探析環氧樹脂在防腐涂料中的應用

楊翰祥

摘要：常見的防腐涂料主要包括環氧樹脂涂料、聚氨酯涂料以及無機富鋅涂料等，環氧樹脂涂料是最主要的一類，它是熱固性樹脂，以其易于加工成型、固化物性能優異等特點被廣泛應用。本文以改性環氧樹脂為例進行，結合筆者實踐工作經驗，首先簡述了防腐涂料機理，對改性環氧樹脂在防腐涂料中的應用進行了探討分析。

關鍵詞：防腐涂料機理；改性環氧樹脂；應用；水性金屬

一、防腐涂料機理的分析

防腐涂料機理主要體現在：（1）涂層的屏蔽作用。涂層涂覆于金屬表面，使電解質（水、氧、氯離子等）與金屬界面無法直接接觸，阻止或減緩了金屬的電化學腐蝕。（2）濕附著力的作用。濕附著力是指在水存在下的附著力，保證水和氧不能在金屬表面快速擴散而減緩金屬腐蝕。由于溶劑揮發或制備工藝影響，涂層總存在孔隙等缺陷，構成了電解質滲入的主要通道，研究發現涂層透水和氧的速率往往高于鋼鐵表面腐蝕消耗水和氧的速率，因此涂層的防護不只有屏蔽作用，其濕附著力對防腐蝕也起著重要作用。（3）犧牲陽極的陰極保護作用。通常在涂料中加入一些活潑的金屬粉末（如鋅粉等）作為犧牲陽極，起著保護陰極金屬基體的作用。

二、改性環氧樹脂在防腐涂料中的應用分析

（一）聚合物改性環氧樹脂在防腐涂料中的應用分析。由于高分子相容理論和相容技術的進步發展，使得熱塑性樹脂與環氧樹脂合金化成為可能。常用的熱塑性樹脂有聚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、液晶高分子等品種。采用聚醚酰亞胺以提高雙酚A二氰酸酯/酚醛環氧樹脂共混物的斷裂韌性，實驗結果表明：聚醚酰亞胺是氰酸酯/酚醛環氧樹脂共混物的有效增韌劑，加入15%的聚醚酰亞胺可使斷裂韌性提高到1.45MPa，彎曲強度也有所提高。用掃描電子顯微鏡和動態粘彈譜研究改性共混物的微觀結構發現有雙連續結構，共混物的韌性和耐溶劑性主要與相行為有關，固化工藝對含10%聚醚酰亞胺的共混物的斷裂韌性和形態沒有明顯的作用。將胺化聚碳酸酯和環氧樹脂以一定比例混合，加熱到120-160℃后，加入熔化的二氨基二苯基甲烷，制備固化的胺化聚碳酸酯增韌環氧樹脂。結果表明，EP與a-PC形成了網絡結構，且當胺化聚碳酸酯質量分數為10%時，試樣斷裂韌性最大。韋春等合成了一種端基含有活性基團的熱致性液晶聚合物，用其改性環氧樹脂CYD-128/4，4’-二氨基二苯砜（DDS）固化體系，對改性體系的沖擊性能、拉伸性能、彈性模量、斷裂伸長率、玻璃化轉變溫度Tg與LCPU含量的關系進行了分析，對不同種類液晶化合物對CYD-128/DDS體系改性效果進行了比較，用掃描電鏡對材料斷面的形態結構進行了研究。結果表明，LCPU的加入可以使固化體系的沖擊強度提高2-3.5倍，拉伸強度提高1.6-1.8倍，彈性模量提高1.1-1.5倍，斷裂伸長率提高2-2.6倍，Tg提高36-60℃，改性后材料斷裂面的形態逐漸呈現韌性斷裂特征。設計并合成了一種側鏈型液晶聚合物（SLCP），用T31作固化劑時SLCP對環氧樹脂有較好的增強增韌效果，在強度和玻璃化溫度不降低的情況下，斷裂伸長率比未改性固化物最大提高2.6倍；但用三乙醇胺作固化劑時SLCP對改性環氧樹脂效果不明顯。

（二）結構改性環氧樹脂在防腐涂料中的應用分析。環氧樹脂化學結構的特點是大分子鏈上含有環氧基，由于生成環氧基的方法不同，所用原料不同，生成的環氧樹脂種類也不同，其中耐蝕用的環氧樹脂主要是雙酚A型環氧樹脂，用酚醛樹脂對其進行改性后生成的酚醛環氧樹脂是開發較早、較為成熟的多官能度環氧樹脂的重要品種，它固化后具有較高的交聯度，同時由于骨架中大量苯環的存在，使其具有較高的熱變形溫度和優良的熱穩定性，兼有雙酚A型環氧樹脂和酚醛樹脂的優點。例如，YH-343系列環氧樹脂是用二氨基二苯甲烷代替雙酚A制成的環氧樹脂，其特點是具有較高活性，固化物有較好韌性、耐熱性、耐化學藥品性，已被應用于防腐涂料。

