安金亮,萬(wàn) 萌,湯 勝,霍曉俊
(河北工程大學(xué)a.土木工程學(xué)院,b.生命科學(xué)與食品工程學(xué)院,河北 邯鄲 056038)
眾所周知,金屬腐蝕是各行各業(yè)的普遍現(xiàn)象,不僅給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失,也威脅著各行各業(yè)人員的生命安全。目前,國(guó)內(nèi)外通過(guò)非金屬和金屬涂層[1]、化學(xué)介質(zhì)處理[2]、電化學(xué)保護(hù)[3]等技術(shù)對(duì)金屬進(jìn)行防護(hù)處理。Ma 等[4]通過(guò)界面聚合,制備了填充1,6-二烷基己烷和預(yù)聚物的氧化石墨烯改性雙壁聚脲微膠囊,將其填入環(huán)氧樹(shù)脂涂料制備了復(fù)合涂層。周攀虎等[5]研究了Al 涂層在污水儲(chǔ)罐不同位置的腐蝕行為。Deo等[6]用穩(wěn)定的堿性檸檬酸鹽鍍液在低碳鋼基體上電沉積獲得了富鎳單相Ni-Cu 合金鍍層,使得涂層具有良好的防護(hù)性能。Raman 等[7]研究發(fā)現(xiàn)銅表面涂覆石墨烯可將金屬的電化學(xué)抗降解能力提高1.5 個(gè)數(shù)量級(jí),降低金屬腐蝕。但后3 種保護(hù)技術(shù)會(huì)增加成本[8],目前防止金屬銹蝕的常用方法是在表面涂上非金屬防銹涂料。聚合物基涂層材料具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和優(yōu)異的防銹性能等,被廣泛應(yīng)用于防護(hù)材料[9]。但大量研究表明,聚合物基復(fù)合材料的耐高溫性能和抗固體顆粒沖蝕磨損性能相對(duì)較差[10-14],當(dāng)涂層長(zhǎng)期受到外界條件因素的影響,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)改變,從而產(chǎn)生微孔及裂縫,涂層的防護(hù)性能失效[15,16]。
自修復(fù)技術(shù)為修復(fù)涂層中的微裂紋提供了有效途徑[17,18]。聚合物由于其易于改性的能力,廣泛用于生產(chǎn)各種保護(hù)涂層,微膠囊便是其中的一種[19]。與眾多自修復(fù)技術(shù)相比,微膠囊自修復(fù)技術(shù)具有不易受外界影響、修復(fù)效率高等優(yōu)點(diǎn),有良好應(yīng)用前景[20]。微膠囊法埋植技術(shù)作為其中的一種,使用效率高且易于操作[21-23]。王貴容等[24]將月桂酸和脲醛樹(shù)脂采用兩步法制備微膠囊,所制備的涂層具備自修復(fù)的特性。Han等[25]研究發(fā)現(xiàn),以聚苯胺/環(huán)氧共聚物為芯材,脲醛樹(shù)脂為壁材的微膠囊,摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%時(shí),復(fù)合涂層具有良好的自修復(fù)和耐腐蝕性能。閆小星等[26]以脲醛樹(shù)脂為壁材,氟樹(shù)脂和水性涂料為芯材制備微膠囊,當(dāng)微膠囊的芯壁比為3 ∶4,涂層中微膠囊摻量為7%時(shí),復(fù)合涂層的耐老化性能最優(yōu)。脲醛樹(shù)脂(UF)耐水性、耐熱性、老化性較差,且存在甲醛釋放的危害,造成環(huán)境污染。微膠囊大多數(shù)使用修復(fù)劑或緩蝕劑,同時(shí)使用這兩者的微膠囊研究報(bào)道較少,且只針對(duì)單一涂料體系進(jìn)行研究。
基于上述問(wèn)題,本工作選用桐油作為修復(fù)劑,羊毛脂作為金屬緩蝕劑,兩者按質(zhì)量比為5 ∶1 混合作為芯材,通過(guò)原位聚合法制備自修復(fù)微膠囊;同時(shí)對(duì)微膠囊改性的4 種復(fù)合涂層進(jìn)行附著力和耐腐蝕性能測(cè)試。
選用桐油和羊毛脂(質(zhì)量比5 ∶1)作為芯材、三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)作為壁材,在水包油(O/W)溶液中發(fā)生縮合反應(yīng),將聚合物包覆在芯材表面,逐漸形成致密的外殼,最終制得微膠囊。具體工藝流程如圖1。
圖1 微膠囊制備流程Fig.1 Flow chart of synthesis of microcapsules
