环氧改性丙烯酸自清洁防腐涂料制备与应用

    杜玉成 1， 李岩凌 1， 李洪义 1， 杨伟超 1， 封 雷 2， 谢俊池 2， 任 重 2， 苏志翔 3， 王 伟 3

    (1. 北京工业大学材料科学与工程学院 ， 北京 100022 ； 2. 北京国科京彪新材料科技有限公司 ， 北京 100061 ； 3. 秦皇岛首秦钢铁公司设备部 ， 河北秦皇岛 066326)
 
 
    摘要： 采用 E10 环氧改性丙烯酸树脂为基料、 N75 聚氨酯为固化剂，H T 助剂高光疏水物、偶联剂改性滑石粉为疏水功能性填料， 偶联剂改性无定型SiO2为粗糙度调节剂，锐钛型纳米TiO2为光催化剂， 制备了具有良好耐酸、耐碱的自清洁防腐涂料。涂层表面接触角可达 109 °， 具有优良的疏水特性；涂层的污染率可降低至 2% 以下；现场的工业试验样品抗污性能良好。

    关键词： 环氧改性；丙烯酸树脂；防腐涂料；疏水性

    0 前 言

    随着环保意识的增强及企业对绿化美化的要求， 一些钢铁企业对其厂区设备及钢结构在进行防腐治理的同时， 对防腐涂装外观美化非常重视。如果防腐涂层具有良好的防腐特性且具有一定的自清洁功能， 即对带有酸性、碱性的粉体颗粒和气体凝聚体，具有很好的防腐蚀性能，使其不对涂层有任何腐蚀作用；同时涂层表面又对已落的灰尘或其它污染物具有一定的降解功能，或由于某种物质的存在，使灰尘不能牢固地附着在涂层表面，用水较易冲洗或用湿布易擦 ， 可有效解决为了美观反复涂刷所带来的人力和物力巨大浪费问题。基于上述分析 ， 本文开展了防腐涂层材料具有自清洁功能的研究。采用了具有良好耐酸、耐碱性能 ，且涂层表面光泽度高、光洁性好的基料 ，选取了具有一定光催化性能和超疏水性物质，制备了涂层表面对污染物具有一定的排斥性和分解特性的自清洁防腐涂料。

    1 试验部分

    1.1 试验材料

    H C P E( 裕隆化工 ) ；环氧改性丙烯酸树脂 ( 三木化工 ) ；氟树脂 ( 深圳一品莲 ) ； N75( 拜耳 ) ； 3380( 旭化成 ) ； B S750( 三木化工 ) ；锐钛型纳米 TiO2 ( 进口 ) ；金红石型 TiO2 ( 国产 ) ；偶联剂改性 1 200 目滑石粉 ( 国产 ) ；偶联剂改性无定型 SiO2 ( 国产 ) ； H T 高光疏水助剂 ( 国产 ) 。

    1.2 分析与测试

    电子天平、 1 000 m L 砂磨机、 O C A20 视频光学接触角测量仪、粗糙度测定仪、耐污性能测试装置 ( 参照 GB/T9780 测试 ) 。

    2 配方结构分析

    2.1 基料选取

    基料的选取基于以下三方面：防腐性 ( 耐酸耐碱 ) 、光泽与光滑度、自清洁性 ( 以接触角大小衡量 ) 。本文选取了 H C P E 、 E10 改性丙烯酸树脂、氟树脂，其耐酸、碱性在 15%H2SO4 、 10%HCl 、 15%NaOH 点蚀测试中 288 h 涂膜均无变化 ， 长期点蚀 E10 改性丙烯酸树脂、氟树脂较好；光泽与光滑度 E10 改性丙烯酸树脂较好；在不添加光催化剂和疏水物的情况下 ， 三种基料 H C P E 、 E10 改性丙烯酸树脂、氟树脂涂层的接触角分别为： 67 °、 81 °、 105 °， 氟树脂的疏水性要好 ，考虑到基料的原材料成本问题 ，本文选 E10 改性丙烯酸树脂 ， 而 E10 改性丙烯酸树脂为双组分涂料 ， 固化剂分别采用 N75 、 3380 、 B S750 均为聚氨酯类固化剂 ，对接触角的影响不大 ，而光泽度 N75 要好，本文采用 N75 作为涂料体系的 B 组分。

    2.2 偶联剂改性滑石粉用量、 H T 疏水助剂用量对涂层接触角的影响

    自荷叶效应 ( “ Lotus- effect ” ) 的自清洁效果被发现以来 ， 人们已经认识到荷叶表层生长着纳米级的蜡晶 ， 使得荷叶表面具有超疏水性 ( 其接触角可达 150 ° ～ 160 ° )， 是产生自清洁的主要动因。因此涂层表面的超疏水性被认为其表面具备自清洁功能是否存在的关键。为此本文进行了改善涂层表面接触角的试验研究。