阻燃耐磨防腐涂料的研究

　　制备了适用于煤矿设备的防腐涂料，给出了涂料性能指标，分析了阻燃机理、耐磨机理及耐腐蚀性能，实现了制备用原料的绿色化。该涂料具有耐磨、防腐、阻燃、绝缘等性能，具有广泛的用途。

　　1概述150亿元的财富因金属腐蚀而化为灰烬。煤矿设备大多处在阴暗、潮湿及有煤尘、岩尘等工作环境中，金属设备腐蚀尤为严重。为此，大家都在积极研究有效的防腐蚀涂料。而随着家用电器、仪器仪表、工艺品、食品等行业的发展，聚苯乙烯泡沫塑料作为一次性包装每年耗用量近百万吨，且无法回收，废弃后既浪费资源又污染环境，且易燃，大量存放对安全造成威胁，焚烧又污染大气。本研究是变废为宝，探讨了绿色防腐蚀技术研究开发的思路和方法，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的物质。利用废旧聚苯乙烯泡沫塑料改性后作为基料，加入塑剂、阻燃剂等材料，可做成透明的阻燃涂料。且成本低，对金属及非金属制品均适用，对现代家庭及公共场所的装修既起到保留原始木材纹路等美化要求，又达到阻燃的目的，涂于木质品上涂层可阻止或延缓火焰在物体表面燃烧。对于利用废旧聚苯乙烯泡沫塑料改性后制成涂料己有报道，但制成阻燃涂料还未见报道。该涂料性能优异，涂层致密，耐磨，既起到屏蔽作用、钝化缓蚀作用和电化学保护作用，又具有阻燃、抗静电、绝缘、抗紫外线辐射等特点。该涂料的研制成功不仅降低了成本而且还减少了环境污染，克服了一些油漆易燃的缺点，易于运输储存，符合环保和节能要求。应用于矿用设备的表面安全防护具有良好的效果。

　　2实验部分2.1药品与仪器三乙醇胺、二甲苯、氢氧化铝、氢氧化镁为化学纯；松香、松香水、轻质碳酸钙为工业级。成套有机合成标准磨口玻璃仪器、搅拌器（B- 90型），检测涂料性能的整套仪器。

　　2.2实验原料配比生产改性PS树脂的原料配比见表1（表中为质量分数）。

　　表1改性PS树脂的原料配比％原料名称比例松香三乙醇胺二甲苯松香水增塑剂A（自制）增塑剂B（自制）改性PS树脂阻燃涂料的配比见表2（表中为质量分数）。

　　3生产工艺过程2.3.1改性PS树脂生产工艺按原料配比要求生产工艺过程：将废旧聚苯乙烯（PS）泡沫塑料洗净晾干后略做粉碎，再将粉碎的松香及PS顺序溶解于二甲苯，得A组分。

　　表2改性PS树脂阻燃涂料的配比％原料名称比例改性PS树脂包覆红磷（含P20%）（自制）氢氧化铝氢氧化镁轻质碳酸钙将三乙醇胺和塑剂溶于松香水，得B组分。

　　即得改性PS树脂。

　　2.3.2改性PS树脂阻燃涂料生产工艺按原料配比要求生产工艺过程：边搅拌边将C组分加入PS树脂中。加完C后继续搅拌30m得D组分。

　　将D组分送入砂磨机中研磨至细度不大于40Lm，即得防腐阻燃涂料。

　　3结果与讨论3.1废旧聚苯乙烯（PS）泡塑料的改性聚苯乙烯是一种热塑性树脂，具有饱和的碳-碳惰性结构，并带有苯基，因此具有良好的化学稳定性能，耐酸、碱、盐、油等，是一种优良的防腐涂料基料，且光泽性好。无色、无臭、无味而有光泽，溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等，具有优良的电绝缘性。缺点是耐热性低，机械强度小，易老化发脆，柔韧性和附着力差，所以应先对其进行改性。选择二甲苯及松香水作溶剂，并用两种塑剂、松香及三乙醇胺作为复合改性剂改性后合成改性PS树脂。

　　3.2涂膜的防腐机理涂料合成中加入一定量的Mg（OH）2和Al（OH）3，涂膜的抗腐蚀机理在于镁和铝化合物的电化学保护层的屏蔽作用，这是非常稳定的抗腐蚀屏障，加上钢铁表面基体与涂膜中的MgAl化合物层的抗蚀性以及MgAl的阴极保护作用，这些因素综合起来，就有力地减慢了涂层的腐蚀速度，并保证了整个涂层的抗蚀能力不受紫外线照射的影响，长期暴晒不会起皮，涂层抗老化性好，具有优异的耐湿热、耐盐雾性能。同时，涂料固化后快速达到金属硬度，且与底层钢铁基体会合紧密，耐磨性好，受冲击变形可仍附着于钢铁面不脱落，涂层抗冲击性能优异。

