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环氧树脂改性坡缕石沥青涂料的制备研究

http://www.coatings.hc360.com2015年03月09日08:33 来源:中国防腐涂料网T|T

    慧聪涂料网讯:

王有朋,吕维华,索陇宁,何小荣,唐蓉萍

    (兰州石化职业技术学院石油化学工程系,甘肃兰州730060)

    摘要:根据高分子共混改性的基本原理,制备了环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料及防腐涂层,采用电化学极化曲线法和电化学交流阻抗谱研究了该涂料涂层电化学腐蚀行为。结果表明,钠基坡缕石不仅克服了沥青耐磨力、粘结力差和软化点低的缺点,同时与环氧树脂性能互补改善了沥青基涂料冷脆开裂等性能。

    关键词:坡缕石;环氧树脂;乳化沥青;涂料

    中图分类号:TQ323.5 文献标识码:A

    文章编号:1671-4067(2014)01-0005-03

    石油沥青具有良好的粘结性、抗老化性和防水防腐能力,长期以来被广泛的用作筑路、防腐和密封材料。用于防水防腐工程有原料易得、价格低廉等优等点,是国内外防水防腐工程中应用最为广泛的材料之一。然而沥青具有高温流淌、低温冷脆开裂、耐候性不佳等缺点[1]。坡缕石(又名凹凸棒)是一种含水的层链状镁质硅酸盐矿物,具有特殊的晶体结构和反应活性,其基本结构单元为2∶1层型,即两层硅氧四面体夹一层镁氧八面体组成单元层,由于特殊的层链状结构,坡缕石在聚合物材料等领域得到了广泛应用[2]。环氧树脂因分子结构中含有环氧基、羟基和醚键等基团而具有优良的物理性能、力学性能、电绝缘性能和耐化学药品性能,广泛应用于涂料、胶粘剂、层压材料、复合材料基体等方面[3],但环氧树脂质脆、耐冲击性能差,且水的导电率高,易使金属腐蚀,在涂膜干燥过程中易发生闪蚀问题[4]。

    根据高分子共混改性的基本原理,以环氧树脂乳液对坡缕石乳化沥青进行改性。研究表明,钠基坡缕石不仅克服了沥青耐磨力、粘结力差和软化点低的缺点,同时与环氧树脂性能互补改善了沥青基涂料冷脆开裂等性能。本文采用电化学极化曲线法和电化学交流阻抗谱研究了该涂料涂层电化学腐蚀行为。

    1·实验部分

    1.1 实验原料

    坡缕石(甘肃临泽);双季铵盐阳离子乳化剂(SXK-1);沥青(兰炼90#);水性环氧树脂乳液(EP-51,固含量48%~52%);水性环氧固化剂(HGF,固含量39%~41%);NaCl或Na2CO3(分析纯)。

    1.2 钠基坡缕石的制备[5]

    取提纯后的325目纯净坡缕石数克,分散于一定量的蒸馏水中形成悬浊液,调pH值为碱性,加入钠化试剂NaCl或Na2CO3搅拌,并在60℃~70℃下保温5h,用蒸馏水离心清洗至无F-、Cl-或CO2-3检出为止,得到的固体为钠基坡缕石,干燥后研至325目,待用。

    1.3 钠基坡缕石乳化沥青的制备

    1)将325目钠基坡缕石在140℃~160℃的沥青中,以5000r/min的速度在高速剪切机上剪切40min,自然冷却;

    2)将沥青乳化剂溶于55℃~65℃的水中,调节pH至碱性;

    3)将上述改性沥青加热至120℃-130℃,按油水质量比为60∶40加入到上述乳化剂溶液中经胶体磨高速剪切4~6min,得到固体含量为60%的钠基坡缕石乳化沥青,性能见表1。

表1 钠基坡缕石乳化沥青性能

表1 钠基坡缕石乳化沥青性能

    表1说明,坡缕石改性乳化沥青的指标,已达到了改性乳化沥青技术指标中喷洒型改性乳化沥青的要求,适合用于粘层、封层、桥面防水粘层用。

    1.4 环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料及防腐涂层的制备

    称取一定量的坡缕石乳化沥青乳液,充分搅拌10min,然后向其中加入水性环氧树脂乳液,并按比例加入水性环氧固化剂(EP-51按100份∶75份),充分搅拌20min混匀后,静止熟化20~30min。

