醇溶性无机富锌涂料研制若干问题的探讨
自20世纪30 年代澳大利亚人 Victor Nightingale发明无机富锌涂料以来,各国竞相开展富锌涂料的研究应用与工业化生产,并发展为当今保护钢铁结构最普遍的底漆,也是目前大气和海洋环境防腐领域中防锈性能最优异的涂料之一。其中,以硅酸乙酯水解液为固化剂的醇溶性无机富锌底漆,是一种具有电化学阴极保护和物理屏蔽作用双重功能的防腐底漆,具有优良的低温固化性能和耐水耐油性能,毒性小,干燥迅速,可在高湿度环境中施工,既可作为车间底漆,也可作为高性能涂装体系的底漆广泛应用于各种防腐工程[1]。
目前,市场上醇溶性无机富锌涂料品种较多,不同品牌的富锌底漆的性能有较大差异,本文结合研制工作的经验,就影响醇溶性无机富锌涂料性能的若干问题进行了探讨,以期抛砖引玉,进一步促进醇溶性无机富锌涂料技术的发展。
1 醇溶性无机富锌涂料的防腐机理[2]
醇溶性无机富锌涂料既具有较好的物理屏蔽作用,又具有优秀的阴极保护作用。在腐蚀环境下,涂层中的锌填料与碳钢基体形成腐蚀电池,锌作为阳极首先溶解,碳钢作为阴极而得到保护;当富锌涂料的涂膜局部被机械损伤后,在一定范围的面积内,防腐蚀电流也能流向钢铁裸露部分,则锌的腐蚀产物就沉积在那里形成一层保护膜,而起到保护作用。
另外,锌粉作为阳极而牺牲的同时,还可以与外部环境中的CO2和H2O发生反应,生成不溶性氢氧化锌,以及碱式锌盐和锌铁复盐,沉积于涂膜空隙中,使涂膜更加致密,从而延缓腐蚀,提高了涂膜的耐久性。
2 硅酸乙酯水解液(固化剂)的制备
2.1 硅酸乙酯的选定
Si-28本身没有黏结性能(正硅酸乙酯分子中SiO2质量占28.84%,所以正硅酸乙酯俗称Si-28;文中的Si-32、 Si-40和Si-50,也就是指分子中SiO2质量约占32%、40%或50%的聚硅酸乙酯),但可在催化剂作用下部分水解成具有黏性的聚硅酸乙酯[3],水解后的产物是由不同聚合度的聚合物组成,依聚合程度由低到高依次为Si-32、Si-40、Si-50等,前2种是以线型结构存在,比较稳定,Si-50以立体网状结构存在,通常不稳定,贮存时需加稳定剂[4]。从生产效率考虑,大多选用Si-40。不过,不同厂家提供的Si-40还是稍有不同,一般厂家的预水解度、硅含量都差不多,技术的关键在预水解的控制,控制得不好则对再次水解影响较大,有可能会造成凝胶时间太短,或者凝胶太软,涂膜太脆等情况。厂家提供的Si-40的质量好坏还需试验确定。
2.2 催化剂的选择
在一些文献中报道的是将硅酸乙酯滴加到酸化水中[5-6],而工业上从生产效率方面考虑选择滴加酸化水。选用酸化水是因为中性条件下硅酸乙酯的水解-缩聚过程需要很长的时间才能完成,罗思强等[7]试验发现不加酸时氯化物不能起催化作用。所以硅酸乙酯的水解反应要么是在酸性条件下进行,要么是在碱性条件下进行[8],而且酸性条件更有利于水解,碱性条件更有利于缩聚[9-11]。不过硅酸乙酯在碱性介质中反应剧烈,水解产物不稳定;以酸作为催化剂反应较平缓,生产易控制,同时酸性条件下硅烷醇基团可稳定存在,从而提高贮存稳定性[12-13]。这一反应中,催化剂的选择直接影响水解-缩聚过程以及最终产物的性能,盐酸、硫酸、磷酸等都可用作催化剂[14-15],具体的涉及到反应动力学,有专门的文章,此处不再赘述。不过硫酸危险性大,磷酸根离子空间位阻大,不能很好地催化反应的进行,而氯离子可以促进水解反应的进行[7,16-17],很多厂家选择盐酸作为催化剂。此外,选择乙酸为辅助催化剂,作为主催化剂盐酸的一种有效补充,可以对体系pH变化起缓冲作用,使得硅酸乙酯水解液的pH稳定,有利于贮存。不过,考虑到氯离子对涂膜的防腐性有影响,也有厂家不用盐酸而选用有机酸作催化剂[18]。
2.3 硅酸乙酯水解工艺中几个参数的确定
2.3.1 pH的选择
综合考虑水解液的贮存稳定性和反应活性,文献报道的选定pH大多为....
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