耐高浓度无机酸防腐涂层的研制

耐高浓度无机酸防腐涂层的研制
郭金彦
(北京天山新材料技术有限责任公司,北京100041)
摘　要　采用特殊的环氧树脂与固化剂,研制了一种可以耐高浓度无机酸的防腐涂层,其中未添加任何溶剂,可以室温固化,固化后的涂层收缩率小,粘接强度高。经98%浓硫酸、85%浓磷酸等强酸侵蚀实验表明,该涂层具有卓越的防强酸腐蚀性能。
关键词　耐高浓度无机酸,无溶剂,浓H2SO4,浓H3PO4,低收缩,涂层
金属材料腐蚀是普遍存在的一个严重问题,控制金属腐蚀的方法很多,其中较方便和有效的控制手段就是进行防腐蚀涂装保护。防腐涂层品种较多,如环氧树脂类、聚酯类等[1]。目前耐酸较好的是不饱和聚酯类涂层,但该涂层固化收缩率大,在实际的应用中效果不理想。环氧类涂层在重防腐上应用很多,但是大部分产品只限于能防住一些低浓度的无机酸、碱,而对于一些强腐蚀性的酸,例如98%的浓硫酸、 85%浓磷酸等,目前市场上能防住的涂层寥寥无几。现在我们通过多年实验,成功开发了一种可以耐98%的浓硫酸、85% 浓磷酸等多种高浓度无机酸的涂层,配方中未添加任何溶剂, 可以室温固化,解决了很多客户的难题。
1　实验部分
1·1　原料
双酚A环氧树脂(工业级)、双酚F环氧树脂(工业级),无锡迪爱生树脂厂;脂环族环氧树脂(工业级),天津合成材料研究所;酚醛环氧树脂(工业级)、稀释剂(工业级),深圳佳迪达化工有限公司;KH550偶联剂(工业级),湖北武大有机硅新材料股份有限公司;气相白炭黑(工业级),瓦克化学;脂环胺 ((工业级)、酰胺基胺(工业级),美国气体;腰果酚类固化剂 (工业级),卡德莱公司;改性脂肪胺(工业级),美国科宁;酚醛胺固化剂(工业级),广州惠联;聚酰胺(工业级),天津燕海;特种环氧树脂、特制改性胺,自制;BYK 066N(工业级),德国 BYK公司。
1·2　防腐涂层制备将环氧树脂、稀释剂、消泡剂、填料、气相白炭黑按一定比例混合均匀配制成A组分。将固化剂、偶联剂、填料与气相白炭黑按一定比例混合均匀配成B组分,然后将A组分与B组分按重量比3·0∶1混合均匀即可。
1·3　测试与表征 ①剪切强度:参照GB/T 7 124-2008标准进行测定。②拉伸强度:参照GB/T 6 329-1996标准进行测定。③压缩强度: 参照GB/T 1 041-2008标准进行测定。④硬度:参照GB 2 411-2008标准进行测定。⑤耐介质性能:参照JB/T10293- 2008[2]标准进行测定。
2　实验过程与讨论
2·1　环氧树脂的选择环氧树脂和固化剂的选择是影响涂层防腐能力最重要的两个因素,首先我们采用试片法分别试验了双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧、脂环族环氧和经过我们特殊处理的特种环氧树脂等配方的耐酸性能。固化剂选择耐介质性能较好的腰果酚胺。酸的浓度和温度是影响腐蚀的关键因素, 所以我们选了两个比较极端的介质做实验,一个是98%的浓硫酸,另一个是100℃的40%的硫酸。具体结果见表1。从表1可见,无论是在98%浓硫酸,还是100℃,40%的热硫酸中,经过我们特殊处理的环氧树脂性能都是最优的,最后我们的防腐涂层就是以此特种环氧树脂为基础配成的。

