简述漆酚重防腐功能涂料的研制
作者: 信息来源: 发布于:2015/12/8 点击量:
漆酚重防腐功能涂料的研制张飞龙张武桥田顺利StevenX(西安生漆涂料研究所列的化学合成反应、研制了漆酚重防腐功能涂料。其性能测试结果表明漆酚重防腐功能涂料具有与生漆同样的耐水、耐油、耐酸及耐盐类等防腐蚀性能,同时大大提高了漆膜的耐碱性,且具有半导体的导电性能,消除了致敏原,对人体无过敏反应,施工方便,为生漆产品逐步向工业重防腐领域渗透和推进,提供了-条行之有效的途径。
X:2004年5月17日生漆产于中国特有的经济树种一漆树,有/涂料之王“美称,堪称‘国宝”。
生漆可能是人类所知最古老的工业/塑料“。生漆以其优异的综合防腐性能和卓越的超耐久性而驰名于世。
从海底沉船打捞上来的古代漆器文物,历时300~400年弥久如新,是其明证之一。
漆酉分重防腐功能涂料(UrushiolHeavy-dutyCoating)就是以中国特产的生漆资源为原料,针对特殊的高腐蚀环境研制的生态型涂料,是最具中国特色的重防腐涂料产品,具有任何合成涂料的不可替代性和无可比拟的优势。
金属的腐蚀给世界各国工农业生产带来了巨大的经济损失,而且这种损失还在不断加,据测算,中国年腐蚀损失达GNP的4.6%以上,每年腐蚀损失高达2000亿元以上,是地震、水灾和台风等自然灾害总和的6倍。即使在工业发达国家,因腐蚀造成的经济损失也要占国民经济总产值的4%以上,每年腐蚀生锈的钢铁约占全年总产量的20%,约有30%的设备由于腐蚀而报废。
用涂料涂履金属设备设施,是保护金属免受腐蚀最行之有效的简便手段,对被保护设备能起到长期有效的防护效果,有效的防腐可以避免30%的损失。目前中国的重防腐涂料高、中端市场,是形形色色/洋品牌“、舶来品的一统天下,占主导地位的是进口的环氧氨基类和聚氨脂类产品。世界涂料界销售额前十名的企业(如美国SHERWm-WILLIAM和DUPOND、荷兰-瑞典AKZO-NOBEL、英国ICI、德国BASF COATINGS等)己经全部落户中国,其产品的市场占有率己经达到45%左右。外资企业凭借其技术和品牌优势占据高端市场,37.98%的产品销售收入实现了51.49%的利润。为了打破这种垄断格局,开发高性能涂料产品势在必行。生漆是天然高分子材料,绿色环保产品,其化学结构独特,综合防腐性能优异,利用我国得天独厚的生漆资源和性能优势,根据生漆中漆酚的反应性,通过一系列的化学合成反应研制出的漆酚重防腐功能涂料,顺应了涂料产品的发展需求,也为生漆产品逐步向工业重防腐领域渗透和推进,提供了一条行之有效的途径,这是最具中国特色的超长效、重防腐、生态型功能涂料,期望通过合成生漆重防腐功能涂料,占领重防腐市场制高点,替代进口或外资产品,打出民族品牌的威风,进而杀进国际市场。
1原料选择及合成工艺、配方设计1-1原料选择漆酚是生漆的主要成膜物质,故以符合国标,漆酚含量不小于50%,且不含油质的原漆作为原料,其他原料如缩聚剂、、催化剂、金属螯合剂、交联剂、溶剂等均为化学纯。
1-2提取漆酚方法一:把一定比例的生漆和萃取剂投入反应器中,升温、搅拌、回流脱水、待水分脱净后,经离心、沉淀得漆酚萃取液。
方法二:把一定比例的生漆和溶剂混合搅拌均匀后,用高速离心机离心过滤得漆酚上清液,备用。