    用软毛刷均匀涂在已经打磨处理并洗干净的10mm×15mm钢片表面,勿有气泡,根据不同需要,控制不同的涂层厚度,室温下干燥。待涂层完全干燥后,蜡封,制成电极,固定电极膜层的工作面积1cm2。

    1.5 环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料性能

    环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料性能如表2所示。

表2 环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料性能

表2 环氧树脂乳液改性坡缕石乳化沥青涂料性能

    2·结果与讨论

    2.1 坡缕石在乳化沥青中的稳定作用

    坡缕石是一种含水的层链状镁质硅酸盐矿物。其理想的化学分子式为:Mg5Si8O20(OH2)(OH2)4·4H2O,是三层结构,上下两层是Si-O四面体,中间一层是(Al、Mg、Fe)-O-(OH)八面体[2]。坡缕石及钠基坡缕石乳化沥青的TEM照片如图1所示。

图1 坡缕石及钠基坡缕石乳化沥青的TEM 照片

图1 坡缕石及钠基坡缕石乳化沥青的TEM 照片

    从图1可以看出,当钠基坡缕石加入乳化沥青后,由于层间距增大,更容易剥离导致坡缕石链状颗粒分散均匀,没有出现团聚或沉淀现象,在坡缕石的分子链上黏附着沥青。这种稳定性也可能与坡缕石表面结构有关,坡缕石表面的羟基和沥青中的某些物质反应产生吸附现象,发生物理分散和化学分散,且这种吸附不凝结。

    2.2 极化曲线研究

    强化区极化测试方法是最经典的腐蚀速度电化学测试方法,较为方便简单。通过E-LogI作出阴阳极极化曲线,两线相交点为腐蚀电位(Ecorr),两曲线切线的交点为腐蚀电流(Icorr)。通过比较所得的Ecorr和Icorr可以区分防腐效果的差别。

    本研究应用极化曲线研究了坡缕石乳化沥青防腐涂层在不同腐蚀介质中的tafel曲线,分析见图2。

图2 涂层在腐蚀介质中的塔菲尔曲线

图2 涂层在腐蚀介质中的塔菲尔曲线

    由图2可以得出,在酸性、盐性和黄河水腐蚀介质下,涂覆有复合涂层的A3钢腐蚀电位由-0.64V向正方向分别移动了125mV、128mV和85mV,而腐蚀电流密度由10-6.2A/cm2分别降低到10-7.1A/cm2、10-8.3A/cm2和10-7.8A/cm2。可见,当金属表面涂覆乳化沥青与环氧树脂复合涂层后,阻碍了电解质溶液和O2扩散到金属表面,使腐蚀电位提高,腐蚀电流变小。

    本研究还应用交流阻抗方法对涂层耐蚀性能进行研究,结果表明坡缕石乳化沥青涂层的阻抗显著增加,防腐效果明显增强,涂层抗H2O、O2及离子扩散和渗透能力较好,涂层对金属基体的屏蔽性能较好,使该乳化沥青涂层耐蚀性能提高。

    3·结论

    1)坡缕石特殊的层链状结构,与乳化沥青具有良好的相容性,制备所得乳化沥青性能良好。

    2)环氧树脂具有优良的物理性能、力学性能,同时也存在质脆、耐冲击性能差等缺点。但其与坡缕石乳化沥青能实现性能互补,制备的防腐涂料性能可达到要求,应用电化学极化曲线法研究表明,该涂料具有良好的防腐性能。

    参考文献:

    [1]刘东杰,王云普.乳化沥青涂层防腐性能研究[J].现代涂料与涂装,2006,(2):3-6.

    [2]王有朋.坡缕石在聚合物材料中的应用现状[J].兰州石化职业技术学院学报,2010,(3):12-14.

    [3]刘丽湘,温晓萌,蔡永源.水性环氧树脂涂料改性研究进展[J].热固性树脂,2009,24(6):55-58.

    [4]狄宁宇,曹万荣,沈鉴峰,等.水性环氧树脂涂料的最新研究进展[J].绝缘材料,2009,42(4):27-30.

    [5]王云普,王有朋,王利平,等.微波法合成有机坡缕石的研究[J].非金属矿,2006,28(6):27-28.

责任编辑:谭蓉

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