环氧聚氨酯耐油涂料的研制及性能对比
0 引言
油箱是工业生产中应用非常广泛的一类设备,如工程机械的液压油箱、大型柴油发电机的冷却机油箱等,使用过程中,油箱材料的腐蚀产物往往会影响油料的使用性能,堵塞管道、增加阻力,甚至使机器无法正常运转。因此,油箱的生产、制造过程中油箱材料的防腐问题受到人们的普遍关注。人们采用了各种不同的防腐蚀措施,以延长油箱设备的使用寿命。其中,由于采用耐油涂料涂覆油箱金属基材表面阻止油料介质对基材的腐蚀,施工简单,成本低廉,因而普遍使用[1]。
目前市场上使用的耐油涂料主要有环氧耐油涂料和聚氨酯耐油涂料两种,其中环氧耐油涂料具备优异的耐油性能与防腐蚀性能,但是其低温干燥性能较差,在5℃以下的环境中,两组分之间基,本不会固化;而聚氨酯耐油涂料有优异的耐油性能、较好的表面装饰性能,并能在低温下干燥,但是该类涂料的耐腐蚀性能较差,特别是耐碱性较差。因此,本研究拟选择合适的环氧树脂和聚酯树脂,配以合适的固化剂,开发出一种环氧聚氨酯耐油涂料,它将综合环氧树脂耐油涂料与聚氨酯树脂耐油涂料的优点,具体优异的耐油性能耐腐蚀性能低温干燥性能表面装饰性能等.
1 试验部分
1.1 原材料
聚酯树脂:自制;环氧树脂:太仓;TDI聚合物:自制;混合溶剂:自制;颜料、助剂、溶剂:工业级。
1.2 涂料配方
环氧树脂的相对分子质量越大,与其它树脂的混容性越差,环氧树脂的相对分子质量越低,则参与交联反应的羟基越少,为了保证环氧树脂在体系中具有良好的混容性,同时又有足够的羟基参与交联反应,本配方中使用中相对分子质量的环氧树脂,及与其相适应的聚酯树脂。常用的异氰酸酯固化剂包括脂肪族和芳香族两类,脂肪族固化剂的耐候性好,但成本高;芳香族的异氰酸酯固化剂成本低,耐化学性好,由于用于室内,不需要很好的耐候性,因此选择芳香族异氰酸酯固化剂。本研制涂料为双组分涂料,其配方如表1所示。
1.3 涂料制备
按表1配方,将环氧树脂在加热的条件下,用自制溶剂溶解成60%的树脂溶液,降温后在搅拌的条件下加入聚酯树脂,然后依次加入其它组分,经高速分散30min后,进入砂磨机研磨至细度达到20μm时出料,用自制溶剂调整黏度(转子黏度计测量)为3000～5000mPa‧s后即得甲组分。乙组分(固化剂)采用TDI的聚合物,控制固体分为(50±2)%,异氰酸根含量为(95±1)%。
1.4 漆膜性能检测
1.4.1 漆膜的制备及常规性能检测
将上述涂料按比例加入固化剂,用自制的溶剂将黏度调整至14～16s(涂-4杯),用空气喷涂的方法在标准的马口铁板上制成(23±3)μm的漆膜,漆膜在温度为(23±2)℃,湿度为(55±5)%的恒温恒湿条件中干燥48h后检测其漆膜的光泽、硬度、附着力、柔韧性等基本性能。
1.4.2 漆膜耐油、耐温、耐蚀性能检测
按照1.4.1制得一系列漆膜样板,将其在标准条件下干燥168h后进行耐油(汽油、煤油、柴油)、耐温及耐腐蚀性能检测。
1.4.3 漆膜的低温干燥性能
按照1.4.1制得样板,将样板分别放在23℃和0℃的环境中自然干燥,在不同的时间测定漆膜的硬度,考察其低温干燥性能。
2 结果与讨论
2.1 漆膜基本性能
按照141中的涂膜制备方法制得一系列环氧聚氨酯涂膜,采用相应标准对涂膜的基本性能进行了检测,检测结果如表2所示。从检测结果可以看出,该产品的光泽高、硬度高、附着力、柔韧性优异。
2.2 漆膜耐油及耐腐蚀性能
将环氧聚氨酯涂膜样板在标准条件下干燥168h后,将其浸于汽油、煤油、柴油中进行耐油性能检测,同时考察其在高温油中的耐油性能。同时,在3%NaCl溶液和01mol/LNaOH溶液中对其耐腐蚀性能进行了检测,结果如表3。由表3可知,使用本研究涂料所制备的漆膜具有良好的耐蚀性能、优异的耐油性能,特别是耐高温油性能。
2.3 漆膜的低温干燥性能
研制的环氧聚氨酯耐油涂料能否在低温下使用,与其低温干燥性能紧密相关。按照141的漆膜制备方法制得漆膜样板,将它们放在0℃的环境中自然干燥,在不同的时间测定了其漆膜的硬度,并与在23℃下干燥的漆膜进行了对比,结果见表4。结果显示,漆膜在0℃条件下仍可以交联固化,但交联速度较慢,完全固化的时间较长。
3 固化剂用量对漆膜性能的影响
固化剂用量对涂料的性能将产生重要影响,固化剂用量过高,―NCO基团过剩较多,它将与空气中的水蒸气反应生成,尽管在一定程度上增加了交联密度,提高了硬度和耐化学性,但会导致漆膜的脆性增加,耐冲击性和柔韧性下降,并影响漆膜的表面效果,增加气泡、针孔等弊病,使漆膜防腐性能降低。反之,固化剂用量过少,交联密度过低,漆膜的硬度和耐化学性能都会下降,耐溶剂及耐油性下降。经过对比不同n(NCO)
油箱是工业生产中应用非常广泛的一类设备,如工程机械的液压油箱、大型柴油发电机的冷却机油箱等,使用过程中,油箱材料的腐蚀产物往往会影响油料的使用性能,堵塞管道、增加阻力,甚至使机器无法正常运转。因此,油箱的生产、制造过程中油箱材料的防腐问题受到人们的普遍关注。人们采用了各种不同的防腐蚀措施,以延长油箱设备的使用寿命。其中,由于采用耐油涂料涂覆油箱金属基材表面阻止油料介质对基材的腐蚀,施工简单,成本低廉,因而普遍使用[1]。
目前市场上使用的耐油涂料主要有环氧耐油涂料和聚氨酯耐油涂料两种,其中环氧耐油涂料具备优异的耐油性能与防腐蚀性能,但是其低温干燥性能较差,在5℃以下的环境中,两组分之间基,本不会固化;而聚氨酯耐油涂料有优异的耐油性能、较好的表面装饰性能,并能在低温下干燥,但是该类涂料的耐腐蚀性能较差,特别是耐碱性较差。因此,本研究拟选择合适的环氧树脂和聚酯树脂,配以合适的固化剂,开发出一种环氧聚氨酯耐油涂料,它将综合环氧树脂耐油涂料与聚氨酯树脂耐油涂料的优点,具体优异的耐油性能耐腐蚀性能低温干燥性能表面装饰性能等.
