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柔韧性环氧固化剂腰果油环氧固化剂在铁道车辆防腐涂料中的应用
来源:美扬时代 时间:2021年02月05日

  


  柔韧性环氧固化剂腰果油改性的酚醛胺固化剂是一类低温干燥速度快、防腐性能优异的新型环氧固化剂,其分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和常温反应活性高的脂肪胺,使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化,同时极性的羟基还能增强对底材的湿润和附着力。另一方面,腰果油衍生物一般是以含不饱和双键的碳15长链取代酚为基础,碳15长链能给体系提供优异的耐水性和柔韧性,同时取代酚中含有的苯环结构又具有耐化学腐蚀性能好的特点[1]。


  现有的铁路车辆防腐涂料的固化剂一般均为普通聚酰胺环氧固化剂,该类固化剂具有良好的机械性能,但其低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性能却不是十分理想。如何进一步改善和提高铁路车辆用环氧防腐涂料的低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性,提高环氧防腐涂料的冬季施工效率,减少因金属腐蚀给铁路行车安全带来的不利影响,一直以来是铁道工业防腐领域的一项重要研究课题。本文通过选用腰果油改性酚醛胺环氧固化剂固化环氧防腐涂料,制得了具有优良低温干燥性能和耐盐雾腐蚀性能的新型环氧涂料,满足了铁道车辆防腐涂装的需要。


  1 试验部分


  1.1 主要原材料


  环氧树脂:工业级,岳阳巴陵石化公司;分散剂:工业级,德国毕克公司;磷酸锌:工业级,保定龙源公司;三聚磷酸铝:工业级,广西化工研究院;防沉剂:化学纯,台湾德谦公司;混合溶剂:工业级,自配;腰果油环氧固化剂:工业级,上海美东公司。


  1.2 环氧防腐涂料的制造工艺


  按配方量称取环氧树脂、分散剂和混合溶剂,分散均匀,加入颜填料,高速分散30min后研磨至细度≤30μm。在制成的漆料中加入其他剩余助剂和适量的混合溶剂,调整黏度100~120s(涂4#杯),过滤出料。所制得的漆料组分与腰果油环氧固化剂组分按6∶1的比例(质量比)配制成环氧防腐底漆。


  1.3 性能测试


  按GB/T1727—1992的要求将涂料喷涂于试板上,按国标GB/T1771—1991测试耐盐雾性能(板面要求划叉),按铁道行业标准TB/T2260—2001检测其他常规机械性能。


  1.4 主要检测仪器


  盐雾试验箱:GT-7004-L型,试验温度为(35±2)℃,喷雾量为1~2mL/(h·80cm2),台湾高铁公司;差式扫描量热仪:DSC821e型,温度范围:25~200℃,升温速率:10℃/min,瑞士梅特勒-托力多公司;傅里叶变换红外光谱仪:WOF-410型,分辨率=4,扫描次数=20,北京第二光学仪器厂。


  2 结果与讨论


  2.1 防腐涂料低温干燥性能


  环氧防腐涂料的冬季低温干燥性能可通过差式扫描量热法(DSC)测试环氧基团与环氧固化剂在一定温度下交联反应所放出的反应热的多少进行评价。环氧基团的开环率=已被打开的环氧基团数/总环氧基团数=HT,t/H0(H0:环氧基团完全被打开所放出的热量,HT,t:在T温度下、t时刻时环氧基团被打开所放出的热量)[1]。腰果油环氧固化剂和某聚酰胺固化剂在5℃下的环氧开环率随时间的变化曲线如图1所示。


  由图1可知,在5℃的温度下,7d后腰果油环氧固化体系的环氧基团开环率可达84%,而普通聚酰胺环氧固化体系仅为28%,其低温干燥速度远远高于聚酰胺环氧固化体系。主要是由于腰果油环氧固化剂分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和低温反应活性高的脂肪胺,酚羟基上的羟基氢的氢键作用可促使环氧基团开环[2],使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化,这样就大大提高了铁道车辆用防腐涂料的冬季施工效率。


  2.2 涂膜耐盐雾性能


  环氧防腐涂料中所含的环氧基团与胺类环氧固化剂中的活性氢可进行化学交联反应,从而形成性能优良的漆膜,不同环氧固化剂由于其化学结构不一样,形成的漆膜耐盐雾腐蚀性能也有很大区别[3]。在漆料配方相同的条件下,考察腰果油环氧固化剂和普通聚酰胺环氧固化剂的耐盐雾腐蚀性能(500h),结果如图2所示。


  由图2可知,试板经过500h的盐雾试验后,图2(a)选用某聚酰胺固化剂的试验样板划叉处已严重腐蚀,单向腐蚀宽度超过2mm,而图2(b)选用某腰果油改性的环氧固化剂划叉处单向腐蚀宽度仅约为1mm。这主要是因为腰果油改性的固化剂分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和低温反应活性高的脂肪胺,使环氧基团与胺类环氧固化剂中的活性氢之间进行化学交联反应更加完全,涂料的交联度得到了大幅度提高,涂料体系交联度提高后,涂膜的玻璃化转变温度(Tg)也得到了提高,理论认为,盐雾试验中漆膜浸水后由于吸水起增塑作用,其Tg会下降约30℃,若涂层浸水后其Tg仍超过试验环境温度,其附着点并不因涂层松弛而移动,仍固定于原附着点,即湿附着力良好[4]。另外其分子结构上既带憎水性优异的长脂肪链,又含耐化学腐蚀的苯环结构,这样涂料的耐盐雾腐蚀性能就得到了大幅度提高。


  2.3 制得的防腐涂料性能表征


  2.3.1 涂膜的DSC曲线分析


  环氧防腐涂料的DSC测试结果见图3。曲线的第一个拐点处即为环氧防腐涂料的Tg转变值。


  柔韧性环氧固化剂使用腰果油环氧固化剂的涂料Tg值比使用普通聚酰胺环氧固化剂和改性聚酰胺环氧固化剂的涂料Tg值分别高约11℃和5℃,和普通聚酰胺环氧固化剂相比,涂膜的Tg值由60·67℃提高到了72·09℃。Tg值的提高主要是由于腰果油环氧固化剂和环氧树脂间的化学交联反应进行得比较完全,交联密度大,Tg值的提高使防腐涂料的耐盐雾腐蚀性能也得到了提高。


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