探析环氧树脂在防腐涂料中的应用

杨翰祥

摘要：常见的防腐涂料主要包括环氧树脂涂料、聚氨酯涂料以及无机富锌涂料等，环氧树脂涂料是最主要的一类，它是热固性树脂，以其易于加工成型、固化物性能优异等特点被广泛应用。本文以改性环氧树脂为例进行，结合笔者实践工作经验，首先简述了防腐涂料机理，对改性环氧树脂在防腐涂料中的应用进行了探讨分析。

关键词：防腐涂料机理；改性环氧树脂；应用；水性金属

一、防腐涂料机理的分析

防腐涂料机理主要体现在：（1）涂层的屏蔽作用。涂层涂覆于金属表面，使电解质（水、氧、氯离子等）与金属界面无法直接接触，阻止或减缓了金属的电化学腐蚀。（2）湿附着力的作用。湿附着力是指在水存在下的附着力，保证水和氧不能在金属表面快速扩散而减缓金属腐蚀。由于溶剂挥发或制备工艺影响，涂层总存在孔隙等缺陷，构成了电解质渗入的主要通道，研究发现涂层透水和氧的速率往往高于钢铁表面腐蚀消耗水和氧的速率，因此涂层的防护不只有屏蔽作用，其湿附着力对防腐蚀也起着重要作用。（3）牺牲阳极的阴极保护作用。通常在涂料中加入一些活泼的金属粉末（如锌粉等）作为牺牲阳极，起着保护阴极金属基体的作用。

二、改性环氧树脂在防腐涂料中的应用分析

（一）聚合物改性環氧树脂在防腐涂料中的应用分析。由于高分子相容理论和相容技术的进步发展，使得热塑性树脂与环氧树脂合金化成为可能。常用的热塑性树脂有聚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、液晶高分子等品种。采用聚醚酰亚胺以提高双酚A二氰酸酯/酚醛环氧树脂共混物的断裂韧性，实验结果表明：聚醚酰亚胺是氰酸酯/酚醛环氧树脂共混物的有效增韧剂，加入15%的聚醚酰亚胺可使断裂韧性提高到1.45MPa，弯曲强度也有所提高。用扫描电子显微镜和动态粘弹谱研究改性共混物的微观结构发现有双连续结构，共混物的韧性和耐溶剂性主要与相行为有关，固化工艺对含10%聚醚酰亚胺的共混物的断裂韧性和形态没有明显的作用。将胺化聚碳酸酯和环氧树脂以一定比例混合，加热到120-160℃后，加入熔化的二氨基二苯基甲烷，制备固化的胺化聚碳酸酯增韧环氧树脂。结果表明，EP与a-PC形成了网络结构，且当胺化聚碳酸酯质量分数为10%时，试样断裂韧性最大。韦春等合成了一种端基含有活性基团的热致性液晶聚合物，用其改性环氧树脂CYD-128/4，4’-二氨基二苯砜（DDS）固化体系，对改性体系的冲击性能、拉伸性能、弹性模量、断裂伸长率、玻璃化转变温度Tg与LCPU含量的关系进行了分析，对不同种类液晶化合物对CYD-128/DDS体系改性效果进行了比较，用扫描电镜对材料断面的形态结构进行了研究。结果表明，LCPU的加入可以使固化体系的冲击强度提高2-3.5倍，拉伸强度提高1.6-1.8倍，弹性模量提高1.1-1.5倍，断裂伸长率提高2-2.6倍，Tg提高36-60℃，改性后材料断裂面的形态逐渐呈现韧性断裂特征。设计并合成了一种侧链型液晶聚合物（SLCP），用T31作固化剂时SLCP对环氧树脂有较好的增强增韧效果，在强度和玻璃化温度不降低的情况下，断裂伸长率比未改性固化物最大提高2.6倍；但用三乙醇胺作固化剂时SLCP对改性环氧树脂效果不明显。

（二）结构改性环氧树脂在防腐涂料中的应用分析。环氧树脂化学结构的特点是大分子链上含有环氧基，由于生成环氧基的方法不同，所用原料不同，生成的环氧树脂种类也不同，其中耐蚀用的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂，用酚醛树脂对其进行改性后生成的酚醛环氧树脂是开发较早、较为成熟的多官能度环氧树脂的重要品种，它固化后具有较高的交联度，同时由于骨架中大量苯环的存在，使其具有较高的热变形温度和优良的热稳定性，兼有双酚A型环氧树脂和酚醛树脂的优点。例如，YH-343系列环氧树脂是用二氨基二苯甲烷代替双酚A制成的环氧树脂，其特点是具有较高活性，固化物有较好韧性、耐热性、耐化学药品性，已被应用于防腐涂料。

