一种纳米改性环氧防腐涂料制备及其应用
2019-03-25楼剑军白海涛潘宝清
楼剑军 白海涛 潘宝清
摘要：纳米改性环氧防腐涂料具有许多优良的热力学性能，已经作为涂料、交联剂、复合材料等用于电子电工、交通运输、航空航天等诸多领域。通过对纳米改性环氧防腐涂料特点及方法开展分析，明确了其制备的主要流程。此外，本文制备了一种新型的双子表面活性剂，与传统的表面活性剂相比，具有许多独特的性质。在此基础上，对混合剂的配置与用量方法、环氧涂料的结构表征、涂抹附着力测试、试样设备测试、环氧树脂防腐涂层耐磨测试等制备过程及需要注意的事项进行了探究，并简要论述了其主要应用，为关注这一类话题的人们提供参考。
关键词：纳米改性;环氧树脂;防腐涂料;相关测试;结构表征
中图分类号：TQ645.5+6文献标志码：A 文章编号：1001-5922（2019）00-0149-05
引言：近年来，虽然我国社会经济得到了飞速发展，但由于石油开采量不断提升，因此对环境造成了严重污染，并且腐蚀给油井管带来的失效问题更加突出，既造成了巨大的经济损失，又容易引发管道事故。因此，需要借助纳米改性的方法进行环氧树脂防腐材料的制备，以便减少腐蚀问题出现。
1纳米改性环氧防腐涂料的制备相关分析
1.1纳米改性环氧涂料的制备
纳米经过改性可以提升环氧树脂的防腐性能，在进行环氧涂料制备过程中，需要根据实际情况对固化剂用量进行深入的研究。环氧树脂之所以会发生交联反应，主要是由粘流体系引起的。在这一过程中，会逐漸形成一种特殊的固态树脂，并且该树脂具有不溶和难溶的特点。而这一反应主要发生在两个部位，一是环氧树脂的羟基础上，另一个部位是环氧基。相对前者而言，环氧基的活泼性是非常强的，因此在进行固化剂用量计算和确定时，通常都是以环氧基团为标准。在本文中，进行实验时，所采用的环氧树脂的质量分别为10%、15%、20%、25%，以便对各个质量进行对比，选择更科学合理的固化剂用量，通过对实验结果的分析，可以了解其用量对涂抹性能的影响，如表1所示。
在涂层制备中必须对制备流程进行了解，以便提升制备的效率与质量。其主要流程如图1所示。在制备时，一定安装相关流程进行制备，并且还要注意相关的细节。例如，在超声波处理环节中，需要对超声波分散时间进行控制，一般在20min左右。
1.2科学合理选择混合剂的配置与用量
混合剂的配置是纳米改性环氧防腐重要环节之一，主要是将2种不同溶剂进行混合。其中，这两种溶剂不仅使用范围有一定的差别，而且其溶剂性能也是不同的。这样才能进一步提高其溶剂能力，充分发挥溶剂的作用。但对溶剂配置及用量的要求是比较高的，并不是将两种不同溶剂简单混合在一起。而是要做到溶剂平衡。在本文中，以正丁醇和二甲苯作为实验的溶剂，如表2所示，是两种溶剂融合的物理性能。可见，混合溶剂配合比例不同，其所产生的物理性能也是存在差异的。在进行正丁醇和二甲苯混合溶液配比时，可以根据实际需要，对其比例进行设定，以便促使环氧树脂质量达到相关要求与标准。
1.3正交试验
在进行纳米改性环氧涂料的制备中，进行正交试验，通过了解正交因素水平，对实验结果深入分析，可以明确纳米改性聚合物防腐涂料各组分所需要加入的量，以便为其涂层性能测定工作开展提供有利条件。在进行正交实验时，最重要的程膜物质是t-31型环氧树脂固化剂，如图2所示。使用E环氧树脂，同时还选用一些助剂。例如，硅烧偶联剂。再如，消泡剂，如图3所示。另外，分散剂也是最重要的助剂之一，如图4所示。另外，在进行正交试验之前，还需要对正丁醇与二甲苯的比例进行明确，在该此实验中，所采用的比例为35：65，并且所使用固化剂用量的比例占环氧树脂质量的20%。如果以50g树脂用量为标准，列正交因素水平如表3所示。
1.4纳米改性环氧涂料的结构表征与相关力测试
在进行纳米改性中，要想了解环氧涂料的结构表征，需要科学合理的进行红外光谱分析。本文以偶联性改性后纳米SiO2和改性后纳米Al2O3的红外光谱为例进行分析，图5、图6分别是SiO2、Al2O3红外光谱。
通过对5的观察可知，960处的峰和1100出的峰对应的区域是不同的，后者对应Si-O-Si键的反对称伸缩振动，而前者与其有很大不同，其对应的键主要是Si-OH，并且伸缩振动也不是反对称的”。在图5中，我们还可以发现不同点的吸收峰也存在着很大差别，这些都足以说明硅烷偶联剂与纳米SiO2发生了反应，其中最明显的是与其表面的羟基产生了一定作用。环氧树脂的拼人量不同，制得的乳液粒度分布也不同。乳液配方见表4。
