃的環境中自然干燥,在不同的時間測定漆膜的硬度,考察其低溫干燥性能。
2 結果與討論
2.1 漆膜基本性能
按照141中的涂膜制備方法制得一系列環氧聚氨酯涂膜,采用相應標準對涂膜的基本性能進行了檢測,檢測結果如表2所示。從檢測結果可以看出,該產品的光澤高、硬度高、附著力、柔韌性優異。
2.2 漆膜耐油及耐腐蝕性能
將環氧聚氨酯涂膜樣板在標準條件下干燥168h后,將其浸于汽油、煤油、柴油中進行耐油性能檢測,同時考察其在高溫油中的耐油性能。同時,在3%NaCl溶液和01mol/LNaOH溶液中對其耐腐蝕性能進行了檢測,結果如表3。由表3可知,使用本研究涂料所制備的漆膜具有良好的耐蝕性能、優異的耐油性能,特別是耐高溫油性能。
2.3 漆膜的低溫干燥性能
研制的環氧聚氨酯耐油涂料能否在低溫下使用,與其低溫干燥性能緊密相關。按照141的漆膜制備方法制得漆膜樣板,將它們放在0℃的環境中自然干燥,在不同的時間測定了其漆膜的硬度,并與在23℃下干燥的漆膜進行了對比,結果見表4。結果顯示,漆膜在0℃條件下仍可以交聯固化,但交聯速度較慢,完全固化的時間較長。
3 固化劑用量對漆膜性能的影響
固化劑用量對涂料的性能將產生重要影響,固化劑用量過高,―NCO基團過剩較多,它將與空氣中的水蒸氣反應生成,盡管在一定程度上增加了交聯密度,提高了硬度和耐化學性,但會導致漆膜的脆性增加,耐沖擊性和柔韌性下降,并影響漆膜的表面效果,增加氣泡、針孔等弊病,使漆膜防腐性能降低。反之,固化劑用量過少,交聯密度過低,漆膜的硬度和耐化學性能都會下降,耐溶劑及耐油性下降。經過對比不同n(NCO)
油箱是工業生產中應用非常廣泛的一類設備,如工程機械的液壓油箱、大型柴油發電機的冷卻機油箱等,使用過程中,油箱材料的腐蝕產物往往會影響油料的使用性能,堵塞管道、增加阻力,甚至使機器無法正常運轉。因此,油箱的生產、制造過程中油箱材料的防腐問題受到人們的普遍關注。人們采用了各種不同的防腐蝕措施,以延長油箱設備的使用壽命。其中,由于采用耐油涂料涂覆油箱金屬基材表面阻止油料介質對基材的腐蝕,施工簡單,成本低廉,因而普遍使用[1]。
目前市場上使用的耐油涂料主要有環氧耐油涂料和聚氨酯耐油涂料兩種,其中環氧耐油涂料具備優異的耐油性能與防腐蝕性能,但是其低溫干燥性能較差,在5℃以下的環境中,兩組分之間基,本不會固化;而聚氨酯耐油涂料有優異的耐油性能、較好的表面裝飾性能,并能在低溫下干燥,但是該類涂料的耐腐蝕性能較差,特別是耐堿性較差。因此,本研究擬選擇合適的環氧樹脂和聚酯樹脂,配以合適的固化劑,開發出一種環氧聚氨酯耐油涂料,它將綜合環氧樹脂耐油涂料與聚氨酯樹脂耐油涂料的優點,具體優異的耐油性能耐腐蝕性能低溫干燥性能表面裝飾性能等.
