水性防腐轉(zhuǎn)銹乳液的合成與性能研究

發(fā)布時間：2020-01-19 10:05

【摘要】：水性防腐帶銹涂料又被稱為銹面上的涂料、直接不用去銹型涂料,換言之就是一種新型的可以直接涂刷于有殘余銹跡的金屬基材表面的涂料,多用作金屬保護(hù)的底漆,將它涂刷于有殘銹的金屬基材表面,不需對銹蝕金屬進(jìn)行非常徹底的除銹,因而具有減少涂漆前處理的成本、減輕勞動強(qiáng)度、保護(hù)環(huán)境及保護(hù)人類身心健康等優(yōu)點(diǎn),其中轉(zhuǎn)化型水性涂料更具有良好廣闊的應(yīng)用市場前景。其中轉(zhuǎn)化型涂料中含有一種成分,為轉(zhuǎn)銹劑,它能與鐵銹發(fā)生作用,會生成結(jié)構(gòu)或性質(zhì)穩(wěn)定的五元、六元螯合物或絡(luò)合物,粘著依附在金屬基材表面上,可使銹蝕穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化,可以達(dá)到防銹轉(zhuǎn)銹以及保護(hù)金屬的作用。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)銹劑一般以磷酸-單寧酸,磷酸-有機(jī)酸/無機(jī)酸等轉(zhuǎn)銹體系應(yīng)用較為廣泛,然而這些轉(zhuǎn)銹劑同時也存在許多問題,比如其轉(zhuǎn)銹效果容易受各種因素所影響,像單寧酸的種類變化、濃度大小、磷酸或者其他酸種類以及濃度大小等因素,也與金屬基材表面的腐蝕情況(如銹蝕的多少)等也都存在較大影響關(guān)系,如單寧酸分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、濃度不好控制;磷酸是中強(qiáng)酸,酸性強(qiáng),轉(zhuǎn)化后容易產(chǎn)生殘留,進(jìn)而繼續(xù)腐蝕金屬基材內(nèi)部,影響涂層的長期防腐;金屬基材防腐受多因素影響,單單銹蝕方面,就存在表面不均、薄厚不一、沒有可測試的具體的標(biāo)準(zhǔn)等問題�；谝陨戏治�,本論文從高能、高效、環(huán)保的角度出發(fā),以多元酚類化合物取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)銹體系,克服以往對金屬基材產(chǎn)生的防腐效果不明顯、過腐蝕、涂膜不均勻或附著力差等問題。實驗制備選擇的轉(zhuǎn)銹基質(zhì)是沒食子酸,其是一種多酚羥基化合物,能與銹蝕中的鐵離子發(fā)生絡(luò)合作用,利用其中的酚羥基能夠與鐵離子配位生成穩(wěn)定的絡(luò)合物的原理,讓其與小分子物質(zhì)作用,得到新型轉(zhuǎn)銹體劑。設(shè)計實驗分別讓沒食子酸與馬來酸酐、1,2-丙二醇等的反應(yīng)制備具有轉(zhuǎn)銹作用的絡(luò)合劑單體,制備完成分別分析測試不同轉(zhuǎn)銹劑的各項性能以及各性能之間分別進(jìn)行對照比較。磷酸化試劑選用P2O5,讓其與β-丙烯酸羥乙酯(具有雙官能團(tuán)結(jié)構(gòu))發(fā)生反應(yīng),生成的磷酸酯功能單體具有抗閃蝕作用,用以改善乳液性質(zhì),提高乳液涂層附著力以及涂膜光澤度。本論文選擇使用預(yù)乳化-半連續(xù)種子乳液聚合方法,參與乳液聚合的功能單體有:上述實驗制備的功能性的磷酸酯單體、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸等丙烯酸類單體,再加之鐵銹轉(zhuǎn)化劑,乳液聚合進(jìn)行共聚制備水性防腐轉(zhuǎn)銹乳液,使得乳液防腐性能升級。通過紅外光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS)和X射線粉末衍射(XRD)對轉(zhuǎn)銹劑與鐵銹作用物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征;熱穩(wěn)定性分析采用示差掃描量熱分析(DSC)測定;采用環(huán)境掃描電子顯微鏡+能譜儀(SEM+EDX)測試銹蝕及轉(zhuǎn)銹劑與鐵銹的作用物的微觀形貌以及涂層元素的種類及元素含量;運(yùn)用電化學(xué)方法分別測試各電化學(xué)參數(shù),隨pH、浸泡時間的不同涂層的變化來分析其涂層的防腐蝕性能。測試乳液的多項理化性能,進(jìn)而分析其乳液涂層的成膜性及防腐性能;采用Turbiscan lab穩(wěn)定性分析儀,分析測試乳液的穩(wěn)定性能;采用納米粒度表面電位分析儀,分析測試乳液的粒徑及粒徑分布指數(shù);分析測試涂層的附著力大小、涂層的鉛筆硬度級別以及涂層的耐水性、耐鹽霧性能。結(jié)果表明:實驗制得的轉(zhuǎn)銹劑都呈粘稠液,其中轉(zhuǎn)銹劑Ⅲ黏度最大,其次為轉(zhuǎn)銹劑Ⅱ,轉(zhuǎn)銹劑Ⅰ黏度最低;各項結(jié)構(gòu)測試對照表征分析可得,各轉(zhuǎn)銹劑涂覆銹蝕鋼鐵后,轉(zhuǎn)銹劑與銹蝕良好作用,轉(zhuǎn)銹效果明顯,涂層都會變黑,且涂層附著力良好,但干燥時間略有差異,其中轉(zhuǎn)銹劑Ⅱ與轉(zhuǎn)銹劑Ⅰ表干及實干時間短,轉(zhuǎn)銹徹底、均勻,現(xiàn)象及效果明顯。各轉(zhuǎn)銹乳液測試結(jié)果比較得:各乳液黏度、固含量、凝膠含量差異不大,乳液粒徑、粒徑分布指數(shù)都較小,粒徑曲線均成單峰且窄峰分布,說明乳液粒徑都較均一,附著性良好;各項穩(wěn)定性測試分析得轉(zhuǎn)銹乳液Ⅱ穩(wěn)定性較優(yōu);通過各項測試表征得,轉(zhuǎn)銹劑Ⅱ與銹蝕作用物的涂層性能,以及轉(zhuǎn)銹乳液Ⅱ形成的涂層各項性能優(yōu)異,粒徑大小測試為44.75 nm,其分布指數(shù)為0.541,通過分析得,該水性乳液粒徑分布均一、可穩(wěn)定存在;附著力測試結(jié)果為1級,鉛筆硬度為HB,涂膜吸水率低,涂膜的耐中性鹽霧測試為72 h不起泡、不脫皮、不返銹;該功能性轉(zhuǎn)銹乳液具有表干時間短、附著力良好、成膜良好、耐腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)。該乳液可用于大型鐵結(jié)構(gòu)、建筑、橋梁、海上鉆井平臺等的腐蝕防護(hù)。
【圖文】：