如何制備高強(qiáng)度低氣味的耐腐蝕呋喃樹脂膠泥

呋喃樹脂膠泥主要用于化工、建筑、冶金等領(lǐng)域，具有密實(shí)、耐腐蝕、抗?jié)B性好的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有可以常溫施工、操作簡便、價(jià)格適中的特點(diǎn)。

現(xiàn)在市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的防腐用呋喃樹脂膠泥為糠醇糠醛型呋喃樹脂膠泥。在施工時(shí)，先將糠醇糠醛型呋喃樹脂與含固化劑的粉料混合，然后固化、養(yǎng)護(hù)一定時(shí) 間后得到防腐蝕產(chǎn)品。然而這些呋喃樹脂膠泥在施工過程中經(jīng)常產(chǎn)生刺激性氣味，產(chǎn)生的氣體危害環(huán)境、損害施工人員的健康。因此在現(xiàn)階段研制新的呋喃樹脂膠 泥，使其既具有施工低氣味的特點(diǎn)，又保持呋喃樹脂膠泥原有的良好力學(xué)及防腐性能，已成為相關(guān)業(yè)界的迫切需求。基于此，本文制備了高強(qiáng)度低氣味呋喃樹脂膠 泥，優(yōu)化了樹脂配方，考察了固化劑、樹脂和膠泥粉配比以及偶聯(lián)劑對(duì)呋喃樹脂膠泥性能的影響，評(píng)價(jià)了樹脂施工時(shí)的氣味，并測(cè)試了固化產(chǎn)品的力學(xué)性能、防腐蝕 性能及微觀結(jié)構(gòu)等，為實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。

1實(shí)驗(yàn)部分

1．1實(shí)驗(yàn)原料及儀器

呋喃樹脂，工業(yè)品，黃石匯波防腐技術(shù)有限公司提供，紅棕色液體，粘度：涂一4杯，25S(25℃)。呋喃膠泥粉，工業(yè)品，黃石匯波防腐技術(shù)有限公司 提供，白色粉末，4O目。磷酸苯胺(PB)、氨基磺酸、對(duì)氨基苯甲酸、氧硅烷，為分析純，由上海化學(xué)試劑公司采購。捕醛劑，工業(yè)品，黃石匯波防腐技術(shù)有限 公司提供。萬能試驗(yàn)機(jī)(深圳瑞格爾公司)、JEM一2100FSTEM／EDS場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)。

1．2呋喃樹脂膠泥制備

稱取計(jì)量的呋喃樹脂、固化劑、捕醛劑和呋喃膠泥粉置于燒杯中。然后將以上物料在室溫下攪拌、混合均勻，再在烘箱中恒溫固化。

1．3呋喃樹脂膠泥性能測(cè)試

將呋喃樹脂膠泥裝入涂有脫模劑的3Omm×30mm×30mm的試模中，刮去表面多余部分，用膩?zhàn)拥杜钠?，在手搖振動(dòng)器上按規(guī)定振實(shí)，隨后在烘箱內(nèi) 于25℃養(yǎng)護(hù)24h后拆模，在室溫下將試樣養(yǎng)護(hù)7d，然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定其抗壓強(qiáng)度；將配制好的呋喃樹脂膠泥分2次裝入已涂有脫模劑的斷面 20mm×5mm的8字模中振實(shí)，在烘箱中于25℃恒溫養(yǎng)護(hù)24h后拆模，再在室溫下將試樣養(yǎng)護(hù)7d，之后在萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定其抗拉強(qiáng)度。用于粘接強(qiáng)度測(cè) 試的樣品為瓷磚，瓷磚的尺寸為70mmx34mmX25mm。在粘接前，先將瓷磚干燥，去除灰塵和油污，然后將配制好的呋喃樹脂膠泥涂抹在瓷磚粘接面，膠 泥應(yīng)充分潤濕粘接面。然后將2塊瓷磚十字交叉擠壓、粘接，使膠泥厚度約為3mm，擠出的多余膠泥用刮刀刮出，在室溫下將試樣養(yǎng)護(hù)7d，再在萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè) 定其粘接強(qiáng)度。將固化后的樣品在室溫下浸泡入待測(cè)耐腐蝕介質(zhì)中，通過測(cè)定浸泡前后試塊的質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度，按表1評(píng)價(jià)其耐腐蝕性。掃描電鏡觀察膠泥斷面微觀 結(jié)構(gòu)，斷面噴金，加速電壓為10kV。
 