1 试验部分
1.1 原材料
聚酯树脂:自制;环氧树脂:太仓;TDI聚合物:自制;混合溶剂:自制;颜料、助剂、溶剂:工业级。
1.2 涂料配方
环氧树脂的相对分子质量越大,与其它树脂的混容性越差,环氧树脂的相对分子质量越低,则参与交联反应的羟基越少,为了保证环氧树脂在体系中具有良好的混容性,同时又有足够的羟基参与交联反应,本配方中使用中相对分子质量的环氧树脂,及与其相适应的聚酯树脂。常用的异氰酸酯固化剂包括脂肪族和芳香族两类,脂肪族固化剂的耐候性好,但成本高;芳香族的异氰酸酯固化剂成本低,耐化学性好,由于用于室内,不需要很好的耐候性,因此选择芳香族异氰酸酯固化剂。本研制涂料为双组分涂料,其配方如表1所示。
1.3 涂料制备
按表1配方,将环氧树脂在加热的条件下,用自制溶剂溶解成60%的树脂溶液,降温后在搅拌的条件下加入聚酯树脂,然后依次加入其它组分,经高速分散30min后,进入砂磨机研磨至细度达到20μm时出料,用自制溶剂调整黏度(转子黏度计测量)为3000～5000mPa‧s后即得甲组分。乙组分(固化剂)采用TDI的聚合物,控制固体分为(50±2)%,异氰酸根含量为(95±1)%。
1.4 漆膜性能检测
1.4.1 漆膜的制备及常规性能检测
将上述涂料按比例加入固化剂,用自制的溶剂将黏度调整至14～16s(涂-4杯),用空气喷涂的方法在标准的马口铁板上制成(23±3)μm的漆膜,漆膜在温度为(23±2)℃,湿度为(55±5)%的恒温恒湿条件中干燥48h后检测其漆膜的光泽、硬度、附着力、柔韧性等基本性能。
1.4.2 漆膜耐油、耐温、耐蚀性能检测
按照1.4.1制得一系列漆膜样板,将其在标准条件下干燥168h后进行耐油(汽油、煤油、柴油)、耐温及耐腐蚀性能检测。
1.4.3 漆膜的低温干燥性能
按照1.4.1制得样板,将样板分别放在23℃和0℃的环境中自然干燥,在不同的时间测定漆膜的硬度,考察其低温干燥性能。
2 结果与讨论
2.1 漆膜基本性能
按照141中的涂膜制备方法制得一系列环氧聚氨酯涂膜,采用相应标准对涂膜的基本性能进行了检测,检测结果如表2所示。从检测结果可以看出,该产品的光泽高、硬度高、附着力、柔韧性优异。
2.2 漆膜耐油及耐腐蚀性能
将环氧聚氨酯涂膜样板在标准条件下干燥168h后,将其浸于汽油、煤油、柴油中进行耐油性能检测,同时考察其在高温油中的耐油性能。同时,在3%NaCl溶液和01mol/LNaOH溶液中对其耐腐蚀性能进行了检测,结果如表3。由表3可知,使用本研究涂料所制备的漆膜具有良好的耐蚀性能、优异的耐油性能,特别是耐高温油性能。
2.3 漆膜的低温干燥性能
研制的环氧聚氨酯耐油涂料能否在低温下使用,与其低温干燥性能紧密相关。按照141的漆膜制备方法制得漆膜样板,将它们放在0℃的环境中自然干燥,在不同的时间测定了其漆膜的硬度,并与在23℃下干燥的漆膜进行了对比,结果见表4。结果显示,漆膜在0℃条件下仍可以交联固化,但交联速度较慢,完全固化的时间较长。
3 固化剂用量对漆膜性能的影响
固化剂用量对涂料的性能将产生重要影响,固化剂用量过高,―NCO基团过剩较多,它将与空气中的水蒸气反应生成,尽管在一定程度上增加了交联密度,提高了硬度和耐化学性,但会导致漆膜的脆性增加,耐冲击性和柔韧性下降,并影响漆膜的表面效果,增加气泡、针孔等弊病,使漆膜防腐性能降低。反之,固化剂用量过少,交联密度过低,漆膜的硬度和耐化学性能都会下降,耐溶剂及耐油性下降。经过对比不同n(NCO)