1-3合成漆酚预聚体以一定的配比将漆酚萃取液与缩聚剂、催化剂等加入反应器中,升温搅拌至回流温度,保温一定时间,再升温、减压脱水,待体系中水分脱净后,继续加热,至体系温度恒定,保温反应至规定粘度时,停止反应,冷却至室温备用。
1.4漆酚功能高分子材料的合成以一定配比将漆酚高聚物中间体与环氧化物、溶剂等加入到反应器中升温搅拌,在100°c以上进行共聚反应,保温反应一定时间后,加入有机金属螯合剂继续进行螯合交联,待体系反应至规定粘度,停止反应,冷却至室温备用。
1-5漆酚重防腐功能涂料的制备以一定比例的漆酚功能高分子、导电因子、填料、颜料、分散剂等加入到球磨机中研磨至一定细度、过滤、检验、包装即为产品。
利于多羟甲基化合物的生成,当漆酚被缩聚剂结合之后,通过改变反应条件,可使聚合反应进行到所需的反应程度;然后再改变反应条件,使反应在适当的中间阶段停止,用于下一步制备工艺。在这里,技术关键是反应程度的控制,如果投料配比、反应条件控制不当,若缩聚剂过量,则很容易反应过度,容易引起漆酚预聚体在反应器中凝胶、凝聚,严重影响其贮存稳定性;而反应不足,则漆酚预聚体进入下一步合成反应,很难达到预期目的。
漆酚预聚体合成的配方设计原理主要依据体系内各组分的反应性来确定。通过设计不同底物浓度对照组,设定不同的反应条件,分别投入反应器进行缩聚反应,待反应进行到一定程度,取样准确测定各反应阶段的各项相关数据。在该阶段,反应程度的主要控制因子是测定反应生成物的粘度,粘度指示了漆酚预聚体的状态,通过对测定的各项参数进行优化筛选,可以得出最佳配方和工艺条件。
漆酚预聚体的合成消除了漆酚对人体的致敏反应,降低了生漆的粘度,使得生漆产品的施工性能得到明显改善,可喷、可涂、可刷,同时还解决了生漆干燥受环境因子制约的缺陷。
2漆酚多聚体合成的配方设计和过程控制酚侧链双键、末端羟甲基和酚羟甲基,具有活泼的化学反应性:漆酚苯核上的酚羟基与环氧基反应形成交联大分子;漆酚预聚体中的羟甲基与环氧化物开环后形成的环氧羟基反应形成交联大分子;漆酚侧链双键的氧化聚合反应。
漆酚预聚体与环氧化物进行聚合反应生成漆酚多聚体的配方设计和终点控制过程类似于漆酚预聚体的合成过程,反应式如~2所示。在漆酚预聚体中引入环氧化物的目的,主要是为了改善漆酚高聚体的耐碱性能、与金属的附着力。漆酚预聚体与环氧基反应生成醚键,这种聚合物,兼有环氧基的反应性及酚类主链的耐热性。漆酚多聚体中的醚健和羟甲基都是强极性基团,这些基团可以使漆酚多聚体分子与基材表面,特别是金属表面之间产生很强的粘接力;漆酚多聚体中含有的苯环结构又使涂膜耐热,表面硬度大;漆酚苯核上的长侧链又使漆酚多聚体具有很好的韧性。漆酚预聚体与环氧化物的结构相似,相容性好,合成的产品含有醚键和苯环结构,分子结构紧密,使得漆酚多聚体集生漆的耐热性,防腐功能、酚醛树脂具有的耐水、耐溶剂、耐酸性和环氧树脂的耐碱性于一体的很强的抗水性、耐油和化学介质性。
氧基、酚羟基等基团,与有机金属螯合物进行配位反应,合成漆酚高聚体,进一步了强漆酚功能高分子材料的性能。
23漆酚重防腐功能涂料配方设计23.1漆酚重防腐功能涂料导电粒子的掺入由于漆酚高聚合体结构中不存在提供导电载流子的因素,故其本身并无导电性,它的导电过程需要靠掺合导电微粒来实现,在漆酚高聚体中掺入导电填料,配成的导静电涂料,其电导率随导电粒子浓度的大而加,导电粒子在漆酚重防腐功能涂料中主要起三种作用:着色、吸收紫外线和导电。
