无溶剂环氧玻璃鳞片涂料的研制

杜建伟，张静，张丽萍，何鱼游，李涛
（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

1 引言
玻璃鳞片重防腐涂料是以耐蚀性树脂为主要成膜物，薄片状的玻璃鳞片为骨科，配各种添加剂组成的厚浆型涂料。自1957 年美国Owens-Corning 玻璃维公司发表玻璃鳞片涂料制造的个专利以来，该项技术已在海洋钻井平台、大型海轮、油田、炼油厂输油管道、大型河闸及跨海大桥等得到广泛应用，并取得良好的应用效果[1]。随着人们环保意识的增加，环保型防腐蚀涂料成为许多科技工作者攻关的方向，尤其是在密闭的环境条件下施工更需要无挥发性易燃有毒溶剂存在的涂料，如油罐船舱的施工等，而环氧玻璃鳞片涂料以其优异的抗化学介质性和超强的耐磨性能在许多防腐蚀领域得到采用。为此，结合无溶剂和鳞片涂料的特点开展了无溶剂环氧玻璃鳞片防腐蚀涂料的研制工作。

2 无溶剂环氧玻璃鳞片防腐蚀涂料的研制
2.1 配方的研制
2.1.1 主要成膜物质的确定
⑴树脂的选择
有机防腐蚀涂层的腐蚀破坏主要表现为化学腐蚀性破坏和物理腐蚀性破坏。化学破坏表现为失重、变色、氧化和分解，这类腐蚀性破坏在树脂材料选择适当时，一般较为缓慢，不很明显。物理破坏表现为增重、增厚、鼓泡、分层、剥离、脱黏、开裂等，这类腐蚀性破坏在实际应用中颇为常见。通常的防腐主要是这一类破坏引起的，其产生的原因除了施工质量以外，就是介质的渗透和涂层的残余应力。要防止化学性腐蚀破坏比较可行的方法是树脂的选择，目前玻璃鳞片涂料运用较多的树脂是环氧树脂和聚酯树脂。据资料报道，环氧树脂制成的鳞片涂层具有优良的耐水、耐盐水、耐油、耐稀酸、耐稀碱及耐有机溶剂性[2]。因此，从提高涂层防腐蚀效果出发，选择环氧树脂作为涂料的主要成膜物。环氧树脂是含有环氧基团的高分子物质，主要是由环氧氯丙烷和双酚A 合
成的，环氧树脂是线性分子结构，聚合度越大，分子链越长，羟基含量也越多。不同牌号的环氧树脂其黏度或软化点不同，环氧值和羟值也存在较大差异，作为无溶剂涂料因不能含挥发性溶剂，涂装施工时要求涂料具有利于施工的黏度。因此，作为无溶剂涂料保持利于施工的黏度，是需要解决的问题之一。要想降低涂料的黏度环氧树脂本身的黏度应尽可能低，结合树脂造价和市场行情选择E-51 环氧树脂为主成膜物。
⑵固化剂的选择
环氧树脂成膜是靠环氧树脂（包括活性稀释剂）和固化剂发生化学反应形成网状的立体结构实现涂层优异的物理机械性能和耐化学介质浸蚀性能。环氧树脂固化剂种类很多，考虑到无溶剂玻璃鳞片涂料的黏度和涂层性能，采用低黏度的脂肪胺和防腐蚀性能较好的酚醛胺混合匹配，作为终成膜树脂用固化剂。
⑶活性稀释剂的选择
液态环氧涂料实现无溶剂的途径是采用活性稀释剂替代挥发性溶剂。目前用于环氧树脂涂料的活性稀释剂主要有单缩水、双缩水和三缩水几类。不同的活性稀释剂对涂料性能有影响，为更好地选择适当的活性稀释剂，以稀释剂加量保持同E-51 环氧树脂混合后黏度不大于100 s（涂-4＃ 杯）为基准，根据环氧当量准确配置固化剂的量，固化剂为脂肪胺和酚醛胺的混合液，对7 种不同的活性稀释剂进行了筛选试验，附着力采用GB/T 1720—1979 测试；柔韧性采用GB/T 1720—1993 测试；冲击强度采用GB/T 1732—1993 测试；耐酸碱性采用GB/T 9274—1988 测试。试验结果见表1。

由表1 可以看出活性稀释剂不同，涂层具有不同的物理机械性能和抗化学介质性能。这主要是因为活性稀释剂参与环氧树脂的固化反应形成的高分子网络结构不同而引起的。试验结果表明692 和636 两种活性稀释剂的综合性能好，考虑价格后确定采用692 环氧活性稀释剂。活性稀释剂的加量以控制涂料黏度合适为基准，加量过多会影响涂料性能，其加量控制在8% ～ 25%之间。
2.1.2 玻璃鳞片的选择研究
玻璃鳞片涂料作为一种重防腐蚀涂料，在各种腐蚀介质中，均有很好的耐蚀性。玻璃鳞片作为玻璃鳞片涂料的主体填充材料，其性能及参数对涂层的防腐蚀效果起着决定性的作用。其中玻璃鳞片的粒度、含量及表面状态对涂层的性能均有很大的影响。
⑴玻璃鳞片含量对涂层性能的影响
玻璃鳞片由1 000 ℃以上的熔融玻璃经过回转筒从其内表面喷出，借助离心力的作用使形成的玻璃膜破碎制成，或者将熔融状态下的玻璃熔体制成薄管状并充气，再将薄管壁破碎制成，然后再经过风选、粉碎、筛选得到不同粒度的片状填料。玻璃鳞片含量越大，其屏蔽作用越强，对介质的防渗效果就越好，但如果用量过大，会使涂层外观粗糙，涂层表面流平不好，甚至会造成树脂液不能充分浸润鳞片表面，造成涂层孔隙、毛细管现象，增大腐蚀介质的渗透，使玻璃鳞片的优良抗渗性得不到体现。在保证涂层较为平整的前提下，尽量加大玻璃鳞片的用量。如果玻璃鳞片含量较小，它在防腐涂层中不能形成多层屏蔽以阻隔腐蚀介质的渗入，使涂层的防腐蚀效果较差。图1 ～ 3 分别给出了涂层的吸水率、水蒸气透过率和附着强度随涂料中玻璃鳞片含量的变化规律。