將2.0 g 尿素和5.060 g 甲醛(質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%),放置于25 mL 燒杯中,滴加NaOH 調(diào)節(jié)溶液至pH =8.5,在70 ℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌10 min,加入0.6 g 三聚氰胺和0.996 g 甲醛,再次調(diào)節(jié)溶液至pH=8.5,反應(yīng)10 min,得到透明穩(wěn)定的預(yù)聚體A 待用。配制連續(xù)相B:乙烯馬來(lái)酸酐EMA(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)12.0 g、聚乙烯醇PVA1788(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)2.0 g、間苯二酚0.4 g、氯化銨0.2 g 和去離子水146.0 g。將連續(xù)相放入500 mL燒杯并固定在水浴鍋中,在43 ℃條件下機(jī)械攪拌,將24.0 g 芯材(芯材為桐油和羊毛脂,桐油T ∶羊毛脂Y=5 ∶1)滴加到連續(xù)相B,同時(shí)機(jī)械攪拌得到穩(wěn)定乳液C。將第1 批預(yù)聚體A 逐滴加入C 中,用鹽酸調(diào)至pH =3.1,反應(yīng)1.5 h,得到O/W 溶液;在C 中繼續(xù)加入2.0 g EMA 和0.2 g 間苯二酚,將第2 批預(yù)聚物A 逐滴加入O/W 溶液中,調(diào)至pH=3.1,繼續(xù)反應(yīng)1.5 h;最后,在C中再次加入2.0 g EMA 和0.2 g 間苯二酚,逐滴滴入第3 批預(yù)聚體A,最終pH 值為3.5。反應(yīng)30 min 后,將體系溫度調(diào)升至60 ℃,繼續(xù)反應(yīng)2.0 h 后結(jié)束;上述反應(yīng)過(guò)程都伴隨機(jī)械攪拌。之后,漿料自然冷卻、過(guò)濾、干燥,最終收集得到微膠囊粉末。
試驗(yàn)參照GB/T 09721-2008“色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板”中規(guī)定[27]?;w材料選用Q235 鋼板,尺寸為60 mm×60 mm×2 mm,先后用800 目和1 400 目砂紙進(jìn)行打磨處理,然后用去離子水和無(wú)水乙醇分別超聲清洗處理表面的浮灰和油脂,最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。
將微膠囊按不同摻量加入丙烯酸涂料中,添加一定量的消泡劑、稀釋劑和固化劑,攪拌使其充分混合均勻?yàn)橹?,用羊毛刷蘸取涂料并均勻刷涂一層在Q235 鋼板上表面,固化12 h 后用同樣工藝刷涂鋼板另一面。用上述的工藝制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)0,5%,10%,15%微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層,研究最優(yōu)摻量。為探究試驗(yàn)所制備的微膠囊與不同防水涂料體系的適配性和防銹性能,將10%的微膠囊分別摻入環(huán)氧富鋅涂料、環(huán)氧樹(shù)脂涂料和聚氨酯涂料。涂層的平均厚度為120 μm。
1.3.1 微膠囊
(1)形貌 采用XSP-2CA 雙目光學(xué)顯微鏡(OM)和JEOL-JSM 5600LV 掃描電鏡(SEM)觀察微膠囊形貌。
(2)熱穩(wěn)定性 采用TA Q50 熱重分析儀測(cè)試失重曲線。
1.3.2 復(fù)合涂層
(1)防銹性能 涂層固化72 h 后,用雕刻刀劃出50 mm 長(zhǎng)的“X”形劃痕,滿足GB/T 30786-2014“色漆和清漆腐蝕試驗(yàn)用金屬板涂層劃痕標(biāo)記導(dǎo)則”中規(guī)定[28]。室溫下修復(fù)24 h 后,放入10%的鹽水中浸泡168 h,觀察涂層固化72 h、劃痕修復(fù)24 h 和鹽水浸泡24,72,120,168 h 后的耐腐蝕情況。
按照GB/T 1766-2008“色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法”對(duì)耐老化等級(jí)進(jìn)行量化[29]。
(2)附著力 用QDX 漆膜多用測(cè)試儀測(cè)試涂層的附著力。每組摻量制備5 個(gè)試塊,符合GB/T 9286-1998“色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)[30]。具體評(píng)價(jià)附著力等級(jí)如表1 所示。
表1 附著力評(píng)定表Table 1 Adhesion evaluation table
2.1.1 乳化時(shí)間
在乳化階段,乳化時(shí)間的不同會(huì)導(dǎo)致乳化效果和穩(wěn)定性有所差異。如圖2 所示,當(dāng)其他反應(yīng)條件一致,乳化反應(yīng)5 min 時(shí),乳化液滴分散不均勻,仍有大液滴沒(méi)有被剪切破碎,顯微鏡中能看見(jiàn)大塊油狀物質(zhì)。隨著乳化時(shí)間的增加,達(dá)到15 min 時(shí),由于乳化時(shí)間較長(zhǎng),乳液在長(zhǎng)時(shí)間剪切作用下被反復(fù)剪碎,乳液分散極為不均,乳化5 min 和15 min 都比乳化10 min 所得的微膠囊顆粒均一度差。由圖2 可以得出:當(dāng)乳化時(shí)間為10 min 時(shí),乳液分散成若干個(gè)大小均勻的小液滴,液滴形態(tài)穩(wěn)定。
