隨著環保意識的增強及企業對綠化美化的要求， 一些鋼鐵企業對其廠區設備及鋼結構在進行防腐治理的同時，對防腐涂裝外觀美化非常重視。如果防腐涂層[TuCeng]具有良好的防腐特性且具有一定的自清潔[QingJie]功能， 即對帶有酸性、堿性的粉體顆粒和氣體凝聚體，具有很好的防腐蝕性能，使其不對涂層[TuCeng]有任何腐蝕作用；同時涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]又對已落的灰塵或其它污染物具有一定的降解功能，或由于某種物質的存在，使灰塵不能牢固地附著在涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]，用水較易沖洗或用濕布易擦， 可有效解決為了美觀反復涂刷所帶來的人力和物力巨大浪費問題。基于上述分析 ， 本文開展了防腐涂層[TuCeng]材料具有自清潔[QingJie]功能的研究。采用了具有良好耐酸、耐堿性能 ，且涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]光澤度高、光潔性好的基料，選取了具有一定光催化性能和超疏水[ShuShui]性物質，制備了涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]對污染物具有一定的排斥性和分解特性的自清潔[QingJie]防腐。 1 試驗部分 1.1 試驗材料 H C P E( 裕隆化工 ) ；環氧改性[GaiXing]丙烯酸樹脂 ( 三木化工 ) ；氟樹脂 ( 深圳一品蓮 ) ； N75( 拜耳 ) ； 3380( 旭化成 ) ； B S750( 三木化工 ) ；銳鈦型納米 TiO2 ( 進口 ) ；金紅石型 TiO2 ( 國產 ) ；偶聯劑改性[GaiXing] 1 200 目滑石粉 ( 國產 ) ；偶聯劑改性[GaiXing]無定型 SiO2 ( 國產 ) ； H T 高光疏水[ShuShui]助劑 ( 國產 ) 。 1.2 分析與測試 電子天平、 1 000 m L 砂磨機、 O C A20 視頻光學接觸[JieChu]角測量儀、粗糙[CuCao]度測定儀、耐污性能測試裝置 ( 參照 GB/T9780 測試 ) 。 2 配方結構分析 2.1 基料選取 基料的選取基于以下三方面：防腐性 ( 耐酸耐堿 ) 、光澤與光滑度、自清潔[QingJie]性 ( 以接觸[JieChu]角大小衡量 ) 。本文選取了 H C P E 、 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂、氟樹脂，其耐酸、堿性在 15%H2SO4 、 10%HCl 、 15%NaOH 點蝕測試中 288 h 涂膜均無變化 ， 長期點蝕 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂、氟樹脂較好；光澤與光滑度 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂較好；在不添加[TianJia]光催化劑和疏水[ShuShui]物的情況下， 三種基料 H C P E 、 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂、氟樹脂涂層[TuCeng]的接觸[JieChu]角分別為： 67 °、 81 °、 105 °，氟樹脂的疏水[ShuShui]性要好 ，考慮到基料的原材料成本問題 ，本文選 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂 ， 而 E10 改性[GaiXing]丙烯酸樹脂為雙組分 ， 固化劑分別采用 N75 、 3380 、 B S750 均為聚氨酯類固化劑 ，對接觸[JieChu]角的影響不大 ，而光澤度 N75 要好，本文采用 N75 作為體系的 B 組分。 2.2 偶聯劑改性[GaiXing]滑石粉用量、 H T 疏水[ShuShui]助劑用量對涂層[TuCeng]接觸[JieChu]角的影響 自荷葉效應 ( “ Lotus- effect ” ) 的自清潔[QingJie]效果被發現以來 ， 人們已經認識到荷葉表層生長著納米級的蠟晶， 使得荷葉表面[BiaoMian]具有超疏水[ShuShui]性 ( 其接觸[JieChu]角可達 150 ° ～ 160 ° )， 是產生自清潔[QingJie]的主要動因。因此涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的超疏水[ShuShui]性被認為其表面[BiaoMian]具備自清潔[QingJie]功能是否存在的關鍵。為此本文進行了改善涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]接觸[JieChu]角的試驗研究。 圖 1 為在中添加[TianJia]改性[GaiXing]滑石粉填料、 H T 疏水[ShuShui]助劑添加[TianJia]量對涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]接觸[JieChu]角 ( 疏水[ShuShui]性 ) 影響關系曲線。
由圖 1 可知， 單獨添加[TianJia]改性[GaiXing]填料、 H T 疏水[ShuShui]助劑對涂層[TuCeng]的接觸[JieChu]角均有提高， 而以 H T 疏水[ShuShui]助劑提高顯著。隨著改性[GaiXing]填料添加[TianJia]量的增加， 接觸[JieChu]角由 75 ° 增加至 92 °， 過量添加[TianJia]其接觸[JieChu]角的增量不大， 以 10% 添加[TianJia]量為好； H T 疏水[ShuShui]助劑以 1% 的添加[TianJia]量為好。將二者混合添加[TianJia]時 (1%H T 助劑 + 改性[GaiXing]滑石粉 )，其疏水[ShuShui]效果更加明顯， 總添加[TianJia]量大于 11% 時， 接觸[JieChu]角可達 105 °，涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]具有良好的疏水[ShuShui]性。 