项目指标在容器中的状态搅拌后无硬块、呈均匀状态粘度(涂4粘度计细度,Lm施工性喷涂两道无障碍干燥时间表干,h无印痕干(1000g),h遮盖力,g/m2漆膜外观红棕色、平整光滑附着力,级耐冲击性,kgcm柔韧性,mm不挥发物含量耐盐雾不脱落、不起泡、不生锈耐湿热漆膜无异常耐酸性漆膜无异常耐海水性漆膜无异常耐油性(浸于煤油、汽油、变压器油中)漆膜无异常耐植物油性(食用油)漆膜无异常耐有机溶剂性(二甲苯、苯、乙酸乙酷)漆膜无异常耐松节油性漆膜无异常耐温变性(经受-20*C与120*C冷热交替10个循环)漆膜无异常耐热性(200*2*C铝片)漆膜无异常漆膜电阻率体电阻率8cm面电阻率8从表中我们可以看出:1、力学性能本产品具有刚性特性,附着力强,耐冲击强度高。
2、耐化学品性能漆酚重防腐功能涂料具有优异的耐腐蚀性能,漆膜耐酸碱、耐油、耐盐、耐多种有机溶剂,漆膜在海水和各种盐水中长期浸泡无任何变化。
3、热氧化稳定性漆酚重防腐功能涂料产品漆膜干燥后可以在150温度条件下长期使用;漆膜耐湿热试验进行120多小时,均属一级。热态下漆酚重防腐功能涂料耐腐蚀性能如表3~ 2所示。
表3~ 2热态下漆酚重防腐功能涂料性能腐蚀介质浓度温度试验时间(h)测试结果腐蚀介质温度试验时间(h)测试结果氢氧化钠沸腾漆膜无异常真空泵油漆膜无异常硫酸沸腾漆膜无异常柴油漆膜无异常盐酸沸腾漆膜无异常煤油漆膜无异常磷酸沸腾漆膜无异常汽油漆膜无异常氯化钠饱和沸腾漆膜无异常机油漆膜无异常氯化铵饱和沸腾漆膜无异常二甲苯漆膜无异常海水沸腾漆膜无异常碳酸钠沸腾漆膜无异常4、电学性能漆酚重防腐功能涂料其漆膜电阻率分别为:31048和4x1058属半导体范围,有导静电能力。
5、导热性能漆酚重防腐功能涂料耐温变性能好,能经受-20°C与120°C冷热反复交替循环试验,漆膜无异常,在传热设备中使用漆酚重防腐功能涂料涂覆也不会加设备热阻,涂膜不会开裂,不会影响防腐蚀效果。
6、干燥性能可以自然干燥,不需提供烘干设备和特定的温湿条件。
7、施工性能能在钢、铝、铜、水泥、木材等多种基材上涂覆,具有良好的附着力;能与玻璃布配套使用;施工方便,可喷、可涂、可刷。
4结论目前在重防腐涂料产品市场,主要使用的产品有环氧氨基类产品,其次是聚氨脂类产品,环氨基类产品,低温固化性差,常需在120°C固化,并需多道涂装,使用很不方便,在大型装置上无法使用,而且在热介质气体下,损坏严重;聚氨脂类产品,因含有相当高的游离异氰酸酯,吸入人体有碍健康,同时遇水或潮气会胶凝,施工操作不慎还容易引起层间剥离,起小泡等弊病,此外,在合成单体和涂料的过程中还使用了大量的有机溶剂,使其成为环境的重要污染之一。漆酚重防腐功能涂料产品是以漆树的次生代谢物为主要原料,经漆酚和缩聚剂缩聚后,再与环氧化物、金属螯合剂等进行聚合反应,合成漆酚功能高聚体,然后掺入导电微粒及其他辅料研制而成的低能耗、高性能的生态环保型涂料,无毒、无环境污染,可在室温固化,不需能量,涂装次数少,间隔时间短,大大提高了工效,且涂膜干燥后可在150°C温度下长期使用,防腐性能优异。该产品-既保持了生漆原有的优异性能,同时克服了生漆漆膜电阻率高、耐碱性差、施工不便,对人体有过敏反应的缺点,产品竞争优势明显,具有实用价值。