圖2 不同乳化時(shí)間下微觀形貌(160×)Fig.2 Micromorphology under different emulsification time (160×)
2.1.2 乳化轉(zhuǎn)速
在乳化反應(yīng)階段,利用機(jī)械攪拌棒上的四葉片高速攪拌對(duì)溶液中的液滴產(chǎn)生的巨大剪切力,使其破裂分散開(kāi),攪拌成均勻的乳液。因此乳化轉(zhuǎn)速的大小對(duì)微膠囊的粒徑和表面形貌有一定的影響。圖3 為乳化相同階段,用光學(xué)顯微鏡(OM)拍攝的不同攪拌速率下微膠囊形貌。由圖3 可得:當(dāng)乳化轉(zhuǎn)速過(guò)小時(shí),芯材乳化不充分,四葉片攪拌不能提供較大的剪切力去分散液滴,使得剪切的液滴粒徑偏大,導(dǎo)致微膠囊粒徑偏大且分布較為不均。當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)大,相應(yīng)產(chǎn)生的剪切力也偏大,可能乳化過(guò)度,微膠囊形態(tài)不一,甚至存在壁材 破裂。
圖3 不同乳化轉(zhuǎn)速下微膠囊OM 照片(160×)Fig.3 OM photos of microcapsules at different emulsifying speeds(160×)
為了進(jìn)一步研究乳化轉(zhuǎn)速對(duì)最終微膠囊形貌及性能的影響情況,將上述乳化條件下得到的微膠囊噴金制樣,采用掃描電子顯微鏡進(jìn)一步表征不同條件下微膠囊的形貌特征,結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4 可得:800 r/min下微膠囊出現(xiàn)大量團(tuán)聚現(xiàn)象,粒徑達(dá)到200~300 μm,形狀不規(guī)則且表面皺縮;轉(zhuǎn)速為1 300 r/min 時(shí),微膠囊呈球形但粒徑分布不集中,從50~150 μm 不等,有少許粘結(jié);當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 800 r/min,微膠囊粒徑呈圓球狀,粒徑分布在70 μm 左右,分散性良好;當(dāng)轉(zhuǎn)速增至2 300 r/min,有少許微膠囊出現(xiàn)破乳現(xiàn)象。因此轉(zhuǎn)速1 800 r/min 時(shí)微膠囊形貌規(guī)則、外殼完整及粒徑均勻。
圖4 不同乳化轉(zhuǎn)速下微膠囊的微觀形貌(50×)Fig.4 Micromorphology of microcapsules at different emulsification speeds(50×)
在制備微膠囊時(shí),芯材和壁材的質(zhì)量比對(duì)微膠囊包覆情況有影響。當(dāng)其他參數(shù)不變,只選擇芯壁比為單一變量,取值1 ∶2,1 ∶1,4 ∶3。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):當(dāng)芯壁比為1 ∶2時(shí),反應(yīng)結(jié)束后,燒杯中溶液分層較為明顯,溶液中部顏色偏黃,底部沉積比較多,可能是由于反應(yīng)中三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂較多。隨著芯材的不斷增加,當(dāng)芯壁比為4 ∶3時(shí),燒杯底部幾乎沒(méi)有白色分層現(xiàn)象,由于反應(yīng)加入的壁材含量過(guò)少,最終過(guò)濾時(shí)溶液較為黏稠,且發(fā)現(xiàn)有液滴粘連成塊的現(xiàn)象。當(dāng)芯壁比為1 ∶1 時(shí),三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂的沉積減少,且微膠囊過(guò)濾時(shí)溶液明顯偏白。
圖5 為單個(gè)微膠囊表面微觀(SEM)形貌??梢?jiàn)隨著芯壁比的增加,微膠囊囊壁變薄,強(qiáng)度下降。芯壁比為1 ∶2 時(shí),微膠囊囊壁有大量三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂團(tuán)聚物;當(dāng)芯壁比達(dá)到1 ∶1,囊壁最為致密且光滑,細(xì)小的顆粒均勻沉積到微膠囊表面,團(tuán)聚凸起物明顯降低;增加芯壁比至4 ∶3 時(shí),囊壁較薄且有凸起不平的粒子,微膠囊機(jī)械強(qiáng)度低。
