涂料技术
研究聚苯胺复合防腐涂料的制备及应用
醇酸树脂是以多元醇和多元酸聚合形成的聚酯为主链,以脂防酸或其他一元酸为侧链。通常聚苯胺是以粉末形式加到醇酸树脂中,随着聚苯胺量的增加,涂层的导电性增大,当聚苯胺的固含量达到10%~15%(质量分数)时,导电性不再增大。该涂层覆盖的钢底材在35%NaCl溶液中阻抗比裸露的钢的阻抗高出10~15倍。EIS分析表明:金属-聚合物界面的连续的电荷转移导致了涂层电容的增大,电极阻抗的减小。与裸露的钢相比,这种涂料涂覆的钢材的腐蚀电流密度大大降低。随着氧化钝化层的形成,腐蚀速度以超过1/15的速度递减,形成钝化层的时间较裸露的钢的时间短,与镀锌的试样差不多。
环氧树脂除了具有良好的附着力和化学稳定性外,还具有良好的分散性,能够与各种填料、树脂、助剂互溶,因此,将环氧树脂和聚苯胺共混复合所制备的涂料具有良好的附着力和分散性,防腐性能比单一的聚苯胺涂层有较大的提高。芬兰的科研人员利用环氧树脂和聚苯胺混合开发了一种双组分涂料。这种涂料包含两种组分:一种组分包含至少一种可固化树脂(如环氧树脂),另一种组分包含不导电的聚苯胺和有机胺化合物固化剂,最典型的是TMDA(三甲基己烷二胺)。将其涂覆在清洁的钢表面上,涂层厚度控制在200μm左右,在60℃下固化24h后,在钢表面划开一条宽10mm的划痕,再将其浸入到35%的NaCl溶液中,经过一段时间后观察划痕的情况,发现当聚苯胺含量为10%(质量分数)时,划痕增长速率慢而稳定,经过17d后仅增长02mm,显示了良好的防腐效果。值得注意的是,该混合涂料的制备工艺是影响其防腐性能的重要因素。必须先将聚苯胺溶解在TMDA中,再进行固化,最后与环氧树脂混合。如果先用环氧树脂分散聚苯胺,进行固化后再分散在TMDA中,则由于聚苯胺的分散性不佳,其防腐性能大大降低,甚至没有任何防腐作用。
2.2与橡胶共混
聚硫橡胶是一种具有S—S键长链的聚合物,能够与聚苯胺反应形成S—N键,还能溶解在乙腈溶液中。因此可以采用乙腈为溶剂,三氟乙酸和三氯乙酸为电解液,在聚硫橡胶的乙腈溶液中对苯胺进行聚合,使其在钢材表面形成一层聚苯胺/聚硫橡胶复合物。这种复合涂层在中碳钢上的附着力和防腐性能较好。X射线能谱分析表明,附着在钢的一侧的主要成分是聚苯胺,而且硫的含量从中碳钢的一侧向外侧依次增加。内层相对导电,外层相对绝缘。XPS谱上在S—N键的S2P键能的附近于1646eV处有一个小峰,证实了聚硫橡胶中的S原子与聚苯胺中的N原子结合成键;同时复合涂层的N1SXPS谱中位于3988eV的峰也证实了N—S键中N的存在。因此可以推断出聚苯胺与聚硫橡胶间发生了相互作用,形成了部分的S—N键。SEM显示聚苯胺/聚硫橡胶涂料呈紧密的网状结构,孔隙率也比聚苯胺的低,这有利于减缓水或其他盐离子透过涂层。
2.4与聚酰亚胺共混
聚酰亚胺是一种新型耐高温热固性工程塑料,能在-269~400℃的温度范围内保持较高的物理机械性能,同时可在-240~260℃的温度下长期使用,具有优异的电绝缘性、耐磨性、抗高温辐射性能和物理机械性能。当进行溶液混合后成膜时,它能够与聚苯胺反应,在两者之间形成化学键,形成致密的防护膜,提供很好的物理屏蔽作用。聚酰亚胺与聚苯胺混合体系的防腐性能随着聚苯胺含量的增加而增大,当聚苯胺的含量达到10%~15%时,涂层显示出良好的防腐性能。在提供物理屏蔽作用的同时,聚苯胺可能吸收扩散进涂层的质子,使得金属底材保持在一个碱性的环境中,在一定程度上抑制了腐蚀的形成。