（三）有机硅改性环氧树脂在防腐涂料中的应用分析。利用有机硅对环氧树脂进行改性，可使热稳定性、耐候性、脆性等得到明显改善，同时因低表面自由能的有机硅敷于树脂表面，使环氧树脂防水防油性能得以改善。由于有机硅与环氧树脂不相容，一般用有机硅的-NH2-、-OH-、-OR与环氧树脂的环氧基进行接枝或共聚反应，以降低界面能，改善相容性。例如，为了提高环氧树脂涂料的耐热性，人们利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成新的耐热防腐涂料。其中硅酮中-Si-O-Si的存在使涂料具有良好的热稳定性，而Si-C-则保证了涂料的固体成分。先将环氧树脂与甲基异丁酮等混合组成溶剂，然后将硅酮树脂加入上述溶剂，再用二甲苯进行稀释，并加入聚酰胺作为固化剂。通过分光镜和电化学显微镜观察可发现涂料的热稳定性有了显著提高，对甲苯、三氯基甲苯等溶剂也有良好的抵抗力。将环氧树脂与氯化橡胶、硅酮树脂共混生成聚合物一聚合物类型复合涂料，利用橡胶对水蒸气等腐蚀介质的阻隔性和硅酮的耐高温性，可以用单层涂膜来实现普通多层薄膜的防护功能。张斌等用氨基硅油和双酚A型环氧树脂为原料合成一种新型的环氧树脂，通过研究不同反应时间、不同反应温度以及不同氨基硅油含量对改性环氧树脂性能的影响，以及用热重法对改性树脂的耐热性进行分析，发现用工业产的氨基硅油合成的改性环氧树脂同样具有良好韧性和耐热性。

三、改性环氧树脂在水性金属防腐涂料中的应用分析

环氧树脂涂料因具有耐化学药品性优异、附着力强等特点，而广泛应用于工业防腐领域。水性环氧防腐涂料把水作为分散介质，最终的产品无气味、不易燃、价格低廉，在使用、运输和贮存过程中的安全性大大提高。采用双酚A型环氧树脂E-20，消泡剂，成膜剂，分散剂，流平剂，填料，稳定剂；正丁醇，磷酸，乙二醇丁醚，过氧化苯甲酰，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，苯乙烯；氨水，氢氧化钠。取一定量的正丁醇、乙二醇丁醚、环氧树脂加入到四口烧瓶中，并在一定温度范围内使环氧树脂完全溶解。然后开始滴加磷酸，并冷凝回流。反应一段时间后，加入适量的丙烯酸酯类单体和引发剂的混合物，在相同的时间间隔内补加适量的引发剂，并在出现白色乳状液后缓慢滴加适量水。接着降温并加中和剂，最后冷却到室温出料。向改性的乳液中加入填料、助剂、去离子水，然后进行研磨和搅拌，得到水性金属防腐涂料。实验结果：丙烯酸及其酯类等单体的接枝率决定改性树脂的水溶性，而接枝率又受引发剂用量的影响，随着引发剂浓度的升高，接枝转化率先升高后降低。环氧值同样也受到了引发剂用量的影响。综合考虑两个方面的因素引发剂用量为1.2g时，乳液性能最佳。在丙烯酸酯类单体与环氧树脂的接枝反应中，存在着多种类型的竞争反应：环氧树脂与含羧基单体的接枝共聚反应、丙烯酸酯类单体问的加聚反应及羧基单体与环氧基的开环酯化反应，其中温度决定反应的类型。温度较低时酯类单体发生自聚和相互聚合反应，随着温度的升高接枝率升高，但温度过高时会加速羧基单体与环氧基的开环酯化反应。当温度为120℃，最适合丙烯酸酯类单体与环氧树脂的接枝反应。

四、结束语

综上所述，环氧树脂主要是通过环氧结构改性等高性能化后可以制成防腐涂料，环氧树脂改性重点是提高耐热性、耐燃性、延长使用期和贮存期、树脂单组分化、低粘度、低温固化性等，所以其在防腐涂料中被广泛应用。