1 試驗部分
1.1 原材料
聚酯樹脂:自制;環氧樹脂:太倉;TDI聚合物:自制;混合溶劑:自制;顏料、助劑、溶劑:工業級。
1.2 涂料配方
環氧樹脂的相對分子質量越大,與其它樹脂的混容性越差,環氧樹脂的相對分子質量越低,則參與交聯反應的羥基越少,為了保證環氧樹脂在體系中具有良好的混容性,同時又有足夠的羥基參與交聯反應,本配方中使用中相對分子質量的環氧樹脂,及與其相適應的聚酯樹脂。常用的異氰酸酯固化劑包括脂肪族和芳香族兩類,脂肪族固化劑的耐候性好,但成本高;芳香族的異氰酸酯固化劑成本低,耐化學性好,由于用于室內,不需要很好的耐候性,因此選擇芳香族異氰酸酯固化劑。本研制涂料為雙組分涂料,其配方如表1所示。
1.3 涂料制備
按表1配方,將環氧樹脂在加熱的條件下,用自制溶劑溶解成60%的樹脂溶液,降溫后在攪拌的條件下加入聚酯樹脂,然后依次加入其它組分,經高速分散30min后,進入砂磨機研磨至細度達到20μm時出料,用自制溶劑調整黏度(轉子黏度計測量)為3000～5000mPa‧s后即得甲組分。乙組分(固化劑)采用TDI的聚合物,控制固體分為(50±2)%,異氰酸根含量為(95±1)%。
1.4 漆膜性能檢測
1.4.1 漆膜的制備及常規性能檢測
將上述涂料按比例加入固化劑,用自制的溶劑將黏度調整至14～16s(涂-4杯),用空氣噴涂的方法在標準的馬口鐵板上制成(23±3)μm的漆膜,漆膜在溫度為(23±2)℃,濕度為(55±5)%的恒溫恒濕條件中干燥48h后檢測其漆膜的光澤、硬度、附著力、柔韌性等基本性能。
1.4.2 漆膜耐油、耐溫、耐蝕性能檢測
按照1.4.1制得一系列漆膜樣板,將其在標準條件下干燥168h后進行耐油(汽油、煤油、柴油)、耐溫及耐腐蝕性能檢測。
1.4.3 漆膜的低溫干燥性能
按照1.4.1制得樣板,將樣板分別放在23℃和0℃的環境中自然干燥,在不同的時間測定漆膜的硬度,考察其低溫干燥性能。
2 結果與討論
2.1 漆膜基本性能
按照141中的涂膜制備方法制得一系列環氧聚氨酯涂膜,采用相應標準對涂膜的基本性能進行了檢測,檢測結果如表2所示。從檢測結果可以看出,該產品的光澤高、硬度高、附著力、柔韌性優異。
2.2 漆膜耐油及耐腐蝕性能
將環氧聚氨酯涂膜樣板在標準條件下干燥168h后,將其浸于汽油、煤油、柴油中進行耐油性能檢測,同時考察其在高溫油中的耐油性能。同時,在3%NaCl溶液和01mol/LNaOH溶液中對其耐腐蝕性能進行了檢測,結果如表3。由表3可知,使用本研究涂料所制備的漆膜具有良好的耐蝕性能、優異的耐油性能,特別是耐高溫油性能。
2.3 漆膜的低溫干燥性能
研制的環氧聚氨酯耐油涂料能否在低溫下使用,與其低溫干燥性能緊密相關。按照141的漆膜制備方法制得漆膜樣板,將它們放在0℃的環境中自然干燥,在不同的時間測定了其漆膜的硬度,并與在23℃下干燥的漆膜進行了對比,結果見表4。結果顯示,漆膜在0℃條件下仍可以交聯固化,但交聯速度較慢,完全固化的時間較長。
3 固化劑用量對漆膜性能的影響
固化劑用量對涂料的性能將產生重要影響,固化劑用量過高,―NCO基團過剩較多,它將與空氣中的水蒸氣反應生成,盡管在一定程度上增加了交聯密度,提高了硬度和耐化學性,但會導致漆膜的脆性增加,耐沖擊性和柔韌性下降,并影響漆膜的表面效果,增加氣泡、針孔等弊病,使漆膜防腐性能降低。反之,固化劑用量過少,交聯密度過低,漆膜的硬度和耐化學性能都會下降,耐溶劑及耐油性下降。經過對比不同n(NCO)
