一種礦山機電設(shè)備用新型防腐涂料制備及性能研究

摘 要：為了提高智能礦山機電設(shè)備腐蝕防護效率，以聚乙二醇、環(huán)氧樹脂和有機多元胺為合成原料，制備出了一種改性環(huán)氧固化劑EM-2，將其進一步與環(huán)氧樹脂E51相混合，制備出了一種適合智能礦山機電設(shè)備防腐用的新型防腐涂料EMR-2，并對其綜合性能進行了評價。結(jié)果表明，當選擇聚乙二醇的種類為PEG1200，聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1，催化劑四氯化錫的加量為0.6%，有機多元胺的種類為1，3-苯二甲胺時，改性環(huán)氧固化劑EM-2和新型防腐涂料EMR-2的各項性能參數(shù)均能滿足相關(guān)標準的要求。制備的改性環(huán)氧固化劑EM-2具有良好的穩(wěn)定性能，新型防腐涂料EMR-2涂層具有良好的力學性能和耐久性能。

關(guān)鍵詞：智能礦山；機電設(shè)備；防腐涂料；環(huán)氧固化劑；環(huán)氧樹脂

中圖分類號：TQ635.2；TD67 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0082-04

Research on the preparation and performanceof a new type of anticorrosive coating

for mining mechanical and electrical equipment

CHEN Xilong，ZHANG Bo

（China Coal Science and Industry Group Information Technology Co.，Ltd.，Xi’an 710054，China）

Abstract：In order to improve the corrosion protection efficiency of intelligent mine electromechanical equipment，amodified epoxy curing agent EM-2 was prepared with polyethylene glycol，epoxy resin and organic polyamine assynthetic raw materials，and it was further mixed with epoxy resin E51 to prepare a new anti-corrosion coatingEMR-2 suitable for anti-corrosion of intelligent mine electromechanical equipment，and its comprehensive perfor?mance was evaluated. The results showed that when the type of polyethylene glycol was PEG1200，the molar ratio ofpolyethylene glycol and epoxy resin E20 was 1∶1，the addition of catalyst tin tetrachloride was 0.6%，and the type oforganic polyamine was 1，3-benzenedimethylamine，the performance parameters of modified epoxy curing agentEM-2 and new anticorrosive coating EMR-2 can meet the requirements of relevant standards. The prepared modi?fied epoxy curing agent EM-2 has good stability performance，and the new anticorrosive coating EMR-2 coatinghas good mechanical properties and durability.

Key words：intelligent mining；mechanical and electrical equipment；anti corrosion coating；epoxy curing agent；ep?oxy resin

煤炭資源仍然是我國能源結(jié)構(gòu)中較為重要的組成部分，在我國工業(yè)化以及社會化發(fā)展中起著重要的推動作用 [1-3] 。隨著工業(yè)現(xiàn)代化及智能化的發(fā)展，智能礦山逐漸成為煤炭資源開采的一種趨勢。智能礦山背景下煤炭資源的勘探開采需要使用大量的機電設(shè)備，而此類機電設(shè)備在煤礦區(qū)現(xiàn)場復雜的工作環(huán)境中又容易受到一定的腐蝕危害，從而影響設(shè)備的正常運行，對煤礦區(qū)的正常安全生產(chǎn)造成不利影響 [4-6] 。因此，研究適合智能礦山機電設(shè)備的腐蝕防護技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。金屬設(shè)備表面涂覆防腐涂料是目前較為常用的一種金屬防腐措施，在各種金屬機械設(shè)備防腐領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景 [7] 。金屬設(shè)備腐蝕防護領(lǐng)域較為常用的防腐涂料類型主要包括無機涂料、有機涂料以及無機/有機雜化涂料等 [8-10] ，使其能夠更好的發(fā)揮腐蝕防護效果 [11-13] 。

水性環(huán)氧樹脂類防腐涂料在各種金屬防腐涂層以及粘接劑的制備等領(lǐng)域應(yīng)用相對較多 [14-15] ，而尚未有將其應(yīng)用于智能礦山機電設(shè)備防腐過程中的相關(guān)研究。基于此，試驗以聚乙二醇、環(huán)氧樹脂和有機多元胺為合成原料，制備一種改性環(huán)氧固化劑EM-2，之后將其與環(huán)氧樹脂E51結(jié)合制備了一種適合智能礦山機電設(shè)備防腐用的新型防腐涂料EMR-2，并對其綜合性能進行了評價，以期為智能礦山機電設(shè)備的高效防腐研究提供一定的借鑒。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料及儀器