（三）有機硅改性環氧樹脂在防腐涂料中的應用分析。利用有機硅對環氧樹脂進行改性，可使熱穩定性、耐候性、脆性等得到明顯改善，同時因低表面自由能的有機硅敷于樹脂表面，使環氧樹脂防水防油性能得以改善。由于有機硅與環氧樹脂不相容，一般用有機硅的-NH2-、-OH-、-OR與環氧樹脂的環氧基進行接枝或共聚反應，以降低界面能，改善相容性。例如，為了提高環氧樹脂涂料的耐熱性，人們利用硅酮的耐熱性將少量硅酮樹脂與環氧樹脂混合制成新的耐熱防腐涂料。其中硅酮中-Si-O-Si的存在使涂料具有良好的熱穩定性，而Si-C-則保證了涂料的固體成分。先將環氧樹脂與甲基異丁酮等混合組成溶劑，然后將硅酮樹脂加入上述溶劑，再用二甲苯進行稀釋，并加入聚酰胺作為固化劑。通過分光鏡和電化學顯微鏡觀察可發現涂料的熱穩定性有了顯著提高，對甲苯、三氯基甲苯等溶劑也有良好的抵抗力。將環氧樹脂與氯化橡膠、硅酮樹脂共混生成聚合物一聚合物類型復合涂料，利用橡膠對水蒸氣等腐蝕介質的阻隔性和硅酮的耐高溫性，可以用單層涂膜來實現普通多層薄膜的防護功能。張斌等用氨基硅油和雙酚A型環氧樹脂為原料合成一種新型的環氧樹脂，通過研究不同反應時間、不同反應溫度以及不同氨基硅油含量對改性環氧樹脂性能的影響，以及用熱重法對改性樹脂的耐熱性進行分析，發現用工業產的氨基硅油合成的改性環氧樹脂同樣具有良好韌性和耐熱性。

三、改性環氧樹脂在水性金屬防腐涂料中的應用分析

環氧樹脂涂料因具有耐化學藥品性優異、附著力強等特點，而廣泛應用于工業防腐領域。水性環氧防腐涂料把水作為分散介質，最終的產品無氣味、不易燃、價格低廉，在使用、運輸和貯存過程中的安全性大大提高。采用雙酚A型環氧樹脂E-20，消泡劑，成膜劑，分散劑，流平劑，填料，穩定劑；正丁醇，磷酸，乙二醇丁醚，過氧化苯甲酰，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，苯乙烯；氨水，氫氧化鈉。取一定量的正丁醇、乙二醇丁醚、環氧樹脂加入到四口燒瓶中，并在一定溫度范圍內使環氧樹脂完全溶解。然后開始滴加磷酸，并冷凝回流。反應一段時間后，加入適量的丙烯酸酯類單體和引發劑的混合物，在相同的時間間隔內補加適量的引發劑，并在出現白色乳狀液后緩慢滴加適量水。接著降溫并加中和劑，最后冷卻到室溫出料。向改性的乳液中加入填料、助劑、去離子水，然后進行研磨和攪拌，得到水性金屬防腐涂料。實驗結果：丙烯酸及其酯類等單體的接枝率決定改性樹脂的水溶性，而接枝率又受引發劑用量的影響，隨著引發劑濃度的升高，接枝轉化率先升高后降低。環氧值同樣也受到了引發劑用量的影響。綜合考慮兩個方面的因素引發劑用量為1.2g時，乳液性能最佳。在丙烯酸酯類單體與環氧樹脂的接枝反應中，存在著多種類型的競爭反應：環氧樹脂與含羧基單體的接枝共聚反應、丙烯酸酯類單體問的加聚反應及羧基單體與環氧基的開環酯化反應，其中溫度決定反應的類型。溫度較低時酯類單體發生自聚和相互聚合反應，隨著溫度的升高接枝率升高，但溫度過高時會加速羧基單體與環氧基的開環酯化反應。當溫度為120℃，最適合丙烯酸酯類單體與環氧樹脂的接枝反應。

四、結束語

綜上所述，環氧樹脂主要是通過環氧結構改性等高性能化后可以制成防腐涂料，環氧樹脂改性重點是提高耐熱性、耐燃性、延長使用期和貯存期、樹脂單組分化、低粘度、低溫固化性等，所以其在防腐涂料中被廣泛應用。