2.3 改性[GaiXing]氣相 SiO2 對涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、接觸[JieChu]角的影響 荷葉表面[BiaoMian]微觀結構研究發現 ， 荷葉表面[BiaoMian]乳突 ( 平均直徑 5 ～ 9 μ m) 上還存在納米結構 [(124.3 ± 3.2) n m]， 這種微米結構與納米結構相結合的階層結構是產生超疏水[ShuShui]和自清潔[QingJie]效應的根本原因 ， 合適的表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度對于構建疏水[ShuShui]性自清潔[QingJie]表面[BiaoMian]非常重要。本文在上述試驗的基礎上， 進行了添加[TianJia]無定型 SiO2 以改善涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度 ， 以便進一步改善涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性。 圖 2 偶聯劑改性[GaiXing]無定型 SiO2 添加[TianJia]量對涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、接觸[JieChu]角性關系
圖 2 為偶聯劑改性[GaiXing]無定型 SiO2 添加[TianJia]量對涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、疏水[ShuShui]性關系曲線。其中粗糙[CuCao]度為相對于涂層[TuCeng]表面[BiaoMian] 1 μ m 高度的比值。由圖 2 可知 ， 隨 SiO2 的添加[TianJia] ， 涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度有所改善 ， 同時涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性進一步提高 ， 當添加[TianJia]量大于 0.25% 時 ， 涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的接觸[JieChu]角可達 109 ° 。其表面[BiaoMian]接觸[JieChu]角測試如圖 3 所示。 We n ze 曾就液體相對于固體表面[BiaoMian]的接觸[JieChu]角與表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度作過定性描述， 即粗糙[CuCao]度定義為固體與液體接觸[JieChu]面之間的真實面積與幾何面積的比值。γ =cos θ γ /cos θ ( γ≥ 1 ；θ≠ 90 ° ) 其中：θ γ 為液體在粗糙[CuCao]表面[BiaoMian]上的接觸[JieChu]角 ； θ為液體在理想光滑面上的真實接觸[JieChu]角。
由此可知 ， θ > 9 0 ° 時 ， 粗糙[CuCao]度可使接觸[JieChu]角θ進一步增大 ， 即粗糙[CuCao]度可提高表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性；θ <90 ° 時 ， 粗糙[CuCao]度可使θ進一步變小 ， 即可使表面[BiaoMian]疏水[ShuShui]性降低。表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度可使表面[BiaoMian]疏水[ShuShui]性強者更強 ， 弱者更弱。因此合理的設計涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度非常關鍵 ， 本試驗中涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的接觸[JieChu]角均已大于 90 ° ， 在不影響表面[BiaoMian]光澤及平整度的條件下 ， 微米級的粗糙[CuCao]表面[BiaoMian]有利于改善涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性。 2.4 銳鈦型納米 TiO 2 對抗污性能的影響 在上述研究的基礎上 ， 嘗試了在光催化作用下， 涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]污染物可沖洗性的性能研究。圖 4 為在中添加[TianJia]具有光催化作用的銳鈦型納米 TiO2 對涂層[TuCeng]抗污染性能關系曲線。其中涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]的抗污染性測試標準及過程參照 GB/T9780 進行。
由圖4可知，添加[TianJia]納米 TiO2 對涂層[TuCeng]抗污染性有顯著改善， 表現為隨著納米 TiO2 量的增加，涂層[TuCeng]的沾污率顯著下降， 當添加[TianJia]量大于 0.25% 時， 涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]幾乎不污染。 2.5 高光自潔漆現場應用測試 本文在自清潔[QingJie]漆試驗研究的基礎上 ， 進行了首秦鋼鐵公司現場性能試驗， 圖 5 為小試產品現場涂刷 8 個月圖片 ， 該產品具有較好的自清潔[QingJie]功能， 其中在有部分污染物的表面[BiaoMian]非常容易沖洗、沖刷；圖 6 為 200 k g 現場涂裝的Φ 2 m 工業管道之一的涂裝 5 個月圖片 ， 表面[BiaoMian]仍光亮如新。
圖 5 自清潔[QingJie]漆現場圖片
圖 6 自清潔[QingJie]漆 200 kg 工業用現場圖片 3 技術性能參數及理化性能 ( 見表 1 、表 2) 表 1 技術性能參數
表 2 理化性能
4 結 論 以 E10 環氧改性[GaiXing]丙烯酸樹脂為基料、 N75 聚氨酯為固化劑 ， 可制備出耐酸、耐堿的高光防腐 ， 在添加[TianJia]納米 TiO 2 光催化劑、 HT 高光疏水[ShuShui]助劑、偶聯劑改性[GaiXing]非晶態 SiO2 等功能性材料的基礎上 ， 涂層[TuCeng]表面[BiaoMian]具有良好的疏水[ShuShui] ( 接觸[JieChu]角可達 109 ° )， 具有優良的疏水[ShuShui]特 性；試驗室及現場工業應用試驗表明 ，該涂層[TuCeng]具有良好的自清潔[QingJie]效果。 |