圖5 不同芯壁比微膠囊的微觀形貌(1 000×)Fig.5 Micromorphology of microcapsules with different core/shell ratios(1 000×)
圖6 為羊毛脂(Y)、桐油(T)、微膠囊和三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)的失重曲線。
圖6 桐油(T)、羊毛脂(Y)、微膠囊和三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)的熱重分析曲線Fig.6 TGA curves of Tung oil (T),lanolin (Y),microcapsule and melamine-urea-formaldehyde resin (MUF)
可以看出:羊毛脂在296 ℃左右開(kāi)始分解,完全分解時(shí)溫度達(dá)到480 ℃。桐油在388 ℃左右開(kāi)始分解,500 ℃時(shí)分解結(jié)束。三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂壁材在135 ℃時(shí)質(zhì)量損失5%,是微膠囊吸收了空氣中的水分后受熱揮發(fā)導(dǎo)致;當(dāng)溫度達(dá)到220 ℃時(shí),三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂開(kāi)始分解;隨著溫度繼續(xù)升高,質(zhì)量損失增大,500 ℃時(shí)完全分解。與段體崗等[31]研究的脲醛樹(shù)脂壁材在210℃開(kāi)始分解,350 ℃完全分解相比,三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂壁材可以耐更高溫度。微膠囊質(zhì)量損失過(guò)程為:220 ℃時(shí),三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂殼材分解,三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂并未完全分解時(shí)羊毛脂開(kāi)始分解,溫度達(dá)到388 ℃時(shí)羊毛脂并未完全分解,此時(shí)桐油開(kāi)始進(jìn)行分解,當(dāng)溫度為480 ℃時(shí)羊毛脂結(jié)束分解,最終溫度至500 ℃,桐油完成全部分解過(guò)程。結(jié)果表明:桐油和羊毛脂2 種芯材已經(jīng)成功被微膠囊包覆,且微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性。
試驗(yàn)顯示,10%鹽水浸泡后,10%微膠囊改性的復(fù)合涂層表面生銹處最少,5%微膠囊改性的復(fù)合涂層的耐腐蝕效果最差。觀察不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層在不同時(shí)間下的宏觀腐蝕現(xiàn)象,得出隨著鹽水浸泡時(shí)間的增加,劃痕處出現(xiàn)銹點(diǎn)并逐漸擴(kuò)散。
摻入10%微膠囊改性的復(fù)合涂層在鹽水中浸泡48 h 后,含銹量最少,與其他2 組相比顏色明顯更淺。由于5%摻量相對(duì)較低,當(dāng)微膠囊受到外力作用時(shí),壁材破裂后,內(nèi)部釋放出的修復(fù)劑和緩蝕劑較少,對(duì)刮痕處的修復(fù)能力相對(duì)較弱,因此相比于另外2 組摻量的復(fù)合涂層,5%的涂層劃痕處最先出現(xiàn)腐蝕,并且伴隨著鹽水浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),劃痕處的銹蝕程度加劇。當(dāng)微膠囊摻入量為15%時(shí),涂層內(nèi)微膠囊的含量比另外2 組多,對(duì)涂層的修復(fù)效果提升,但微膠囊的含量增多使得涂層與鋼板之間的附著力會(huì)有所下降,隨著浸泡時(shí)間增加,涂層表面鼓泡處逐漸增多。表2 為不同微膠囊摻量漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定。由表2 對(duì)涂層表面鼓泡、剝離、生銹、開(kāi)裂等現(xiàn)象的綜合分析,可以得出:不同微膠囊摻量復(fù)合涂層表面的開(kāi)裂和剝離情況未發(fā)生改變,當(dāng)微膠囊添加量達(dá)到10%時(shí),涂層表面出現(xiàn)鼓泡,鼓泡等級(jí)為1(S1),15%時(shí)達(dá)到3(S3),隨著摻量的不斷增加,生銹等級(jí)也隨之降低。微膠囊的最佳摻量為10%。
表2 不同微膠囊摻量漆膜老化性能等級(jí)的評(píng)定Table 2 Evaluation of aging properties of paint film with different dosage of microcapsules