通过对图6观察可知，纳米经过改性后，纳米氧化铝粒子在很多地方都有吸收峰。例如，1690、590处等，同时，在3340处，由于氧化铝吸水，所以其羟基发生了很大变化，并逐渐形成了-OH吸收峰。另外，在3460处其吸收峰是比较特殊的，主要是因为吸收峰大幅度加强，一旦出现该现象，可以证明-OH与硅醇键发生了比较强烈的反应，最终产生了羟基二聚体。
1.4.1涂膜附着力测试
涂膜附着力对环氧涂料性能的影响是极大的，其主要是指涂膜与附着物体表面的粘性性，也可以称为粘结力。在进行环氧涂料性能判断中，其粘结力是判断其质量与性能的重要指标之一，只有确保其粘结性良好，才能充分发挥环氧涂料的作用，保证纳米改性是成功的。本文在对其涂膜附着力进行测试时，采用的是画圈法，其划痕圆滚线如图7所示，当两块样板结果处于一致状态时可以以其为基准。
1.4.2测试试样的制备
本次测试所采用的是N80钢，相对而言，其化学成分具有多样性特点，有利于提升测试结果的合理性。其主要化学成分如表5所示，其质量分数用%来表示。
在了解其化学成分的基础上，还需要进行试样的处理工作。首先，需要确定测试基材尺寸、磨损试验尺寸与阻抗试验尺寸。如。可以将阻抗试验基材尺寸设置为12mm×12mm×2mm。在本次试验中SSSRT试样尺寸如图8所示。在确定相关尺寸之后，可以进行涂抹。其中，卡片刮图是最常用的一种涂抹方式，不仅涂抹效率高，而且还能提升涂抹厚度的均衡效果。
1.4.3纳米改性环氧树脂防腐涂层耐磨测试
要想了解环氧树脂防腐涂层耐磨性能，还需要以纳米改性环氧树脂防涂层在不一样时间内的质量损失率为依据。如图所9所示，显示了纯环氧涂层与配方13制备在各个时间段的质量损失率。从图9中可知，纯环氧损失率要比配置的复合涂层损失率高的多，并且这一现象与时间的长短是成正比的。
2纳米材料在环氧防腐材料中的应用
环氧树脂主要是以脂环族、脂肪族为基本骨架的，它具有特殊的性能，不仅包含独一无二的环氧基，而且还包含极性集团。其结构通式如图10所示。
通过对图10分析可知，环氧树脂是具有多种优异性能的。例如，强韧性、耐热性、粘结性等。可见其具有独特的优势，这也在一定程度上促使其应用范围不断扩大，例如，可以作为浇筑料、层压材料等，不管是在人们日常生活中还是高新技术发展中都发挥着至关重要的作用。
将纳米材料应用到环氧防腐材料中，可以大大提升其耐腐蚀性能。当前已经有实验证明，将一定量的纳米Ti粉加入环氧树脂涂料中，与未加入纳米的环氧树脂涂料相比，其耐腐蚀性能得到了明显的提高。之所以纳米材料在环氧防腐材料制备中发挥着不可替代的作用，其中有很大一部分原因是该材料具有特殊的性能。例如，会产生小尺寸效应，也就是所谓的积体效应。再如，当纳米颗粒变小时，会促使自身的表面积发生一定的变化，在这一变化过程中，会出现新的性质，如热血性质，该状态下，相关固体物质熔点是固定的，而纳米颗粒的熔点却出现了新的變化，通常情况下其熔点会逐渐降低。在颜基比为2的优化条件下，其他因素保持不变，研究了聚苯胺悬浮液添加量对涂料性能的影响，实验结果见表6。
选用乙二醇单丁醚作为溶剂（其用量为反应物总重量的24%），反应温度为80℃，反应时间为12小时，不同物料比下的反应列于表7中。
在实际应用中，需要将纳米均匀的分散在环氧涂料中，另外如果应用合适的搅拌方法，还能大大提升分散效果，使其与环氧树脂进行充分的接触。现阶段，最主要的分散方法有两种，一种是机械搅拌法，另一种是超声波搅拌方法。相对前者而言，后面的方法应用的是比较多的。如果应用该方法，将纳米SiO2、Al203分散在环氧树脂中，会促使其接触更加充分，其具体过程如图11所示。
3结论
总而言之，在环氧树脂涂料制备过程中，纳米改性发挥着至关重要的作用。为了从根本上提高环氧树脂涂料的防腐性能，不但要对化学改进方法进行正确运用，而且还可以结合超声波分散形式，使纳米与环氧树脂充分融合。为了明确各组分在涂料中的比例，还需要进行正交试验，以便为纳米改性环氧腐蚀涂料的制定提供可靠依据，提高制备效率与质量。