其他一些物质如金属粒子也用来制备聚苯胺共混复合涂料。金属粒子的氧化起牺牲阳极保护作用,同时氧化后的金属能提高涂料的硬度和耐磨性。金属粒子与聚苯胺的共混复合涂料还需加入树脂粘结剂、固化剂等。一般所选择的树脂粘结剂必须含有亲水和亲油两种基团,因此可制成水性涂料。与传统的涂料相比,这种涂料在防腐蚀、附着力、硬度、稳定性方面具有优势,能适用于更宽的pH值范围。
环氧树脂除了具有良好的附着力和化学稳定性外,还具有良好的分散性,能够与各种填料、树脂、助剂互溶,因此,将环氧树脂和聚苯胺共混复合所制备的涂料具有良好的附着力和分散性,防腐性能比单一的聚苯胺涂层有较大的提高。芬兰的科研人员利用环氧树脂和聚苯胺混合开发了一种双组分涂料。这种涂料包含两种组分:一种组分包含至少一种可固化树脂(如环氧树脂),另一种组分包含不导电的聚苯胺和有机胺化合物固化剂,最典型的是TMDA(三甲基己烷二胺)。将其涂覆在清洁的钢表面上,涂层厚度控制在200μm左右,在60℃下固化24h后,在钢表面划开一条宽10mm的划痕,再将其浸入到35%的NaCl溶液中,经过一段时间后观察划痕的情况,发现当聚苯胺含量为10%(质量分数)时,划痕增长速率慢而稳定,经过17d后仅增长02mm,显示了良好的防腐效果。值得注意的是,该混合涂料的制备工艺是影响其防腐性能的重要因素。必须先将聚苯胺溶解在TMDA中,再进行固化,最后与环氧树脂混合。如果先用环氧树脂分散聚苯胺,进行固化后再分散在TMDA中,则由于聚苯胺的分散性不佳,其防腐性能大大降低,甚至没有任何防腐作用。
2.2与橡胶共混
聚硫橡胶是一种具有S—S键长链的聚合物,能够与聚苯胺反应形成S—N键,还能溶解在乙腈溶液中。因此可以采用乙腈为溶剂,三氟乙酸和三氯乙酸为电解液,在聚硫橡胶的乙腈溶液中对苯胺进行聚合,使其在钢材表面形成一层聚苯胺/聚硫橡胶复合物。这种复合涂层在中碳钢上的附着力和防腐性能较好。X射线能谱分析表明,附着在钢的一侧的主要成分是聚苯胺,而且硫的含量从中碳钢的一侧向外侧依次增加。内层相对导电,外层相对绝缘。XPS谱上在S—N键的S2P键能的附近于1646eV处有一个小峰,证实了聚硫橡胶中的S原子与聚苯胺中的N原子结合成键;同时复合涂层的N1SXPS谱中位于3988eV的峰也证实了N—S键中N的存在。因此可以推断出聚苯胺与聚硫橡胶间发生了相互作用,形成了部分的S—N键。SEM显示聚苯胺/聚硫橡胶涂料呈紧密的网状结构,孔隙率也比聚苯胺的低,这有利于减缓水或其他盐离子透过涂层。
2.4与聚酰亚胺共混
聚酰亚胺是一种新型耐高温热固性工程塑料,能在-269~400℃的温度范围内保持较高的物理机械性能,同时可在-240~260℃的温度下长期使用,具有优异的电绝缘性、耐磨性、抗高温辐射性能和物理机械性能。当进行溶液混合后成膜时,它能够与聚苯胺反应,在两者之间形成化学键,形成致密的防护膜,提供很好的物理屏蔽作用。聚酰亚胺与聚苯胺混合体系的防腐性能随着聚苯胺含量的增加而增大,当聚苯胺的含量达到10%~15%时,涂层显示出良好的防腐性能。在提供物理屏蔽作用的同时,聚苯胺可能吸收扩散进涂层的质子,使得金属底材保持在一个碱性的环境中,在一定程度上抑制了腐蚀的形成。
其他一些物质如金属粒子也用来制备聚苯胺共混复合涂料。金属粒子的氧化起牺牲阳极保护作用,同时氧化后的金属能提高涂料的硬度和耐磨性。金属粒子与聚苯胺的共混复合涂料还需加入树脂粘结剂、固化剂等。一般所选择的树脂粘结剂必须含有亲水和亲油两种基团,因此可制成水性涂料。与传统的涂料相比,这种涂料在防腐蚀、附着力、硬度、稳定性方面具有优势,能适用于更宽的pH值范围。
下一篇:水性涂料喷涂工艺及设备设计的研究
相关文章
发布评论