實驗材料：均為分析純的不同分子量的聚乙二醇（PEG800、PEG1200、PEG2000和PEG3000），天津市大茂化學試劑廠；二丙二醇甲醚（DPM），工業(yè)級，濟南啟航化工科技有限公司；環(huán)氧樹脂E20和E51，均為工業(yè)級，四川盛世恒鑫科技有限公司；1，3-苯二甲胺、三乙烯四胺和二乙烯三胺，均為工業(yè)級，山東滿堂紅新材料有限公司；四氯化錫，工業(yè)級，濟南泉星新材料有限公司。

實驗儀器：BSA124S-CW型電子分析天平，江蘇迅迪儀器科技有限公司；CF-B型數(shù)顯加溫恒溫水浴鍋，河北廣惠試驗儀器有限公司；NDJ-9S型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計，邦西儀器科技有限公司；TG20-WS型高速離心機，常州金壇良友儀器有限公司；LX-QB100型電動鉛筆硬度儀，東莞市力雄儀器有限公司；QCJ-50/100型漆膜沖擊器，北京耐久偉業(yè)科技有限公司；QFD/QFZ型漆膜附著力試驗裝置，滄州建筑器材有限公司。

1.2 改性環(huán)氧固化劑EM-2的制備

（1）將一定量的聚乙二醇、環(huán)氧樹脂E20和二丙二醇甲醚加入到三口燒瓶中，攪拌達到完全溶解狀態(tài)；

（2）體系中通入氮氣除氧30min，升高反應(yīng)溫度至55 ℃，并在持續(xù)通入氮氣的情況下緩慢加入催化劑四氯化錫，然后55 ℃保溫60 min； （3）升高體系溫度至85 ℃，并保持6 h，之后溫度冷至40 ℃，再加入一定量的二丙二醇甲醚，攪拌混合均勻，備用； （4）量取一定量的上述反應(yīng)產(chǎn)物，并和一定量的有機多元胺混合后加入三口燒瓶中，升溫至65 ℃，通入氮氣攪拌聚合6 h，結(jié)束后產(chǎn)物冷至室溫，即得改性環(huán)氧固化劑EM-2。

1.3 新型防腐涂料EMR-2的制備

將制備的改性環(huán)氧固化劑EM-2和一定量的環(huán)氧樹脂E51混合，加入蒸餾水稀釋，在轉(zhuǎn)速為3000r/min條件下攪拌20 min使其混合均勻，即得新型防腐涂料EMR-2。

1.4 改性環(huán)氧固化劑及防腐涂料性能評價方法室

內(nèi)參照GB∕T 6739—2006、GB/T 1731—2020、GB∕T 1732—2020以及HG/T 5176—2017中的相關(guān)要求，對改性環(huán)氧固化劑EM-2的外觀、黏度、pH值、固含量等性能進行測試，并對新型防腐涂料EMR-2涂層的柔韌性、耐水性、耐酸耐堿性、鉛筆硬度、抗沖擊強度以及附著力等性能進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 EM-2和EMR-2制備條件優(yōu)化

2.1.1 聚乙二醇種類的優(yōu)化

在聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1，四氯化錫加量為0.6%（質(zhì)量分數(shù)，下同），有機多元胺為1，3-苯二甲胺的條件下，考察了聚乙二醇種類對改性環(huán)氧固化劑EM-2和新型防腐涂料EMR-2涂層性能的影響，實驗結(jié)果見表1。

