硅烷偶聯劑KH-560在環氧防腐涂料中的應用

　　硅烷偶聯劑KH-560 對環氧防腐涂料進行改性 , 制得了具有優異防腐功能的新型環氧涂料。研究了KH-560偶聯劑對環氧防腐涂料附著力和耐鹽霧腐蝕性能的影響 , 確定了 KH-560偶聯劑的最佳用量。 結果表明當顏填料和有機溶劑經脫水處理 , KH-560 偶聯劑的用量為 1% 時 , 可較大幅度地提高環氧涂料的附著力和耐鹽霧腐蝕性能 , 此時環氧涂料的拉開法附著力為 16 . 3MPa, 耐鹽霧腐蝕達 720 h 。 

　　硅烷偶聯劑是一種能改善聚合物對無機底材附著力的化合物。其一端含有易于水解的基團 ( 甲氧基和乙酰基等 ) , 可與金屬基體表面的羥基或水反應 , 另一端含有可與樹脂發生反應的有機官能團 ( 環氧基或氨基等 ) 。所以有機硅烷偶聯劑具有雙重反應性 , 既能與聚合物反應 , 又能與無機物反應 , 并橫跨界面形成牢固的共價鍵 , 使材料的附著力和耐久性得到改善  

　　環氧防腐涂料是一類耐腐蝕性能優異的防護涂料 , 已廣泛應用到工業防腐的各個領域。對金屬基體的附著力和耐鹽霧腐蝕性是評價環氧防腐涂料性能優劣的兩個重要技術指標 , 如何進一步改善和提高環氧防腐涂料對金屬基體的附著力和耐鹽霧腐蝕性 , 減少因金屬腐蝕給國民經濟帶來的巨大損失 , 已成為工業防腐領域的一項重要研究課題。本文通過選用KH-560 硅烷偶聯劑對環氧防腐涂料進行改性應用研究 , 制得了具有優良附著力和耐鹽霧腐蝕性能的新型環氧涂料。 

主要原材料 

　　硅烷偶聯劑KH-560，含量98% ,分散劑 ; 工業級 , 德國畢克公司 ; 磷酸鋅 : 工業級 , 保定龍源公司 ; 三聚磷酸鋁 : 工業級 , 廣西化工研究院 ; 防沉劑 : 化學純 , 臺灣德謙公司 ; 混合溶劑 : 工業級 , 自配 ; 胺固化劑 : 工業級 , 美國殼牌公司，環氧樹脂 : 工業級 , 岳陽巴林石化公司 。

　　顏填料的脫水處理 : 將配方量的顏填料放在干燥器皿中 , 在 100 ℃ 的烘箱內烘焙 2 h 后 , 密封待用。 

　　有機溶劑的脫水處理 : 在裝有自配混合溶劑的三口燒瓶中加入一定量的無水 CaCl 2 , 分散 20 min 后靜置 2 h, 再將溶劑過濾 , 密封待用。 

環氧防腐涂料的配制 

　　按配方量稱取環氧樹脂、硅烷偶聯劑、分散劑和混合溶劑 , 分散均勻 , 加入顏填料 , 高速分散 30 min 后研磨至細度≤ 30 μ m 。在制成的漆料中加入其他剩余助劑和適量的混合溶劑 , 調整黏度 100 ～ 120 s( 涂 4 # 杯 ) , 過濾出料。所制得的漆料組分與固化劑組分按 6 ∶ 1 的比例 ( 質量比 ) 配制成環氧防腐底漆。 

性能測試 

　　將按 GB /T1727 — 1992 的要求涂料噴涂于試板上 , 按 GB /T 5210 — 1985 涂層附著力的測試法 ( 拉開法 ) 測試附著力 , 按 GB /T 1771 — 1991 測試耐鹽霧性能 ( 板面要求劃叉 ) 。 

結果與討論 

硅烷偶聯劑對涂膜附著力的影響 

　　硅烷偶聯劑能夠顯著提高涂膜的內聚力以及對金屬基體的附著力。有機硅偶聯劑的通式為 X 3 Si (CH 2 ) n Y, X 基團是易水解的基團 , 可與金屬基體表面的羥基或水反應 ; Y 基團是選擇與樹脂發生反應的有機官能團 [ 2 ] 。對于 WD - 60 偶聯劑 , Y 基團為環氧基官能團。干凈的鋼板基體表面不是鐵 , 而是水合氧化鐵 , 反應性硅烷偶聯劑的 X 基團和金屬基體表面的羥基 ( 或表面的水層 ) 形成氫鍵 , 然后縮聚而成氧丙環鍵 , 這樣在濕態條件下 , 有機材料對無機底材具有很高的粘接強度。 

