一、溶劑型環(huán)氧涂料的配方設(shè)計(jì)原則

 

   設(shè)計(jì)溶劑型環(huán)氧防腐蝕涂料配方時(shí)應(yīng)掌握基料、固化劑、顏填料、溶劑和助劑等組分的特性，遵循以下基本原則。

   ①涂膜防介質(zhì)滲透能力強(qiáng)基料應(yīng)有滿意的交聯(lián)固化速度、涂膜的ρ值較大、涂膜內(nèi)含有與腐蝕性滲透介質(zhì)相似的極性基團(tuán)少。

   ②涂膜有良好的完整性涂膜內(nèi)不得存在可被腐蝕性介質(zhì)破壞的化學(xué)鍵或基團(tuán)，保證在應(yīng)用時(shí)涂膜有良好的“濕態(tài)”黏結(jié)強(qiáng)度和保護(hù)涂膜的結(jié)構(gòu)完整性。

   ③保證溶劑的相對(duì)惰性準(zhǔn)確按規(guī)則選定溶劑、合理調(diào)整溶劑的揮發(fā)速度、注意某些溶劑的反應(yīng)活性。

   ④合理地使用固化劑根據(jù)固化劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選擇性和交聯(lián)固化反應(yīng)效果，確定基料與固化劑配比，切忌使用過量的固化劑。

   ⑤確保涂料的應(yīng)用性根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境，確定各組分配比、選擇顏填料品種及體積分?jǐn)?shù)、助劑品種及用量。

 

 

    1.對(duì)基料的要求在選擇基料時(shí)，應(yīng)注意形成涂膜內(nèi)的化學(xué)鍵、極性基團(tuán)、ρ值、玻璃化溫度及交聯(lián)固化反應(yīng)速度對(duì)防腐蝕性、粘接性及物理機(jī)械性的影響。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)決定涂膜性能的規(guī)則，確定基料品種。

   （1）涂膜內(nèi)的化學(xué)鍵及極性基團(tuán)涂膜內(nèi)含有酯鍵時(shí)，耐化學(xué)藥品性極差；涂膜內(nèi)含有碳-氧-硅鍵時(shí)，降低耐汽油性和耐鹽水性；涂膜內(nèi)含有醚鍵和脂肪族羥基時(shí)，耐化學(xué)藥品性優(yōu)良；含有煤焦瀝青的涂膜有優(yōu)異的耐酸堿性及耐水性。

   表2-1的涂膜用300^聚酰胺作固化劑，胺當(dāng)量：環(huán)氧當(dāng)量=0.5:1，在30～35℃交聯(lián)固化成膜。

 

 

   環(huán)氧樹脂分子中的脂肪族羥基有一定的親水性，這種羥基有利于水分子在涂膜內(nèi)積集或穿過，使涂膜防水性下降。有時(shí)利用與羥基反應(yīng)的固化劑，將羥基值較高的環(huán)氧樹脂進(jìn)行交聯(lián)固化，會(huì)得到好的防水效果。

   涂膜內(nèi)的羥基含量可由下式計(jì)算：

 

 

   式中   HV———涂膜內(nèi)的羥基含量，eq/g；

          E———涂膜內(nèi)環(huán)氧樹脂的質(zhì)量，g；

          A———涂膜內(nèi)固化劑的質(zhì)量，g；

          P———涂膜內(nèi)顏填料的質(zhì)量，g；

          HPV———交聯(lián)固化前環(huán)氧樹脂的羥基值，eq/100g；

          EPV———交聯(lián)固化后由環(huán)氧基產(chǎn)生的羥基值，eq/100g；

          B———交聯(lián)固化時(shí)消耗掉的羥基，eq/g。

   當(dāng)用300^#聚酰胺作固化劑、水楊酸作固化促進(jìn)劑時(shí)，與幾種雙酚A型環(huán)氧樹脂在30～35℃下進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)。涂膜內(nèi)羥基含量與耐水性關(guān)系見表2-2。

 

 