由表1可知，聚乙二醇類型的選擇對改性環(huán)氧固化劑EM-2和新型防腐涂料EMR-2涂層性能的影響較大，其中PEG800的分子鏈比較短，導致改性環(huán)氧固化劑EM-2的貯存穩(wěn)定性和離心穩(wěn)定性能較差，并且涂層EMR-2的耐水性能較差 [16] 。而PEG2000和PEG3000的分子鏈又比較長，致使改性環(huán)氧固化劑EM-2的內(nèi)聚強度稍差，產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性、離心穩(wěn)定性和稀釋性能均比較差，并且選擇聚乙二醇類型為PEG3000時涂層EMR-2的耐水性能也不合格。而由于PEG1200的分子量較為適中，由此制得的改性環(huán)氧固化劑EM-2和新型防腐涂料EMR-2涂層性能均比較穩(wěn)定 [17] 。選擇PEG1200作為聚乙二醇單體。

2.1.2 聚乙二醇與環(huán)氧樹脂摩爾比的優(yōu)化

在聚乙二醇為 PEG1200，四氯化錫的加量為0.6%，有機多元胺為1，3-苯二甲胺的條件下，考察聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比對新型防腐涂料EMR-2涂層性能的影響，結(jié)果見表2。

由表2可知，當聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為0.5∶1時，新型防腐涂料EMR-2涂層的抗沖擊強度較低，僅為32 kg/cm 2 ；而當聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1.25∶1時，新型防腐涂料EMR-2涂層的耐水性能不合格。綜合考慮，當聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1時，新型防腐涂料EMR-2涂層的各項性能可以達到最佳狀態(tài)。因此，推薦聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1。

2.1.3 催化劑加量的優(yōu)化

在聚乙二醇為PEG1200，聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1，有機多元胺為1，3-苯二甲胺的條件下，考察了四氯化錫加量對改性環(huán)氧固化劑EM-2性能的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，當四氯化錫的加量小于0.4%，改性環(huán)氧固化劑EM-2的貯存穩(wěn)定性較差，其離心穩(wěn)定性和稀釋穩(wěn)定性也較差；當四氯化錫的加量增大至0.8%，改性環(huán)氧固化劑EM-2的黏度值大幅升高，達到了13 042 mPa × s，流動性能較差，其貯存性能和稀釋穩(wěn)定性能也比較差，未達到相關(guān)標準要求；當四氯化錫的加量為0.6%時，改性環(huán)氧固化劑EM-2的各項性能均比較穩(wěn)定，達到相關(guān)標準的要求。推薦四氯化錫的適宜加量為0.6%。

2.1.4 有機多元胺種類的優(yōu)化

聚乙二醇種類為PEG1200，聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1，催化劑四氯化錫的加量為0.6%的條件下，考察了有機多元胺種類對新型防腐涂料EMR-2涂層性能的影響，實驗結(jié)果見表4。

由表4可知，選擇三乙烯四胺和二乙烯三胺為合成原料時，由于其自身的活性較高，在與環(huán)氧樹脂作用時會產(chǎn)生較多的熱量，導致制備的新型防腐涂料EMR - 2涂層的力學強度稍差，并且其清漆的適用期較短，無法滿足相關(guān)標準的要求。而選擇1，3-苯二甲胺為合成原料時，由于其分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)等剛性基團，使制備的新型防腐涂料EMR - 2涂層的力學性能較強 [18] 。因此，推薦選擇有機多元胺的種類為1，3-苯二甲胺。

2.2 改性環(huán)氧固化劑EM-2綜合性能評價

對改性環(huán)氧固化劑EM - 2的綜合性能進行了評價，按照最佳制備工藝條件制備而成的改性環(huán)氧固化劑EM - 2各項性能指標均能滿足相關(guān)標準的要求，其中黏度為5 361 mPa × s，pH值為7.8，固含量為48.5%，清漆適用期為4 h，貯存穩(wěn)定性合格，綜合性能較好。

2.3 新型防腐涂料EMR-2涂層綜合性能評價

新型防腐涂料EMR - 2涂層的各項性能指標均能滿足相關(guān)標準的要求，涂層的力學性能較強，涂層的鉛筆硬度為5H，柔韌性為0T，抗沖擊強度為53kg/cm 2 ，附著力為6 MPa；涂層的耐久性能也較強，其中耐酸堿以及耐水性能均合格。制備的新型防腐涂料EMR - 2各項綜合性能優(yōu)良，能夠滿足智能礦山機電設(shè)備對防腐涂層各項性能要求。

