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柔韌性環(huán)氧固化劑腰果油改性的酚醛胺固化劑是一類低溫干燥速度快、防腐性能優(yōu)異的新型環(huán)氧固化劑,其分子結(jié)構(gòu)中含有大量能促進(jìn)環(huán)氧樹脂固化的酚羥基和常溫反應(yīng)活性高的脂肪胺,使固化體系在冬季低溫條件下也能快速固化,同時(shí)極性的羥基還能增強(qiáng)對(duì)底材的濕潤(rùn)和附著力。另一方面,腰果油衍生物一般是以含不飽和雙鍵的碳15長(zhǎng)鏈取代酚為基礎(chǔ),碳15長(zhǎng)鏈能給體系提供優(yōu)異的耐水性和柔韌性,同時(shí)取代酚中含有的苯環(huán)結(jié)構(gòu)又具有耐化學(xué)腐蝕性能好的特點(diǎn)[1]。
現(xiàn)有的鐵路車輛防腐涂料的固化劑一般均為普通聚酰胺環(huán)氧固化劑,該類固化劑具有良好的機(jī)械性能,但其低溫干燥性能和耐鹽霧腐蝕性能卻不是十分理想。如何進(jìn)一步改善和提高鐵路車輛用環(huán)氧防腐涂料的低溫干燥性能和耐鹽霧腐蝕性,提高環(huán)氧防腐涂料的冬季施工效率,減少因金屬腐蝕給鐵路行車安全帶來的不利影響,一直以來是鐵道工業(yè)防腐領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。本文通過選用腰果油改性酚醛胺環(huán)氧固化劑固化環(huán)氧防腐涂料,制得了具有優(yōu)良低溫干燥性能和耐鹽霧腐蝕性能的新型環(huán)氧涂料,滿足了鐵道車輛防腐涂裝的需要。
1 試驗(yàn)部分
1.1 主要原材料
環(huán)氧樹脂:工業(yè)級(jí),岳陽巴陵石化公司;分散劑:工業(yè)級(jí),德國(guó)畢克公司;磷酸鋅:工業(yè)級(jí),保定龍?jiān)垂?三聚磷酸鋁:工業(yè)級(jí),廣西化工研究院;防沉劑:化學(xué)純,臺(tái)灣德謙公司;混合溶劑:工業(yè)級(jí),自配;腰果油環(huán)氧固化劑:工業(yè)級(jí),上海美東公司。
1.2 環(huán)氧防腐涂料的制造工藝
按配方量稱取環(huán)氧樹脂、分散劑和混合溶劑,分散均勻,加入顏填料,高速分散30min后研磨至細(xì)度≤30μm。在制成的漆料中加入其他剩余助劑和適量的混合溶劑,調(diào)整黏度100~120s(涂4#杯),過濾出料。所制得的漆料組分與腰果油環(huán)氧固化劑組分按6∶1的比例(質(zhì)量比)配制成環(huán)氧防腐底漆。
1.3 性能測(cè)試
按GB/T1727—1992的要求將涂料噴涂于試板上,按國(guó)標(biāo)GB/T1771—1991測(cè)試耐鹽霧性能(板面要求劃叉),按鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2260—2001檢測(cè)其他常規(guī)機(jī)械性能。
1.4 主要檢測(cè)儀器
鹽霧試驗(yàn)箱:GT-7004-L型,試驗(yàn)溫度為(35±2)℃,噴霧量為1~2mL/(h·80cm2),臺(tái)灣高鐵公司;差式掃描量熱儀:DSC821e型,溫度范圍:25~200℃,升溫速率:10℃/min,瑞士梅特勒-托力多公司;傅里葉變換紅外光譜儀:WOF-410型,分辨率=4,掃描次數(shù)=20,北京第二光學(xué)儀器廠。
2 結(jié)果與討論
2.1 防腐涂料低溫干燥性能
環(huán)氧防腐涂料的冬季低溫干燥性能可通過差式掃描量熱法(DSC)測(cè)試環(huán)氧基團(tuán)與環(huán)氧固化劑在一定溫度下交聯(lián)反應(yīng)所放出的反應(yīng)熱的多少進(jìn)行評(píng)價(jià)。環(huán)氧基團(tuán)的開環(huán)率=已被打開的環(huán)氧基團(tuán)數(shù)/總環(huán)氧基團(tuán)數(shù)=HT,t/H0(H0:環(huán)氧基團(tuán)完全被打開所放出的熱量,HT,t:在T溫度下、t時(shí)刻時(shí)環(huán)氧基團(tuán)被打開所放出的熱量)[1]。腰果油環(huán)氧固化劑和某聚酰胺固化劑在5℃下的環(huán)氧開環(huán)率隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示。
