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玻璃鱗片涂料與玻璃鱗片定性定量分析,闡述玻璃鱗片涂料的組成及防腐機理 探討玻璃鱗片涂料中玻璃鱗片的定性和定量分析方法
2019年11月15日    閱讀量:2914    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

玻璃鱗片涂料是以有機樹脂為主要成膜物質,以具有良好耐化學性的玻璃鱗片為主要防銹顏料制成的一種涂料。玻璃鱗片涂料作為一種重防腐涂料,具有耐腐蝕性好、耐磨損、施工簡便、易于修補等諸多優點,在化工、鋼結構建筑等領域應用廣泛,特別是在各種海洋工程設備、海上石油天然氣平臺、港灣碼頭及船舶防腐蝕工程上的應用更為廣泛。


玻璃鱗片最早是由美國歐文斯- 康寧(Owens-Coming)玻璃纖維公司在1953~1955 年研制并生產的中國建材網cnprofit.com。1956 年開始試用玻璃鱗片配制玻璃鱗片環氧涂料,用于重防腐蝕工程;1957 年用于混凝土基體設備的防腐蝕,同時開始了玻璃鱗片填充熱塑性管道襯里技術的研究。


同期,日本開始研究一種性能優于一般不飽和聚酯樹脂的環氧乙烯酯樹脂(VE)。1967 年,FUJI 樹脂公司采用日本板硝子公司獨創的玻璃鱗片,開發出玻璃鱗片VE 涂料,成功用于煙氣脫硫裝置,開始實用化并出口海外。20 世紀80 年代初,我國貴溪冶煉廠的煙氣脫硫裝置就是由該公司提供的玻璃鱗片VE 襯里。其后應用領域從最初的大型火電廠的脫硫設備拓展到石油化工、海洋領域,繼而延伸到交通、能源和工業水處理等行業。20 世紀80 年代初,在與日本對口技術交流中,我國開始引進并重視玻璃鱗片涂料,開展了相應的研發工作。


1 玻璃鱗片涂料的組成及防腐機理

玻璃鱗片涂料的組成主要包括玻璃鱗片為主的防銹顏料和具有優良性能的成膜樹脂。玻璃鱗片涂料常用的成膜樹脂包括氯化橡膠、環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和乙烯酯樹脂等。

其中玻璃鱗片環氧涂料的應用最為廣泛。環氧樹脂具有很強的黏合力,對于大部分底材的附著力良好;具有良好的物理力學性能及優異的耐化學品性。其與玻璃鱗片顏料配用,制成的玻璃鱗片環氧涂料很適宜作為目前常用的云鐵環氧中間漆的替代品,通過英國的橋梁涂裝的實踐經驗(如Forth Rail Bridge、TayRail 等),不采用富鋅底漆,而單純依靠玻璃鱗片環氧涂料的防腐蝕性,也獲得了預期的效果。


玻璃鱗片聚酯涂料具有良好的耐化學品性、耐陰極剝離性及高度耐磨性,在船舶涂裝,特別是甲板通道、直升機甲板、破冰船船殼等處應用廣泛。玻璃鱗片乙烯酯涂料,由于其杰出的耐化學品性和耐溶劑性,用于貯罐內壁時,其耐化學品性較聚酯類涂料更高,耐堿性堪稱超強。


玻璃鱗片的厚度一般為2~5 μm,一般溶劑型玻璃鱗片環氧涂料的干膜厚度達200~400 μm,且能保證涂層中有數十層至上百層的鱗片排列,涂層內形成復雜曲折的防滲透擴散路徑。


玻璃鱗片將涂層分割為許多微小空間,使涂層中的微裂紋、微氣泡被分割,且玻璃鱗片的收縮率是樹脂的幾分之一到幾十分之一,在涂料固化過程中,可以降低涂層的收縮應力,提高涂層的附著力,同時也抑制了涂層龜裂、剝落等缺陷,使得單道噴涂可以獲得更厚的涂層。


玻璃鱗片防腐涂料的防腐機理與鋁粉和云鐵在涂層中起到的作用類似,通過改變腐蝕介質(如空氣、水、酸堿等)的擴散滲透路線,使其難以滲透到基材來達到防腐蝕效果。


使用玻璃鱗片防銹顏料,由多層與基材近似平行排列的玻璃鱗片顏料構成的魚鱗效應,可將腐蝕介質的滲透距離延長數倍甚至數十倍。一般玻璃鱗片片徑縱橫越大,涂層的抗滲透性能越強,但是涂層的表觀相對差些。


一般采用片徑大小不一的玻璃鱗片混合使用,以期獲得較大片徑玻璃鱗片與底材呈平行排列,較小片徑的玻璃鱗片以不同角度穿插于空隙中的效果。作為面漆使用時,會使用較多片徑較小的玻璃鱗片顏料,以獲得較為平整的涂層。使用硅烷偶聯劑對玻璃鱗片顏料進行處理,可以提高其強度和與成膜樹脂的結合力。對于涂層而言,可以提高其耐磨性和抗滲透性。


2 我國玻璃鱗片涂料存在的主要問題

我國現有生產玻璃鱗片涂料的廠家不在少數,主要的大型生產商多為外資或合資企業。我國玻璃鱗片涂料存在的主要問題包括:第一,國產玻璃鱗片表面處理乏力。玻璃鱗片顏料已經實現國產化,但較進口產品而言,由于表面偶聯化處理技術和工藝的研究尚處于落后階段,盡管制成品成本較低,但是使用在涂料中,其施工性、抗滲性、防沉性、顏料排列定向性方面仍有一定的差距;第二,玻璃鱗片涂料缺乏相應的產品標準及測試方法。