    （2）涂膜的有效交聯(lián)密度當(dāng)用與環(huán)氧基反應(yīng)的固化劑時(shí)，環(huán)氧值高的環(huán)氧樹脂充分交聯(lián)固化后的!值大，對(duì)腐蝕性滲透介質(zhì)通過涂膜有強(qiáng)的抵擋作用；環(huán)氧值低的環(huán)氧樹脂則相反。當(dāng)采用異氰酸酯作固化劑時(shí)（在室溫下反應(yīng)），羥基值高的環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化后的ρ值較大。

   用300^聚酰胺作固化劑，取胺當(dāng)量：環(huán)氧當(dāng)量=0.5:1，計(jì)算幾種環(huán)氧涂膜的ρ值并由試驗(yàn)測(cè)得透鹽率，結(jié)果如圖2-1所示。

 

 

   （3）涂膜的玻璃化溫度環(huán)氧防腐蝕涂料形成涂膜不僅有優(yōu)越的防止腐蝕介質(zhì)穿透能力，而且必須保證涂膜與被保護(hù)底材有強(qiáng)的粘接力和良好的物理機(jī)械性能，尤其是當(dāng)腐蝕介質(zhì)浸入時(shí)，應(yīng)保持強(qiáng)的“濕態(tài)”粘接強(qiáng)度。涂膜的玻璃化溫度（T_gx）是影響涂膜內(nèi)應(yīng)力和粘接強(qiáng)度的重要因素。涂膜的T_gx可由下式表達(dá)：

T_xg=T_gx+K·ρ

   式中    Tg———環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度，℃；

           K———常數(shù)，℃·g/mol（或℃·cm³/mol）；

           p———涂膜的有效交聯(lián)密度，mol/g（或mol/cm³）。T_gx由T_g和ρ決定。當(dāng)用與環(huán)氧基進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)的固化劑時(shí)，T_g與ρ成反比，即T_g增加引起!值下降，故T_g和ρ值的綜合變化結(jié)果才決定T_gx的數(shù)值大小。

   涂膜的T_gx越高、涂膜產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力越大，涂膜與底材粘接強(qiáng)度降低、彈性較差；反之，T_gx越低、涂膜與底材粘接強(qiáng)度較大、彈性較好。但T_gx太低，涂膜發(fā)軟，防腐蝕性下降。

   在選擇基料時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)氧樹脂的T_g和涂膜的ρ值對(duì)T_gx的綜合影響。在配方設(shè)計(jì)時(shí)，合理地調(diào)整T_g和ρ值，保證涂膜的粘接力和物理機(jī)械性能，通常，多數(shù)選用E-20環(huán)氧樹脂或混合環(huán)氧樹脂作為溶劑型環(huán)氧防腐蝕涂料的基料。

   （4）基料的交聯(lián)固化速度環(huán)氧防腐蝕涂料涂裝后，應(yīng)在限定時(shí)間內(nèi)交聯(lián)固化成涂膜，否則會(huì)產(chǎn)生弊病而影響性能。

   用聚酰胺300^#作固化劑，水楊酸作固化促進(jìn)劑，胺當(dāng)量：環(huán)氧當(dāng)量=0.5:1，固化溫度為30～35℃，不同品種環(huán)氧樹脂的交聯(lián)固化的速度曲線見圖2-2。

 

 

   由圖2-2知，在交聯(lián)固化反應(yīng)初期，F(xiàn)-44酚醛環(huán)氧樹脂的固化速度最快（經(jīng)17h硬度達(dá)到0.7），E-44環(huán)氧樹脂的固化速度也很快（經(jīng)19h硬度達(dá)到0.7），因?yàn)樗鼈兊沫h(huán)氧值高，與固化劑的反應(yīng)幾率大。在交聯(lián)固化過程中，E-20環(huán)氧樹脂的固化速度較由E-20環(huán)氧樹脂制備的HW-28環(huán)氧有機(jī)硅樹脂慢，因?yàn)镠W-28分子中存在硅氧烷鏈段，對(duì)固化反應(yīng)起促進(jìn)作用；E-4酮醛環(huán)氧樹脂的固化速度最慢，因?yàn)榉肿又械聂驶鶎?duì)固化劑的加成開環(huán)反應(yīng)起抑制作用。

