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环氧-聚氨酯导静电防腐蚀油罐漆的试验研究,选用中等相对分子质量的双酚A 型环氧树脂和聚氨酯固化剂配制成了导静电防腐蚀油罐漆
2019年11月13日    阅读量:1769     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

1 引言

以环氧-聚氨酯作为导静电油罐漆的成膜物质,兼有两种树脂的特点,尤其是干燥和防腐性能,比多元胺固化环氧导静电油罐漆有更多的优越性。本文对聚氨酯的选择及仲羟基和异氰酸基之比进行了一系列的试验研究,发现聚氨酯的类型及与羟基的比例,对油罐漆的防腐性和导电性产生很大影响。


2 环氧与聚氨酯的反应及NCO 和OH 的比例

环氧与聚氨酯的反应式如下:

环氧-聚氨酯导静电防腐蚀油罐漆的试验研究,选用中等相对分子质量的双酚A 型环氧树脂和聚氨酯固化剂配制成了导静电防腐蚀油罐漆 中国建材网,cnprofit.com

因为我国涂料行业沿用的习惯是聚酯树脂的羟基指标大多数以羟基含量(%)来表示,而环氧树脂的羟基指标沿用Shell 公司的习惯是指100 g 树脂中含羟基的物质的量中国建材网cnprofit.com。当环氧树脂和聚氨酯作为双组分涂料时,环氧为羟基组分,其羟基含量需经换算,才能运用通常聚氨酯作双组分涂料的一些公式。E20 环氧树脂中含羟基0.32 (eq)、E12 含羟基0.34、E06 含羟基0.36、E03 含羟基0.40,具体换算方法如下:E20 环氧树脂羟基含量:C=(0.32×17) /100=5.44%按此推算,中高相对分子质量的环氧树脂E12 含羟基5.78%,E06 含羟基6.12%,E03 含羟基6.8%。

若NCO ∶ OH=1 ∶ 1,即:甲/乙质量比=1 胺当量(g)/1 羟基当量(g)=B/D,B 为胺当量数,4200/A;D 为羟基当量数,1700/C,可以导出公式:

甲/乙=2.47×C/A ⑴

式中:A 为NCO 的质量分数,%;C 为OH 的质量分数,%。NCO ∶ OH=1 ∶ 1 时,两者反应的比例系数f=1。当环氧树脂和聚氨酯作双组分涂料时,例如作防腐漆,固化剂是多异氰酸酯,多元醇的加成物为含仲羟基的环氧树脂,NCO ∶OH 可选择(0.7 ~ 1.0)∶ 1.0。


2.1 NCO 和OH 比例对油罐漆导电性的影响

试验用原材料名称及用量见表1。

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当用中等相对分子质量的环氧树脂和聚氨酯作导电油罐漆时,在上述配方不变的前提下,通过调整NCO 和OH 的比例系数f,确定PU 对导电油罐漆性能的影响。通过试验证明TDI 的三聚体或加成物作固化剂,当f ≥1 时,漆膜不导电;在f = 0.5 ~ 0.7 时,能获得环氧-聚氨酯油罐漆的最佳导电性。具体试验步骤是选用TDI 的三聚体或加成物作固化剂(如三木750),即A=8.5%。

2.47×(5.44/8.5)=1.58

即1 kg E20 环氧树脂需1.58 kg TDI 的加成物(NCO=8.5%),若在乙组分配方中E20 的质量分数为18%,100 份乙组分所用固化剂是:

(18×1.58) /100=28.44

即环氧组分100 kg 用聚氨酯固化剂28.44 kg,约为3 ∶ 1。

按上述配方,在环氧组分的导电材料质量分数不变的情况下,调整NCO 和OH 比例,试验结果见表2。

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随着f 的减少,导电性能变好,在漆与固化剂比例为8 ∶ 1 时(f=0.42)漆膜的导电率最高。继续减少聚氨酯的加入量,导电率反而下降。再以HDI、MDI 作E20 环氧树脂的固化剂,情况相似。如用拜耳3390 (HDI 三聚体),NCO 含量为19.6%,即C=5.44,A=19.6。按公式⑴聚氨酯用量=2.47×(5.44/19.6)=0.686。