硅烷偶聯劑與金屬基體的相互作用

　　當選用硅烷偶聯劑KH-560 時 , 其用量對環氧防腐涂料與基材的拉開法附著力影響, 隨著KH-560偶聯劑用量的增加 , 涂膜與基材的附著力逐漸增大。用量為 1 . 0% 時附著力達到最大值 , 然后趨于穩定。此時涂膜的附著力由 12 .2 MPa 提高到 16 . 3MPa 。這是由于KH-560 偶聯劑除了與金屬基體表面化學成鍵外 , 它的環氧官能團還與胺類固化劑發生了有限的共聚反應 , 與環氧樹脂固化體系形成互穿聚合物網絡結構 , 極大地提高了漆膜的內聚力。當KH-560 偶聯劑用量增加時 , 界面的 IPN 結構也在增加 , 漆膜的內聚力隨之升高 , 而達到一定量 (1 .0% ) 后 , 由于無機金屬基體表面的羥基數量有限 , KH-560 偶聯劑與金屬基體形成的氫鍵和氧丙環鍵達到一個最大值 , 使得拉開強度也達到最大值后趨于穩定。 

硅烷偶聯劑對涂膜耐鹽霧腐蝕性能的影響 

　　在硅烷偶聯劑KH-560的加入量為 1 . 0% 的條件下 , 考察環氧防腐涂料添加偶聯劑前后的耐鹽霧腐蝕性能。 

　　噴有環氧防腐涂料的冷軋鋼板經過 600 h 的中性鹽霧試驗后 ,未添加KH-560 偶聯劑的配方劃叉處銹蝕嚴重 ( 銹蝕寬度 > 2 mm , 不合格 ) , 而添加KH-560偶聯劑的配方劃叉處僅輕微銹蝕 ( 銹蝕寬度約為 1 mm ) 。其主要原因有兩個方面 : 首先是進行鹽霧試驗時 , 漆膜在一定溫度下浸水后由于吸水起增塑作用 , 涂層產生松弛現象 , 添加KH-560 偶聯劑后 , 漆膜與底材的附著力提高 , 涂層浸水后其附著點并不因涂層松弛而移動 , 仍固定于原附著點 , 即濕附著力良好。另一方面 , 由于KH-560 偶聯劑上的環氧基團和胺類固化劑發生交聯反應 , 使環氧涂層體系中產生 IPN 結構 , 進一步提高了涂層的致密度 , 大大降低了水、氧和無機離子的透過速率 , 有效地減緩了腐蝕因子對底材的腐蝕。所以添加KH-560 偶聯劑后 , 環氧防腐涂料的耐鹽霧腐蝕性能得到了較大提高。 

涂料含水量對涂料性能的影響 

　　硅烷偶聯劑具有較高的潮氣敏感性 , 易水解生成硅醇 ( Si ——OH) , 并自縮合形成硅氧烷低聚物 , 導致硅烷偶聯劑的活性喪失。所以在應用于溶劑型防護涂料時 , 色漆組分必須是干燥的 , 對溶劑的選擇也要小心 , 不能含水。

　　一般工業級有機溶劑均含有微量水分 , 無機顏填料也會因為受潮含有一定量水分 ,本研究通過對所用原材料進行脫水處理 , 研究了涂料中水分對涂料性能的影響 , 結果如表 1 所示。 

涂料水分含量對涂料性能的影響 

　　當原材料經脫水處理 , 添加硅烷偶聯劑KH-560 后 , 環氧防腐涂料具有最佳的附著力和耐鹽霧腐蝕性能。試驗驗證了涂料中水分的存在可導致硅烷偶聯劑的活性喪失。當原材料未經脫水處理時 , 在環氧防腐涂料中添加KH-560 偶聯劑后 , 其耐鹽霧腐蝕性能還略有下降 , 可能是KH-560 偶聯劑水解自縮合形成的硅氧烷低聚物殘留在涂膜中起著塑性作用 , 降低了涂膜的交聯密度 , 在鹽霧試驗條件下 , 塑性的硅氧烷低聚物便形成腐蝕點 , 導致涂膜耐鹽霧腐蝕性能下降。 

結　語 

　　硅烷偶聯劑KH-560 能夠顯著提高環氧防腐涂料的對基材的附著力和耐鹽霧腐蝕性能。當原材料經脫水處理 , 硅烷偶聯劑KH-560 的用量為 1 . 0% 時 , 涂膜對基材的拉開法附著力為 16 . 3MPa, 耐鹽霧腐蝕時間達 720 h 。