3 結(jié)語

（1）以聚乙二醇、環(huán)氧樹脂和有機多元胺為合成原料，使用二丙二醇甲醚溶解，四氯化錫作為催化劑，制備了一種改性環(huán)氧固化劑EM - 2，并將其與環(huán)氧樹脂E51相結(jié)合制備了一種適合智能礦山機電設(shè)備防腐用的新型防腐涂料EMR - 2；

（2）改性環(huán)氧固化劑 EM - 2 和新型防腐涂料EMR - 2的較佳制備工藝條件：聚乙二醇PEG1200，聚乙二醇和環(huán)氧樹脂E20的摩爾比為1∶1，四氯化錫的加量為0.6%，有機多元胺為1，3-苯二甲胺；

（3）改性環(huán)氧固化劑 EM - 2 和新型防腐涂料EMR - 2的各項綜合性能優(yōu)良，具有良好的穩(wěn)定性能、力學性能和耐久性能，能夠滿足智能礦山機電設(shè)備防腐措施對防腐涂料綜合性能的要求。

【參考文獻】

[1] 李強，杜兵盈，王成庫，等. 黑龍江省煤炭資源勘查開發(fā)戰(zhàn)略建議[J]. 中國礦業(yè)，2024，33（S1）：31-35.

[2] 陳佩佩，王佟，趙欣，等. 走近煤炭資源[J]. 智能礦山，2024，5（4）：22-26.

[3] 杜鳴.重組背景下煤化工企業(yè)戰(zhàn)略性人力資源規(guī)劃改革與對策[J]. 粘接，2020，41（3）：132-136.

[4] 王志文. 智能礦山背景下的煤礦機電設(shè)備管理創(chuàng)新[J]. 能源與節(jié)能，2024（2）：309-312.

[5] 李博文，張斌，呂曉明. 煤礦機電設(shè)備智慧檢修系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]. 中國煤炭，2023，49（11）：87-91.

[6] 李向飛. 自動化技術(shù)在煤礦機電供電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 粘接，2020，44（11）：74-77.

[7] 韋揚志，趙忠賢，姜濤，等. 丙烯酸基水性金屬防腐蝕涂料的研究與應(yīng)用進展[J]. 腐蝕與防護，2022，43（2）：1-9.

[8] 孫國強，楊建軍，陳春俊，等. 納米改性水性環(huán)氧樹脂防腐涂料的研究進展[J]. 現(xiàn)代化工，2022，42（4）：33-38.

[9] 陳中華，曾明，李亮，等. 納米材料改性水性環(huán)氧防腐涂料研究進展[J]. 化工新型材料，2021，49（5）：34-38.

[10] 成競禎，吳良，王富麗，等. 水性丙烯酸防腐涂料改性的研究進展[J]. 化工技術(shù)與開發(fā)，2023，52（5）：69-73.

[11] 王朝暉，雍濤，楊敬霞，等. 水性丙烯酸改性環(huán)氧醇酸樹脂的制備及性能研究[J]. 涂料工業(yè)，2021，51（7）：36-41.

[12] 林杰賜，陳明毅，陳炳耀，等. 環(huán)氧改性自分層水性輕防腐涂料的研究[J]. 中國涂料，2022，37（2）：40-44.

[13] 張澤峰. 有機硅改性環(huán)氧樹脂建筑涂覆材料制備及性能研究[J]. 粘接，2024，51（4）：23-26.

[14] 張興華，梁小紅，張衡，等. 改性纖維素納米晶/水性聚氨酯防腐涂料的制備[J].精細化工，2023，40（8）：1833-1840.

[15] 楊東方，張啟志. 不同高分子防腐材料表面涂層粘附性能變化規(guī)律研究[J]. 粘接，2024，51（3）：1-3.

[16] 丁怡，管焓宇，朱丹丹，等. 水性環(huán)氧固化劑的研究及應(yīng)用進展[J]. 黑龍江科學，2024，15（8）：14-17.

[17] 劉利. 己內(nèi)酰胺合成水性環(huán)氧固化劑的工藝研究[J]. 合成纖維工業(yè)，2023，46（2）：29-32.

[18] 梁天錫，周陽，王文金，等. 新型聚酰胺固化劑的制備及其在巖土膠結(jié)中的應(yīng)用[J]. 化學與粘合，2023，45（2）：105-108.

（責任編輯：平 海）