若在环氧组分中环氧树脂的质量百分比为19%,聚氨酯用量=19×0.686=13。此时f = 1,测其导电率是1.73×106 Ω,若f = 0.77,测其导电率是0.27×106 Ω。如用德坤的PU2021 (MDI ),NCO 含量为32%,即C=5.44,A=32。按公式⑴,聚氨酯用量=2.47×(5.44/32)=0.42。

在配方中环氧树脂的质量分数为19%,PU2021的用量为0.42×19=8,此时f = 1,甲乙组分比为100 ∶8,导电率为3.3×107 Ω;若甲乙组分比为100 ∶ 6,f =0.75,导电率为0.50×106 Ω。

试验证明:①NCO 和OH 比例减少,导电率随之提高;当NCO 和OH 比例减少到一定值,再减少聚氨酯的用量,导电率反而上升。② 3 种类型聚氨酯固化剂均可以用于环氧-聚氨酯导静电油罐漆的成膜物质,对导电率的影响在于选择合适的比例。


2.2 环氧聚氨酯导静电油罐漆的防腐性

按照GB 6950《石油罐导静电涂料指标》和其它相关文献,从耐盐雾、耐水性、耐50 ℃5%硫酸性及耐受性几个方面综合分析环氧-聚氨酯导静电油罐漆的防腐性,并和多元胺固化的环氧油罐漆对照(导电材料及用量相同),从中看出2 种类型导静电油罐漆防腐性的差异。各种导静电油罐漆的防腐性能见表3 ~ 5。

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表中E 为环氧树脂型号,A 为多元胺,T 代表TDI,H 代表HDI,M代表MDI,最后的数字为固化剂与漆的比例。如:E20H10 代表E20 环氧树脂,HDI 是固化剂,漆与固化剂的比例是10 ∶ 1。

在上述试验中,涂一道漆,漆膜较薄(50 μm 左右)的情况下,胺固化环氧导静电油罐漆耐盐雾性最差,较好的是E20T10 和E20M8。各种比例的环氧-聚氨酯油罐漆的耐盐雾性能都明显好于胺固化环氧油罐漆。耐水性较好的是E20A、E20T10 及E20M8。所以聚氨酯固化环氧导静电油罐漆,应选择低用量的TDI加成物或MDI 作E20 环氧树脂的固化剂。聚氨酯固化环氧导静电油罐漆耐受性都能通过,但漆膜表面最好的是E20M8。聚氨酯固化环氧导静电油罐漆耐酸性(5%硫酸,50 ℃)都已通过28 d, 还在继续观察。各种导静电油罐漆的常规技术指标,如冲击强度、柔韧性、附着力都很好,也没有明显差别,符合GB6950 指标。

 

3 成本问题

环氧-聚氨酯导静电油罐漆的导电性符合GB6950 指标,而防腐性能好于胺固化环氧导静电油罐漆,材料成本反而低于后者。因为环氧组分相同,所以成本差别在于固化剂,如用TDI 的加成物,其成本低于某些多元胺固化剂。

 

4 结语

⑴环氧-聚氨酯导静电油罐防腐漆,比胺固化环氧导静电油罐漆导电和防腐性能更好一些,对导电率的选择范围更大一些。因为以导电云母粉为主要导电材料的油罐漆,导电率和防腐性是对立的。在满足油罐漆导电性能的前提下,尽量减少导电材料的用量,以保证油罐漆的长效防腐性。环氧-聚氨酯导静电油罐防腐漆可在一定范围内调节,以取得更佳效果。

⑵TDI、HDI、MDI 都可以固化环氧油罐漆,综合性能以E20T10 及E20M8 最好,从成本考虑,E20T10 更合算。即用E20 环氧树脂TDI 作固化剂,可根据导电云母粉的用量选择合适的NCO 和OH 的比例系数f。⑶环氧-聚氨酯导静电油罐防腐漆的缺点是环氧组分和异氰酸组分都含有较多溶剂,会带来安全隐患。


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