曾凡辉1,黎　明2,姜其斌1,王永晶2

(1.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007; 2.上海美东生物材料有限公司,上海201203)

摘要：以腰果油改性的酚醛胺环氧固化剂固化环氧防腐涂料,制得了具有优异低温干燥性能和防腐功能的新型铁路车辆防腐涂料。研究了腰果油环氧固化剂对环氧防腐涂料的低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性能的影响,并通过DSC和FT-IR测试对涂料性能进行了表征。结果表明当选用某腰果油环氧固化剂时,和某聚酰胺环氧固化剂相比, 在5℃的低温下,防腐涂料环氧基团的开环率由28%提高到84%,涂膜的玻璃化转变温度由60·67℃提高到 72·09℃,耐盐雾腐蚀达720 h。

关键词：腰果油环氧固化剂;防腐涂料;耐盐雾腐蚀

中图分类号：TQ 630·4+93　文献标识码：A　文章编号：0253-4312(2008)05-0037-03

0　引　言

腰果油改性的酚醛胺固化剂是一类低温干燥速度快、防腐性能优异的新型环氧固化剂,其分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和常温反应活性高的脂肪胺,使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化,同时极性的羟基还能增强对底材的湿润和附着力。另一方面,腰果油衍生物一般是以含不饱和双键的碳15长链取代酚为基础,碳15长链能 给体系提供优异的耐水性和柔韧性,同时取代酚中含有的苯环结构又具有耐化学腐蚀性能好的特点[1]。

现有的铁路车辆防腐涂料的固化剂一般均为普通聚酰胺环氧固化剂,该类固化剂具有良好的机械性能,但其低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性能却不是十分理想。如何进一步改善和提高铁路车辆用环氧防腐涂料的低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性,提高环氧防腐涂料的冬季施工效率,减少因金属腐蚀给铁路行车安全带来的不利影响,一直以来是铁道工业防腐领域的一项重要研究课题。本文通过选用腰果油改性酚醛胺环氧固化剂固化环氧防腐涂料,制得了具有优良低温干燥性能和 耐盐雾腐蚀性能的新型环氧涂料,满足了铁道车辆防腐涂装的需要。

1　试验部分

1. 1　主要原材料

环氧树脂:工业级,岳阳巴陵石化公司;分散剂:工业级, 德国毕克公司;磷酸锌:工业级,保定龙源公司;三聚磷酸铝:工业级,广西化工研究院;防沉剂:化学纯,台湾德谦公司;混 合溶剂:工业级,自配;腰果油环氧固化剂:工业级,上海美东公司。

1. 2　环氧防腐涂料的制造工艺

按配方量称取环氧树脂、分散剂和混合溶剂,分散均匀, 加入颜填料,高速分散30 min后研磨至细度≤30μm。在制成的漆料中加入其他剩余助剂和适量的混合溶剂,调整黏度100 ~120 s(涂4#杯),过滤出料。所制得的漆料组分与腰果油环氧固化剂组分按6∶1的比例(质量比)配制成环氧防腐底漆。

1. 3　性能测试

按GB/T1727—1992的要求将涂料喷涂于试板上,按国标 GB/T1771—1991测试耐盐雾性能(板面要求划叉),按铁道行 业标准TB/T2260—2001检测其他常规机械性能。

1. 4　主要检测仪器

盐雾试验箱:GT-7004-L型,试验温度为(35±2)℃, 喷雾量为1~2 mL/(h·80 cm2),台湾高铁公司;差式扫描量热 仪:DSC 821e型,温度范围: 25~200℃,升温速率: 10℃/min, 瑞士梅特勒-托力多公司;傅里叶变换红外光谱仪:WOF- 410型,分辨率=4,扫描次数=20,北京第二光学仪器厂。

2　结果与讨论

2. 1　防腐涂料低温干燥性能

环氧防腐涂料的冬季低温干燥性能可通过差式扫描量热 法(DSC)测试环氧基团与环氧固化剂在一定温度下交联反应 所放出的反应热的多少进行评价。环氧基团的开环率=已被 打开的环氧基团数/总环氧基团数=HT, t/H0(H0:环氧基团完 全被打开所放出的热量,HT, t:在T温度下、t时刻时环氧基团 被打开所放出的热量)[1]。腰果油环氧固化剂和某聚酰胺固 化剂在5℃下的环氧开环率随时间的变化曲线如图1所示。