盡管玻璃鱗片涂料進入我國市場已有相當的歷史,但缺乏相應的產品標準及測試方法,造成不少廠家以次充好,以其它價格低廉的防銹顏料代替玻璃鱗片,嚴重擾亂了市場秩序。


對于玻璃鱗片涂料而言,相關產品的物理化學性能,如附著力等,在一些行業標準,如JT 722—2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》中也有相關的規定。但關于玻璃鱗片顏料的定量分析,即使是在國際上,也缺乏放之四海皆準的方法。


3 玻璃鱗片的定性定量分析方法

玻璃鱗片分析主要包括:定性分析與定量分析。

3.1 定性分析

主要用于替代玻璃鱗片的顏料包括云母氧化鐵、滑石粉、石英砂等。這些顏料在未加入涂料時,很容易通過顏色、密度等加以區別,但是制成涂料成品后再進行定性分析,則不那么容易。由于玻璃鱗片、云母氧化鐵與滑石粉均具有片狀結構,因此不能通過測量顏料的扁率加以區分。一種通過從涂料中將顏料與樹脂分離,并通過顯微鏡觀察的方法,可以較為快速地對涂料中的玻璃鱗片進行定性分析。其原理是將顏料通過離心分離方式提取出來,制成相當薄的試樣,通過顯微鏡觀察顏料的形狀、顏色等,來確認是否含有玻璃鱗片。其實驗方法如下:


(1) 稱量約10 g 涂料主劑,置于50 mL 離心管中,加入約20 mL 混合溶劑(推薦使用廠家指定的溶劑),以細棒輕輕攪勻,黏附在棒上的固體以約10 mL 溶劑沖回離心管中,加入混合溶劑到離心管的4/5 處;

(2) 用塞子塞住離心管,防止溶劑揮發,在轉速2 000~10 000 r/min 下分離15~25 min。應在能分離的情況下,盡可能使用較低的轉速。

(3) 將離心分離后的上層清液倒出,將沉淀物重復洗滌4 次后,將第4 次洗滌所得的沉淀物,加入30 mL 溶劑攪勻后,待用。

(4) 在通風櫥里安裝抽濾設備,檢查氣密性。布氏漏斗中放置濾紙,往濾紙上加少量溶劑,開啟抽氣泵,使濾紙緊貼于漏斗底上。

(5) 打開抽氣泵,將第三步所得的混合液體倒入布氏漏斗,進行抽濾,待抽濾近干時,關閉抽氣泵,往固體上滴加少量溶劑,靜置片刻,再將其抽干。

(6) 將濾餅取出,置于表面皿上,在(105±2)℃的烘箱里干燥1 h。

(7) 用一條寬度略窄于載玻片的透明膠帶,輕輕地貼在濾餅上,略加壓力,使松散的顏料在膠帶上黏附薄薄一層。然后將膠帶貼在載玻片上。

(8) 將載玻片置于顯微鏡下,選擇適宜的放大倍率,旋轉調節器至物象清晰。觀察是否有無色透明的玻璃鱗片狀顏料。相對而言,云母氧化鐵呈黑紫色片狀,滑石粉呈白色片狀,石英砂及其它顏料呈粒狀。

該方法能較為簡易快速獲知涂料中是否含有玻璃鱗片。使用顯微鏡法觀察涂層切片,也能獲得涂層中玻璃鱗片的分布及排列情況的圖片,對于玻璃鱗片涂料的研發及應用均具有一定意義。


3.2 定量分析

分析涂料中的玻璃鱗片含量,其實是件非常困難的事情。一般檢測涂料中顏料含量的方法包括灰化法、化學分析法、元素分析法。玻璃鱗片顏料由于不同制造商的配方不盡相同,所以從元素分析角度,難以找到一個能反映出玻璃鱗片顏料含量的元素或成分進行化學分析或元素分析。


例如石英砂與玻璃鱗片都以二氧化硅為主要成分;玻璃鱗片與云母氧化鐵都含有鐵元素;玻璃鱗片和滑石粉(滑石粉的化學式為Mg3Si4O10(OH)2)中都含有硅元素,不能通過類似高氯酸脫水重量法等化學分析法或亞鐵還原硅鉬藍光度法等元素分析法等來進行區分。


通過顯微鏡視野面積分析法,可以粗略獲得涂料中玻璃鱗片顏料的比例。其方法是將定性分析中分離出的玻璃鱗片顏料隨機取3 個試樣,制備顯微鏡試片。


通過顯微鏡在一定的放大倍率下,拍攝照片后,用面積法計算比例,取平均數來折算出涂料中的玻璃鱗片含量。該方法由于取樣的隨機性,結果精度較低,只能精確到5%~10%,且對于小片徑的玻璃鱗片顏料,較難與其它顏料精確區分,因此使用并不廣泛,只有在日本的一些研究性分析中,使用這種方法。


4 結語

在我國,玻璃鱗片涂料在防腐蝕領域的應用前景廣闊。制定針對性的行業標準,建立玻璃鱗片顏料的檢驗方法,對于促進該涂料產品的健康有序發展具有重要意義。


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