當(dāng)劃破涂層時(shí),劃痕處微膠囊也同時(shí)破裂,隨即芯材桐油和羊毛脂流出覆蓋劃痕處,形成保護(hù)膜實(shí)現(xiàn)裂紋修復(fù)。桐油具有優(yōu)異的干燥性和防水性,羊毛脂在金屬表面有良好的粘接力,二者熔融混合作為芯材在金屬表面交聯(lián)聚合,產(chǎn)生更致密的保護(hù)膜;三聚氰胺改性后的脲醛樹(shù)脂作為囊壁在制備復(fù)合涂層時(shí)不易破裂,保證微膠囊芯材量,提高修復(fù)效率。與崔業(yè)翔[32]研究的桐油/脲醛樹(shù)脂微膠囊相比,涂層的防銹效果顯著提升。
選用10%微膠囊分別摻入環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯3 種防水涂料體系中,制備微膠囊改性的復(fù)合涂層來(lái)測(cè)試耐腐蝕性能。環(huán)氧富鋅復(fù)合涂層的表面有鼓泡且劃痕交叉處有剝離現(xiàn)象產(chǎn)生。環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂層銹點(diǎn)從“X”形劃痕交叉點(diǎn)處逐漸蔓延至劃痕區(qū);聚氨酯復(fù)合涂層的劃痕處腐蝕程度最為明顯。表3 為不同體系復(fù)合漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定。
表3 不同體系復(fù)合漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定Table 3 Evaluation of aging properties of composite paint film of different systems
由表3 綜合劃痕處出現(xiàn)的情況來(lái)看,4 種涂料均未出現(xiàn)剝離和開(kāi)裂,且鼓泡數(shù)量均為1 級(jí),但環(huán)氧富鋅復(fù)合涂層的鼓泡大小相對(duì)較大,等級(jí)為S4,聚氨酯復(fù)合涂層的生銹程度最高,生銹數(shù)量和大小等級(jí)達(dá)到5(S4),丙烯酸復(fù)合涂層老化性能等級(jí)相較最優(yōu)。由此得出丙烯酸涂料與微膠囊適配性最佳。丙烯酸樹(shù)脂由丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類及其他烯屬單體共聚組成,具有碳鏈雙鍵和酯基的獨(dú)特結(jié)構(gòu),形成的丙烯酸樹(shù)脂對(duì)光的主吸收峰處于太陽(yáng)光譜范圍之外,成膜過(guò)程中伴有反應(yīng)基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng),具有良好的耐久性和耐光性[33]。桐油分子鏈上有活性較高的共軛三烯、共軛雙鍵、羧基等結(jié)構(gòu),可與丙烯酸單體基團(tuán)發(fā)生加成反應(yīng),使涂膜具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增強(qiáng)復(fù)合涂層防水性和耐銹蝕性能。
微膠囊的摻量對(duì)金屬涂料附著力有一定的影響。微膠囊用量越少,附著力越好,但修復(fù)效果不明顯,微膠囊用量過(guò)多,會(huì)降低涂料本身的力學(xué)性能。對(duì)不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層進(jìn)行附著力劃格試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表4。可見(jiàn):微膠囊的摻入使丙烯酸復(fù)合涂層的附著力有不同程度的降低。與未摻雜涂層相比,5%和10%微膠囊的用量使得金屬試塊附著力等級(jí)少數(shù)降為1 級(jí),15%微膠囊使漆膜附著力等級(jí)均降低1 個(gè)等級(jí),總體相差不大。制備復(fù)合涂層采用直接混裝法,與賀子騰[34]選用“三明治”式涂裝法相比較,涂層工藝操作更為便捷,與其研究的同粒徑微膠囊涂層厚度更薄;將涂層附著力等級(jí)進(jìn)行比較,0 和5%的微膠囊涂層附著力等級(jí)提高了1 個(gè)等級(jí),10%和15%微膠囊涂層附著力等級(jí)提高了2 個(gè)等級(jí)。
表4 不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層附著力等級(jí)評(píng)定Table 4 Adhesion grade evaluation of acrylic composite coatings modified by microcapsules with different dosage
不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后進(jìn)行附著力劃格測(cè)試,附著力等級(jí)見(jiàn)表5。