由图1可知,在5℃的温度下, 7 d后腰果油环氧固化体系的环氧基团开环率可达84%,而普通聚酰胺环氧固化体系仅为28%,其低温干燥速度远远高于聚酰胺环氧固化体系。主要是由于腰果油环氧固化剂分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和低温反应活性高的脂肪胺,酚羟基上的羟基氢的氢键作用可促使环氧基团开环[2],使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化,这样就大大提高了铁道车辆用防腐涂料的冬季施工效率。

2. 2　涂膜耐盐雾性能

环氧防腐涂料中所含的环氧基团与胺类环氧固化剂中的 活性氢可进行化学交联反应,从而形成性能优良的漆膜,不同环氧固化剂由于其化学结构不一样,形成的漆膜耐盐雾腐蚀性能也有很大区别[3]。在漆料配方相同的条件下,考察腰果油环氧固化剂和普通聚酰胺环氧固化剂的耐盐雾腐蚀性能(500 h),结果如图2所示。

由图2可知,试板经过500 h的盐雾试验后,图2(a)选用 某聚酰胺固化剂的试验样板划叉处已严重腐蚀,单向腐蚀宽 度超过2 mm,而图2(b)选用某腰果油改性的环氧固化剂划叉 处单向腐蚀宽度仅约为1 mm。这主要是因为腰果油改性的 固化剂分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和 低温反应活性高的脂肪胺,使环氧基团与胺类环氧固化剂中 的活性氢之间进行化学交联反应更加完全,涂料的交联度得 到了大幅度提高,涂料体系交联度提高后,涂膜的玻璃化转变 温度(Tg)也得到了提高,理论认为,盐雾试验中漆膜浸水后 由于吸水起增塑作用,其Tg会下降约30℃,若涂层浸水后其 Tg仍超过试验环境温度,其附着点并不因涂层松弛而移动,仍 固定于原附着点,即湿附着力良好[4]。另外其分子结构上既 带憎水性优异的长脂肪链,又含耐化学腐蚀的苯环结构,这样 涂料的耐盐雾腐蚀性能就得到了大幅度提高。

2. 3　制得的防腐涂料性能表征

2. 3. 1　涂膜的DSC曲线分析

环氧防腐涂料的DSC测试结果见图3。曲线的第一个拐 点处即为环氧防腐涂料的Tg转变值。

由图3可知,使用腰果油环氧固化剂的涂料Tg值比使用 普通聚酰胺环氧固化剂和改性聚酰胺环氧固化剂的涂料Tg 值分别高约11℃和5℃,和普通聚酰胺环氧固化剂相比,涂膜的Tg值由60·67℃提高到了72·09℃。Tg值的提高主要 是由于腰果油环氧固化剂和环氧树脂间的化学交联反应进行 得比较完全,交联密度大,Tg值的提高使防腐涂料的耐盐雾腐蚀性能也得到了提高。

2. 3. 2　涂膜的IR曲线分析

使用腰果油环氧固化剂固化的防腐涂料的红外光谱测试曲线如图4所示。

由图4可知,在770 cm-1、918 cm-1附近没有发现环氧基团的特征吸收峰,说明固化反应进行得比较完全,环氧防腐涂膜中没有残留的环氧基团。1248 cm-1为环氧树脂中的醚键(—O—)的伸缩振动吸收峰。

2. 4　制得的防腐涂料性能指标

由腰果油环氧固化剂制得的环氧防腐涂料的性能指标测试结果如表1所示。

由表1可知,制得的环氧防腐涂料的性能符合铁道行业 标准“TB/T2260—2001铁路机车车辆用防锈底漆”的技术要求,特别是干燥性能和耐盐雾腐蚀性能,远远超过铁标的要求。

3　结　语

当铁路车辆用防腐涂料选用某腰果油环氧固化剂时,和某普通聚酰胺环氧固化剂相比,在5℃以下的低温下,防腐涂料环氧基团的开环率由28%提高到84%,防腐涂料的低温干燥性能得到了大幅提高。涂膜的玻璃化转变温度由60·67℃ 提高到72·09℃,耐盐雾腐蚀达720 h。

参考文献

[1]　戴志晟.环氧树脂用天然长链取代酚醛胺固化剂[J].涂料工业, 2000, 30(8): 1-4.

[2]　LJCALBO.涂料助剂大全[M].朱传棨,段质美,王泳厚,译.上 海:科学技术文献出版社, 2000: 561.

[3]　曾凡辉,姜其斌,包胜军,等.铁路桥梁支座用环氧富锌防腐涂料 耐盐雾性能研究[C]. 2007年第四届国际防腐蚀涂料及海洋石 油工业防腐技术研讨会,北京: 188-191.

[4]　虞兆年.防腐蚀涂料和涂装[M].北京:化学工业出版社, 2002: 190-202.