   除環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)影響固化速度外，固化劑的結(jié)構(gòu)、助劑的特性和填充料的品種等也直接影響交聯(lián)固化速度。值得提示的是，環(huán)氧涂料涂裝后，交聯(lián)固化成涂膜的速度并非越快越好。應(yīng)全面分析諸影響因素，才能確定基料組成。目前，基料品種的改性引起人們關(guān)注，如在基料中引入酚醛樹脂、糠醇樹脂、氨基樹脂、煤瀝青和聚硫橡膠等有機(jī)聚合物，使環(huán)氧防腐蝕涂料呈現(xiàn)更突出的性能。

   2.固化劑的選擇環(huán)氧防腐蝕涂料中，固化劑是不可缺少的組分。它對(duì)涂料的固化效果和涂膜的性能起著決定性作用。固化劑品種繁多、性能各異，采用不同類型的固化劑，對(duì)涂料的適用期、涂裝性及涂膜的使用性影響甚大。

   （1）固化劑的品種試驗(yàn)證明，多元胺固化劑在常溫下與環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化形成的涂膜有很好的粘接力、較高的硬度、優(yōu)良的耐脂肪烴溶劑性、良好的耐稀堿性和耐鹽水性。但單獨(dú)使用多元胺固化劑對(duì)人體和環(huán)境帶來危害性。目前，廣泛使用多元胺加成物及合成樹脂作固化劑，已完全達(dá)到或超過多元胺固化劑的性能。

   常用的固化劑有多元胺-環(huán)氧化物加成物、低分子聚酰胺樹脂、苯酚-甲醛-胺縮合物、酚醛樹脂、多元硫醇、異氰酸酯加成物、羧酸酰肼、酮-胺絡(luò)合物和二甲基己內(nèi)酰胺脲-甲醛縮合物等。

在選擇固化劑時(shí)，應(yīng)掌握固化劑的固化效果及它的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。例如，芳胺加成物固化劑不僅低溫固化效果好，而且形成涂膜的耐水性、耐溫性和防腐性皆優(yōu)異；苯酚一甲醛一胺縮合物對(duì)底材的潤(rùn)濕能力強(qiáng)、低溫固化速度快、涂膜耐化學(xué)藥品性及耐水性優(yōu)良；酮亞胺類固化劑可延長(zhǎng)涂料的適用期；低分子聚酰胺固化劑形成涂膜有突出的柔韌性，但固化速度慢、耐含氧溶劑和耐熱性差。

   （2）固化劑的選用條件固化劑對(duì)環(huán)氧防腐蝕涂料性能起關(guān)鍵作用，選用固化劑時(shí)應(yīng)滿足以下條件。

   一是固化劑能與涂料中的其他組分混溶、保證涂料的均一性；能控制涂料有適當(dāng)?shù)墓袒俣?，滿足涂裝技術(shù)要求。

   二是在涂料生產(chǎn)、涂裝和使用期間，固化劑無毒副產(chǎn)物釋放，確保對(duì)人體無危害、對(duì)環(huán)境無污染。

   三是固化劑與環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化后形成涂膜應(yīng)有合適的ρ值（或M_c值）和T_gx值，調(diào)整涂膜有良好的防腐蝕性和物理機(jī)械性。

   四是固化劑分子結(jié)構(gòu)中盡量不含可被腐蝕性介質(zhì)破壞的化學(xué)鍵或基團(tuán)；涂膜內(nèi)含與腐蝕性介質(zhì)相似的基團(tuán)少，保證了涂膜在使用時(shí)的完整性。

   五是準(zhǔn)確選定基料與固化劑配比，不使用過量固化劑。

   （3）涂膜防腐蝕性的預(yù)測(cè)在選定基料品種后，可用不同結(jié)構(gòu)的固化劑與基料匹配。計(jì)算出涂膜的有效交聯(lián)密度（ρ），以水和醇等有機(jī)溶劑為滲透介質(zhì)，計(jì)算出滲透指數(shù)（PI）。采用ρ和PI便可預(yù)測(cè)涂膜的防腐蝕性介質(zhì)的滲透能力，即涂膜對(duì)腐蝕性介質(zhì)滲透的抵擋能力。

   通常，選擇ρ值較大、PI值較小的環(huán)氧涂膜，是較理想的環(huán)氧防腐蝕涂料配方。這樣，在試驗(yàn)前基本可以確定防腐蝕涂料中的基料和固化劑品種及用量，達(dá)到滿意的配方設(shè)計(jì)效果。