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1·聚偏二氟乙烯(PVDF)
PVDF是含氟树脂中综合性能较好的一种通用树脂,被誉为含氟树脂中的“贵金属”。PVDF具耐热、耐腐蚀、耐候、抗氧化等特性,具有优异的物理化学性能,广泛应用于工业的防腐蚀工程中,特别是在一些腐蚀条件苛刻的场合,使用PVDF获得了良好的效果[1,2]。从物理性质来看,PVDF是线状结晶性聚合物,结晶度60%~80%,分子中含氟量59%,可在-50~150℃范围内使用,在80℃时的吸水性仅为0.03%,对氯气的透过率也是氟树脂中最小的[3]。
PVDF的熔点为170℃,分解温度是379℃,两者之间相差200℃左右,因而加工温度范围很宽,热稳定性好,适于热塑性材料的多种加工[4]。PVDF有粉末和悬浮液两种形式,在工业中可用作管道、管件、阀门、泵、塔器、反应器和各种容器等的衬里,也可以作为阀门、泵、仪表的防腐蚀隔膜,还在用以储槽、塔器、管道、等产品的涂装。另外,PVDF粉末涂料主要用于化工装置及设备等的涂装,特别是需要严格防腐蚀场合的涂装,性能显著。
2·碳钢热水箱的涂装选材
碳钢热水箱常用碳钢板模压焊接制成,碳钢在高温热轧等工序中会形成鳞片状氧化皮,该氧化皮的膨胀系数比钢材小,同时水箱需长期接触温变的热水环境,易受到水中溶解氧、氯分子等腐蚀环境介质的腐蚀而使钢板生锈、减薄,产生孔洞以及裂纹,局部穿孔漏水、最终导致水箱报废。经过长期的实践表明应用防腐蚀涂层是一种比较经济和效果显著的解决方法。
目前应用在碳钢热水箱的防腐蚀涂料有环氧树脂、聚乙烯、氟塑料等,这几种材料各有特色,都能在一定程度上完成对碳钢热水箱的保护,但从涂料的成本、经济性能以及在长期使用中的性能等方面都还有待进一步改进。
PVDF虽然有良好的耐久性与耐化学性能,但同时还有难溶于溶剂、加工过程中难熔解、颜填料难以分散等缺点,另外与碳钢之间结合力较弱。因此在作为碳钢热水箱涂料的应用中,需要对PVDF进行改性。经过大量的试验研究后发现丙烯酸树脂可以用来改善PVDF的使用性能与加工工艺,其中甲基丙烯酸甲酯与PVDF按照合适的比例混合后,两者能发生交联反应,构成具有空间网状涂层结构,能够起到良好的优势互补作用[3]。
3·PVDF涂料的制备及性能
本工作选用聚偏二氟乙烯(PVDF)与甲基丙烯酸甲酯配制出适合碳钢热水箱工况的涂料,并通过试验研究,改进涂料配方及工艺,使其涂层具有优异的耐水、耐热、耐温变等性能。
3.1 涂料制备
本次实验采用聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末涂料,丙烯酸树脂采用热塑性甲基丙烯酸甲酯,溶剂采用丙酮,潜溶剂采用邻苯二甲酸甲酯。主要材料规格如下:聚偏二氟乙烯(PVDF),FR921;钛白粉,金红石级;甲基丙烯酸甲酯,化学纯;碳酸钙,化学纯;邻苯二甲酸甲酯,化学纯;丙酮,化学纯;助剂,德谦试剂。
在烧杯内加入甲基丙烯酸甲酯与邻苯二甲酸甲酯组成的混合溶剂,将称量好的PVDF加入其中,然后加入丙酮,充分搅拌30 min,待PVDF完全溶解后加入助剂,然后将钛白粉加入溶液中,搅拌20min。搅匀后,用金属筛网过滤后即得涂料溶液。
3.2施工工艺
试片采用45#钢板,尺寸为120mm×50mm×1mm。将试片去油、去锈,也可进行喷砂或喷丸及磷化处理。将处理好的试片放入烘箱中烘干备用。根据涂料配方配制PVDF涂料,静置一段时间。取出烘干的试片,涂覆上配制好的PVDF涂料,涂覆方式可以用刷涂或喷涂。将制好的试片放入烘箱中烘干,烘干后取出再行喷涂,反复多次至所需要的厚度。一般喷2~3遍即可满足要求[5]。把涂覆好的试片放入高温烧结炉,逐步升温至210~230℃,烧结5~10min取出,冷却方式可以是自然冷却也可以是冷水淬火。制备好的试片放入恒温箱中待测。
3.3涂层性能测试
测试仪器为:QFH漆膜划格器,HG202电热恒温干燥箱,SX2箱式电阻炉(300℃以上),HH-S电热恒温水浴锅,普通温度计。按相关标准对涂层性能的测试结果如表1。
表1 改性PVDF涂层的性能测试结果
表1表明,PVDF涂料经甲基丙烯酸甲酯改性后,涂料的综合性能更加优异,与基材的结合力显著增强,这是因为PVDF与丙烯酸上的活性官能团发生交联反应,形成空间网状结构并缠绕氟树脂,形成紧密相连的涂层结构。由此改性后的聚偏二氟乙烯涂料硬度较高,与钢材的结合能力显著增强[6,7]。改性PVDF涂料的耐候性极好,其涂料试样在80℃的热水中浸泡60天,涂膜表面无起皱、无起泡、无脱落,表面性质无明显变化。
4·结语
PVDF涂料经甲基丙烯酸甲酯改性后,与碳钢基材之间的结合力增强,能够在80℃以下热水中长期使用,完成对碳钢热水箱的长期防护。PVDF涂料施工工艺简单,容易进行规模化施工。但需要烘烤成型。在进行进一步的现场试验研究通过后,可在碳钢热水箱的生产厂家中广泛采用。
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