2結(jié)果與討論

2．1膠泥固化機(jī)理分析

呋喃樹脂的固化反應(yīng)十分復(fù)雜，但最重要的是在酸性催化劑作用下，呋喃環(huán)上處于5位的氫與羥甲基發(fā)生脫水放熱反應(yīng)。當(dāng)體系溫度升高時(shí)，呋喃環(huán)上的雙鍵 參與聚合反應(yīng)，使分子量不大的線型結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的糠醇糠醛型呋喃樹脂主要成分為糠醇和糠醛聚合的低聚物，在強(qiáng)酸性催化劑作用下發(fā)生交聯(lián)反 應(yīng)，糠醛也參與了部分固化反應(yīng)。但是還有相當(dāng)部分沒有參與交聯(lián)的糠醛由于溫度升高迅速揮發(fā)，產(chǎn)生刺激性氣味，同時(shí)固化產(chǎn)生的少量甲醛亦能產(chǎn)生一定的刺激 性。本實(shí)驗(yàn)加入了捕醛劑，能與醛反應(yīng)，同時(shí)參與交聯(lián)反應(yīng)，使得膠泥固化時(shí)釋放的揮發(fā)物很少，所以施工氣味相對(duì)較低。

2．2固化劑對(duì)膠泥性能的影響

呋喃樹脂必須與適量的固化劑配合使用才能使膠泥具有良好性能。不同固化劑對(duì)膠泥性能的影響如表2所示。從表2中可以看出，3種固化劑中，用磷酸苯胺 固化的呋哺樹脂的力學(xué)性能最好，抗壓強(qiáng)度達(dá)107．0MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)6．5MPa，粘接強(qiáng)度達(dá)5．8MPa，并且施工時(shí)氣味較低。
 

進(jìn)一步采用固化性能較好的磷酸苯胺為固化劑，固化劑含量對(duì)膠泥性能的影響如表3所示。從表3中可以看出，當(dāng)固化劑的含量為3．0％時(shí)，膠泥有較好的 施工性能，固化樣品力學(xué)性能較好，抗壓強(qiáng)度較高。若再增加固化劑的用量，膠泥的固化時(shí)間縮短，抗壓強(qiáng)度降低。但從膠泥的成本上看，增加固化劑用量會(huì)增加膠 泥的成本。

2．3樹脂和膠泥粉的配比對(duì)膠泥性能的影響

呋喃樹脂和膠泥粉的配比對(duì)膠泥的性能有很大的影響，對(duì)膠泥性能的影響如表4所示。選取磷酸苯胺為固化劑，按表4中的比例配制膠泥，測(cè)試固化膠泥的力 學(xué)性能。從表4中可以看出，當(dāng)樹脂和膠泥粉的質(zhì)量比為1：2．5時(shí)，固化樹脂膠泥的抗壓強(qiáng)度、抗強(qiáng)拉強(qiáng)度以及粘接強(qiáng)度都較高，施工性能也較好。

2．4偶聯(lián)劑對(duì)膠泥性能的影響

適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度不僅有利于提高材料的整體強(qiáng)度，更重要的是便于將基體所承受的載荷通過界面?zhèn)鬟f給增強(qiáng)基質(zhì)。若結(jié)合強(qiáng)度太低，界面很難傳遞載荷， 不能充分發(fā)揮填料的增強(qiáng)作用，影響復(fù)合材料的整體強(qiáng)度。界面結(jié)合強(qiáng)度主要取決于基體與填料表面結(jié)合的性質(zhì)以及填料表面狀態(tài)。選取磷酸苯胺為固化劑，按呋喃 樹脂．膠泥粉質(zhì)量為I：2.5配制膠泥，配制時(shí)在膠泥中加入不同量的氧硅烷偶聯(lián)劑。在室溫下，按一定的時(shí)間固化、養(yǎng)護(hù)后，測(cè)試固化膠泥的力學(xué)性能，偶聯(lián)劑 對(duì)膠泥性能的影響如表5所示，從表5中可以看出，在一定范圍內(nèi)，偶聯(lián)劑的加入可以增加膠泥的抗壓、抗拉和粘結(jié)強(qiáng)度，但是當(dāng)偶聯(lián)劑的量超過0.25%時(shí)，膠 泥的抗壓、抗拉和粘接強(qiáng)度反而下降，說明偶聯(lián)劑的加入量要適量，否則會(huì)降低膠泥的性能。較好的偶聯(lián)劑添加量為0.25%。