2·2　固化剂的选择我们实验了如下几种类型的固化剂配合特种环氧树脂实验,采用胶块法试验,结果如表2所示。

通过表2可见,特制改性胺固化剂的防酸效果最好,它在 98%的浓硫酸中,几乎可以保持原形,溶解的非常少。而其它配方的胶块,残缺较严重。
2·3　填料的选择在防腐涂层中,填料对防腐性能起到很关键的协助作用, 通过一系列筛选实验,我们选定了一种特殊填料作为配方的组成部分。几种填料的耐酸顺序如下:特殊填料>滑石粉> 硅微粉≈白刚玉。最终我们通过加入偶联剂、消泡剂、稀释剂得到了一个耐无机酸性能非常优异的涂层,公司牌号为TS496。 3　耐无机酸涂层的最终性能我们选择了几种在无溶剂防腐涂层方面非常知名的国际品牌的产品做对比实验,有美国BELZONA公司的1341、1391 产品。还有美国专业做防腐涂层的THORTEX公司的3个产品,包括: UW、PW和耐酸涂层UC。其中UC是专业的耐酸涂层。
3·1　在98%浓硫酸中的防腐效果
3.1.1　试片效果涂好的试片,于98%的浓硫酸中常温浸泡40天后取出, 只有TS496和UC试片,外观完好,没有任何破损,而其它4 个试片表面涂层已全部脱落,只剩下铁片。
3.1.2　胶块浸泡结果
3.1.2.1　胶块外观评价只有TS496和UC外观没有变化,其余胶块已熔化在浓硫酸中,所以重量损失及强度下降无法得到。
3.1.2.2　胶块重量变化率我们测试了TS496和UC在浓硫酸中浸泡后的重量变化率。如图1所示。

从浸泡时间和重量变化率的关系图可见,TS496重量变化率很小,曲线上升很慢,在浸泡40天后仅为0·1%,远小于 UC的0·73%,这说明该涂层抵抗浓酸侵蚀的能力很强,已超过UC。 3.1.2.3　胶块抗压强度变化率我们同时做了样品浸泡40天后的抗压强度下降率的测试,如图2如示。

从图2可见,TS496的抗压强度下降率为7·2%,低于UC 的9·6%,这个数据从另一方面说明了TS496的防酸性能好于UC。 3·2　在100℃,40%热硫酸中的防腐效果 3.2.1　试片效果除UC和TS496外,其余试片的涂层均已破裂,金属外露,腐蚀严重。而UC和TS496试片很好,无破损,无裂纹,但颜色有些变化。
3.2.2　胶块效果
3.2.2.1　胶块外观评价 UC和TS496胶块效果很好,外观上没有变化,而其它产品的胶块均已出现裂纹。 3.2.2.2　胶块重量变化率图3是TS496和UC胶块浸泡30天后的结果。

从图3可见,相同浸泡时间下,TS496重量变化率均小于 UC,并且最高增重率在4·5%左右,这个数据按照标准评价应属于良。
3.2.2.3　胶块抗压强度下降率由于UW、PW、1341、1391 4个产品的抗压件已出现裂纹,无法测试,只有UC和TS496的数据,如图4所示。

从图4可见,TS496的抗压强度下降率为6·1%,,低于 UC的19·4%,这个数据从另一方面说明了TS496的防酸性能好于UC。
3.3　在85%的磷酸中的防腐效果
3.3.1　试片效果涂好试片于85%的浓磷酸中常温浸泡30天后取出。浸泡后的试片结果记录在表3中。从表3可见,只有UC和TS496试片效果最好,无裂纹, 没有一点砂化的迹象,而其它4个试片涂层均呈砂化状,对基材已没有了保护能力,金属外露,出现腐蚀。

3·4　在其它介质中的防腐效果我们还测试了TS496在其它介质中的实验效果,具体如表4所示。

3.5　该胶的固化和粘接强度很多涂层它本身的防腐性能是很不错的,如不饱合聚酯类涂层,但是由于它固化后本体收缩率大,在实际应用中,经受长期的冷热交变后,涂层就会出现裂纹,失去保护作用。所以涂层对基材的粘接力,以及它的收缩率都是影响防腐的很重要的因素,为此我们做了下面的一些粘接方面的测试。
3.5.1　常规粘接性能表5是TS496的一些常规粘接性能。

从表5可见,TS496的室温固化速度在129min左右,可以保证施工中有较长的操作时间,它的最终剪切强度可以达到18MPa,拉伸强度可达45MPa,这个强度可以保证涂层和基材之间牢固的接合。
3.5.2　TS496耐高低温老化性能测试于200mm见方2mm厚碳钢板上刷涂0·5mm厚的涂层, 室温固化7天后放入高低温实验箱中,于-40~80℃老化 168h后试片能保持原样,没有裂纹及脱落现象出现。