　　3.3涂膜的阻燃机理涂料中加入了包覆红磷作阻燃剂，因为红磷受热易被氧化生成氧化磷，在高聚物燃烧时有水生成的环境中，又迅速转化为偏磷酸、磷酸和各种聚磷酸。生成的这种混磷酸，不仅覆盖在被燃物的表面，形成隔膜，产生稳定的液固相覆盖层，起着屏蔽环境（空气）的作用，而且由于混磷酸在较高温度下，对高聚物有强烈的脱水炭化作用，易在被燃物表面形成稳定的玻璃炭化层，更进一步强了被燃物的阻燃效果。聚偏磷酸是一种不挥发的稳定化合物，有很强的吸水性，能使聚合物表面碳化。由于碳化层的存在，对聚合物起封闭作用，以减少可燃性挥发成分的释放，同时还具有吸热作用，降低聚合物自身的温度。因此具有优良的阻燃效果。红磷阻燃剂也是一种有效火焰抑制剂，在高聚物中燃烧时有氧化磷生成可以与火焰区域中氢原子结合，起到抑制火焰的作用。

　　这种混磷酸与钢铁表面的铁锈成分：Ff23H2、FeOOHFeO比06（0只）2及FQ4xH2O生成螯合物复盖在金属表面，形成保护膜，又起到带锈除锈防腐作用。

　　3.4防腐耐磨性能喷涂在煤矿上应用范围很广。井下空气潮湿，且还含有S2、H2SN2等腐蚀性气体，钢铁腐蚀相当严重，该涂料可在空气湿度大的环境中施工，且干燥快，防腐效果好，一般矿用涂刷防腐漆的方法进行防护，防护效果不好，不到1a表面就起泡，呈片状脱落，1.5a左右整体锈蚀，采用该涂料喷涂可达到耐磨、防腐效果，防腐年限可达5以上。机械设备在运行过程中的磨损是一个重要的问题，如煤洗选设备的共性问题，处理煤、水两项介质腐蚀、磨损，省煤器的磨损等都较为严重。该涂料涂敷在部件表面形成一种防腐抗磨涂层，通过测试，涂层式样固化24h后，分别放入15%NaOH溶液、3%HCl溶液及煤油中48h测得涂层拉伸剪切强度分别为10. 6.72MPa及9.56MPa在TKen（环-块）实验机30N负荷、2.5m/s线速度条件下测得摩擦因数为0.15~ 0.20耐磨寿命为7~ 10km/Lm.金属基体与涂层基体结合力较强，冲蚀、磨损时不易发生黏接失效，相对耐磨性较好。测试过程中涂层要均匀，不能有气泡出现，保持涂层均匀平整。

　　4改性PS树脂阻燃涂料性能指标改性PS树脂阻燃涂料性能指标见表玉表3改性PS树脂阻燃涂料的性能指标检测项目检测结果检测标准外观无色黏性流体目测法旋转黏度计干燥时间（25C，相对湿度50%）表干实干附着力（划圈法）耐冲击强度摩擦因数耐磨寿命mLm-1阻燃性（氧指数）不起泡不脱落注：摩擦因数、耐磨寿命是在TiKen（环-块）实验机30N负荷、2.5m/s线速度条件下测得。

　　5结该涂料的研制是废旧PS泡沫塑料回收利用的有效途径，变废为宝，生产成本低廉，制备工艺简单，原料易得，施工方便，可采用浸涂、喷涂和刷涂的方法，对人无害、存贮稳定，运输安全，是一种值得推广的绿色涂料。

　　该涂料干燥快，理化性能好，应用范围广，可用于井下、建筑、船舶、桥梁等金属制品的防腐，且绝缘、阻燃、抗静电。对各种木料制品有较好的保护和装饰作用，不改变材料的本色，其防火性能达到国家防火标准，阻燃、装饰兼备。

　　耐酸、碱、盐溶液、耐水、耐油等腐蚀，具有优良的弹性、韧性和膨胀系数小、附着力强、坚硬、耐磨和与其它涂料匹配性好等优点。

　　该涂料用于煤洗选设备，具有较好的抗腐蚀和耐磨性能。用于省煤器设备，采用喷涂工艺，能够保证涂层表面均匀、光滑、致密，在运行中不会产生涂层脱落及省煤器积灰、堵灰现象，使省煤器部位烟气速度分布均匀，有效地防止了烟气走廊的产生，提高了省煤器的换热性能，从根本上防止了省煤器的局部磨损。利用喷涂的方法解决煤矿中的设备表面防腐，机械零部件的表面强化和易损失效。涂饰方法简单易行，在煤炭行业防腐中应用前景广阔。

(完)