由圖1可知,在5℃的溫度下,7d后腰果油環(huán)氧固化體系的環(huán)氧基團(tuán)開環(huán)率可達(dá)84%,而普通聚酰胺環(huán)氧固化體系僅為28%,其低溫干燥速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚酰胺環(huán)氧固化體系。主要是由于腰果油環(huán)氧固化劑分子結(jié)構(gòu)中含有大量能促進(jìn)環(huán)氧樹脂固化的酚羥基和低溫反應(yīng)活性高的脂肪胺,酚羥基上的羥基氫的氫鍵作用可促使環(huán)氧基團(tuán)開環(huán)[2],使固化體系在冬季低溫條件下也能快速固化,這樣就大大提高了鐵道車輛用防腐涂料的冬季施工效率。
2.2 涂膜耐鹽霧性能
環(huán)氧防腐涂料中所含的環(huán)氧基團(tuán)與胺類環(huán)氧固化劑中的活性氫可進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)反應(yīng),從而形成性能優(yōu)良的漆膜,不同環(huán)氧固化劑由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)不一樣,形成的漆膜耐鹽霧腐蝕性能也有很大區(qū)別[3]。在漆料配方相同的條件下,考察腰果油環(huán)氧固化劑和普通聚酰胺環(huán)氧固化劑的耐鹽霧腐蝕性能(500h),結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知,試板經(jīng)過500h的鹽霧試驗(yàn)后,圖2(a)選用某聚酰胺固化劑的試驗(yàn)樣板劃叉處已嚴(yán)重腐蝕,單向腐蝕寬度超過2mm,而圖2(b)選用某腰果油改性的環(huán)氧固化劑劃叉處單向腐蝕寬度僅約為1mm。這主要是因?yàn)檠透男缘墓袒瘎┓肿咏Y(jié)構(gòu)中含有大量能促進(jìn)環(huán)氧樹脂固化的酚羥基和低溫反應(yīng)活性高的脂肪胺,使環(huán)氧基團(tuán)與胺類環(huán)氧固化劑中的活性氫之間進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)更加完全,涂料的交聯(lián)度得到了大幅度提高,涂料體系交聯(lián)度提高后,涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)也得到了提高,理論認(rèn)為,鹽霧試驗(yàn)中漆膜浸水后由于吸水起增塑作用,其Tg會(huì)下降約30℃,若涂層浸水后其Tg仍超過試驗(yàn)環(huán)境溫度,其附著點(diǎn)并不因涂層松弛而移動(dòng),仍固定于原附著點(diǎn),即濕附著力良好[4]。另外其分子結(jié)構(gòu)上既帶憎水性優(yōu)異的長(zhǎng)脂肪鏈,又含耐化學(xué)腐蝕的苯環(huán)結(jié)構(gòu),這樣涂料的耐鹽霧腐蝕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曲線分析
環(huán)氧防腐涂料的DSC測(cè)試結(jié)果見圖3。曲線的第一個(gè)拐點(diǎn)處即為環(huán)氧防腐涂料的Tg轉(zhuǎn)變值。
柔韌性環(huán)氧固化劑使用腰果油環(huán)氧固化劑的涂料Tg值比使用普通聚酰胺環(huán)氧固化劑和改性聚酰胺環(huán)氧固化劑的涂料Tg值分別高約11℃和5℃,和普通聚酰胺環(huán)氧固化劑相比,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環(huán)氧固化劑和環(huán)氧樹脂間的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行得比較完全,交聯(lián)密度大,Tg值的提高使防腐涂料的耐鹽霧腐蝕性能也得到了提高。