為了進(jìn)一步觀察偶聯(lián)劑加入對(duì)膠泥性能的影響，將固化后的膠泥折斷，取其內(nèi)表面進(jìn)行掃描電鏡觀察。膠泥試塊加入不同含量的氧硅烷偶聯(lián)劑的斷面掃描電鏡 圖如圖l所示。從圖1中可以看出，沒有添加氧硅烷偶聯(lián)劑前，膠泥斷面有較多的裂紋和孔洞，然而添加硅烷偶聯(lián)劑后膠泥斷面變得更加致密，裂紋和孔洞較少。這 說明氧硅烷偶聯(lián)劑的加入可以使呋喃樹脂與膠泥粉料結(jié)合更緊密，有利于增加固化膠泥的力學(xué)性能。

2.5膠泥耐腐蝕性能

呋喃樹脂特定的分子結(jié)構(gòu)使呋喃樹脂膠泥具有突出的耐腐蝕性能。為了觀察呋喃樹脂膠泥的耐腐蝕性能，根據(jù)要求將固化好的膠泥試塊放入相應(yīng)的腐蝕液中浸 泡一定時(shí)間后，將其取出，然后觀察試塊外觀、重量和抗壓強(qiáng)度的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膠泥試塊在不同的介質(zhì)中浸泡3個(gè)月后外觀基本上不變，重量和抗壓強(qiáng)度的變化 量也較小，為了考察腐蝕介質(zhì)溶液是否滲透入試樣內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，將其折斷，用掃描電鏡對(duì)其斷面作進(jìn)一步分析。膠泥試塊在60%硫酸中浸泡 前和浸泡3個(gè)月后的斷面掃描電鏡圖如圖2所示，從圖2中可以看出，膠泥試塊在浸泡前內(nèi)部樹脂和粉料結(jié)合致密，孔洞較少；然而在60%硫酸中浸泡3個(gè)月后， 膠泥斷面變得明顯粗糙，粉料間有明顯的孔洞，這主要是因?yàn)榱蛩峤橘|(zhì)對(duì)樹脂發(fā)生了浸蝕，使試塊部分脫落，然而這種腐蝕相對(duì)于整個(gè)試樣來說所占比例不大。實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)膠泥試塊對(duì)75%磷酸，40%氧氧化鈉，1O%硝酸，各種濃度的硫酸、鹽酸等介質(zhì)均有良好的耐腐蝕性。

2.6膠泥力學(xué)性能對(duì)比分析

呋喃樹脂膠泥在使用過程中需要達(dá)到一定的力學(xué)性能要求，才能滿足防腐行業(yè)的需求，將自制呋喃樹脂膠泥固化、養(yǎng)護(hù)后，測(cè)試其力學(xué)性能，并將其與糠醇糠醛型呋喃樹脂膠泥、糠醇樹脂膠泥、糠酮樹脂膠泥、德國同類膠泥產(chǎn)品進(jìn)行性能比較，幾種呋喃樹脂膠泥力學(xué)性能如表6所示。

從表6中可以看出，自制的呋喃膠泥的抗壓強(qiáng)度在93-107MPa之間，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)6.5MPa，粘接強(qiáng)度達(dá)5.2MPa;其他品種的膠泥抗壓強(qiáng)度只有60-70MPa，可見自制的呋喃樹脂膠泥力學(xué)性能明顯高于其他品種的膠泥。

3結(jié)論

制備了高強(qiáng)度低氣味呋喃樹脂膠泥。膠泥施工時(shí)氣味很低，符合環(huán)保需要?？疾炝斯袒瘎?、樹脂和膠泥粉的配比以及偶聯(lián)劑對(duì)膠泥性能的影響。較優(yōu)化的呋喃 樹脂膠泥組成為：以磷酸苯胺為固化劑，磷酸苯胺的含量為3．0％，樹脂和粉料的配比為1：2．5，添加0．25％的氧硅烷偶聯(lián)劑，固化后的呋喃樹脂膠泥力 學(xué)性能好，抗壓強(qiáng)度較高(最高可以達(dá)107MPa)，其性能超過了國內(nèi)外同類產(chǎn)品。固化后的呋喃樹脂膠泥具有良好的耐腐蝕性能。