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水性硅酸盐无机富锌防腐涂料的制备及性能研究

时圣闯  
【摘要】:水性无机富锌防腐涂料具有优异的耐腐蚀性、优良的附着力、良好的耐溶剂性、耐候性、高硬度和较强的自我修复能力等特点,在海洋防腐如海洋平台、钢桩码头、海底管线、海底隧道等海上钢结构以及工业领域得到了广泛的应用。鳞片状锌粉凭借自身较强的漂浮能力、遮盖能力和屏蔽作用等优势受到人们的关注,但鳞片状锌粉被用在水性无机富锌涂料中存在分散性差、易发生沉降、团聚和机械性能差、贮存稳定性不好等问题,从而影响了涂层的耐腐蚀性能和机械性能,且鳞片状锌粉的生产成本较高,这在一定程度上限制了鳞片状锌粉在水性无机富锌涂料中的应用。因此研究能够克服鳞片状锌粉易发生沉降、团聚等问题的水性富锌防腐涂料配方是目前急需解决的问题。针对上述问题,本文分别研究了向基料中加入硅丙乳液后对硅酸钾溶液的影响,向鳞片状锌粉中添加易分散、成本低的球状锌粉对涂料和涂层的影响,以及对鳞片状锌粉使用改性剂的种类及用量对涂层的影响,得到了两种耐腐蚀性能优异的水性无机富锌防腐涂料的配方,为今后海洋防腐工程提供技术和理论上的指导。本课题以水、氢氧化钾和硅溶胶为主要材料,硅丙乳液为改性剂制备了一种高模数的改性硅酸钾基料,通过与锌粉混合制备改性高模数硅酸钾水性无机富锌涂料。探讨了硅酸钾溶液的模数、合成硅酸钾溶液的反应温度、反应时间以及硅丙乳液的添加量对高模数硅酸钾溶液贮存稳定性和涂料的性能的影响,利用正交实验的方法,通过测试涂层的腐蚀率确定了最佳的制备条件:硅酸钾的模数为5.5、反应温度为50℃、25%的硅丙乳液。红外测试结果表明,改性后的硅酸钾基料中有机基团已连接在了硅酸盐的骨架上。向片状锌粉中添加一定比例的球状锌粉,制备得到的涂层的耐腐蚀性能和机械性能更加优异。涂层试样在3.5%NaCl溶液中浸泡288h后,添加10%球状锌粉的涂层的自腐蚀电位-0.99V高于未添加球状锌粉涂层的-1.07V。试样在pH=4的HCl溶液中浸泡72h后,添加10%球状锌粉涂层的平均失重率为1.262%比未添加球状锌粉涂层的平均失重率1.332%降低了 0.07%。得到了片状锌粉和球状锌粉的最佳配比是4:1。采用硅烷偶联剂KH560和六偏磷酸钠两种改性剂对片状锌粉进行改性,通过测试改性后锌粉的活化度和沉降体积以及涂层的机械性能和耐腐蚀性能,确定了最佳改性剂为硅烷偶联剂KH560,且在添加8%的硅烷偶联剂KH560时片状锌粉的活化度达到最大值48.74%,沉降体积降到最小值0.55ml·g-1,此时改性涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡288h后的自腐蚀电位-0.95V高于未改性涂层的-1.07V,改性涂层在pH=4的HCl溶液中浸泡72h后的平均失重率1.288%比未改性涂层的1.332%降低了 0.044%。最后通过电子扫描显微镜和能谱测试分析,表明添加球状锌粉和使用改性剂后,涂层中的间隙减小,能谱测试表明涂层中的Fe元素含量降低,从而增强了涂层的耐腐蚀性。


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