表5 不同摻量微膠囊改性的復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后的附著力等級(jí)Table 5 Adhesion grade of composite coatings modified by microcapsules with different dosage after soaking in 10%NaCl solution for 168 h
鹽水浸泡168 h 后,隨著微膠囊摻量的增多,漆膜附著力等級(jí)逐漸降低。5%和10%的微膠囊摻入后復(fù)合涂層附著力等級(jí)變化不大,多數(shù)降低1 個(gè)等級(jí),其中5%微膠囊的漆膜等級(jí)大多由0 級(jí)變?yōu)? 級(jí),10%微膠囊的漆膜附著力等級(jí)基本為2 級(jí),15%的摻入量使得復(fù)合涂層附著力等級(jí)降低2 個(gè)等級(jí),基本下降至3 級(jí)。
4 種純涂料體系制成涂層后在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后附著力等級(jí)如表6 所示。聚氨酯漆膜的附著力等級(jí)最差,丙烯酸涂料的附著力等級(jí)相對(duì)較好,多數(shù)樣品附著力測(cè)試結(jié)果等級(jí)為1 級(jí)。將10%的微膠囊摻入4 種涂料體系中,制成的復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后的附著力等級(jí)如表7??梢詫?duì)比得出:加入微膠囊后,4 種復(fù)合涂層的附著力等級(jí)有不同程度下降。浸泡168 h 后,丙烯酸復(fù)合涂層附著力效果最優(yōu),聚氨酯復(fù)合涂層的附著力等級(jí)仍最差。這是因?yàn)榄h(huán)氧富鋅漆成分中含有氨基,能促進(jìn)附著力提高,且不易被水排出鋼板表面;聚氨酯的憎水氨基甲基酸酯主鏈上含有大量親水性基團(tuán),固化后形成的涂膜遇水容易膨脹,導(dǎo)致涂料耐水性差,從而導(dǎo)致黏附性差[35,36],而丙烯酸涂料中的粘合劑是主要的成膜物質(zhì),從而使涂膜具有良好的附著性、韌性、耐磨性。
表6 4 種涂料體系在10%NaCl 溶液中浸泡后的附著力等級(jí)Table 6 Adhesionlevel of four coating systems after immersion in 10%NaCl solution
表7 微膠囊改性的4 種復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡后的附著力等級(jí)Table 7 Adhesion levels of four composite coatings modified by microcapsules after immersion in 10%NaCl solution
(1)通過(guò)探究乳化時(shí)間、乳化速度和芯壁比對(duì)微膠囊粒徑大小、分散情況和表面形貌等特征影響,得出最佳工藝為乳化10 min,乳化轉(zhuǎn)速為1 800 r/min,芯壁比為1 ∶1,所制備的微膠囊粒徑分散均勻,包覆性能較好,具有良好的熱穩(wěn)定性。壁材具有良好的耐久性,耐高溫性。
(2)將摻量分別為0,5%,10%,15%的微膠囊摻入丙烯酸涂料,制得改性復(fù)合涂層,進(jìn)行鹽水浸泡試驗(yàn)測(cè)試其耐腐蝕性能。觀察得出微膠囊的最優(yōu)摻入量為10%。并將該摻量摻入環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯涂料中進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),得出10%微膠囊摻量最優(yōu)的涂層種類為丙烯酸涂料。原理是丙烯酸樹(shù)脂的成膜速度快,具有碳鏈雙鍵和酯基的獨(dú)特結(jié)構(gòu),有良好的耐久性和耐光性;且桐油分子鏈上活性較高,可與丙烯酸混合單體反應(yīng),使復(fù)合涂膜具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了防水性和耐銹蝕性能。
(3)將0,5%,10%,15%的微膠囊摻入丙烯酸涂層進(jìn)行附著力測(cè)試。隨著摻量的增加,漆膜的附著力等級(jí)呈降低趨勢(shì)。與現(xiàn)有研究相比,涂裝工藝更為便捷,涂層厚度更薄,附著力等級(jí)提升。
(4)將丙烯酸、環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯4 種涂料體系制備純涂層,在經(jīng)過(guò)鹽水浸泡168 h 后,聚氨酯涂層附著力最差,丙烯酸涂層附著力最好。將10%微膠囊加入4 種涂料體系中,經(jīng)過(guò)鹽水浸泡168 h 后,4種涂料體系復(fù)合涂層附著力與純涂層附著力相比均有下降,但丙烯酸復(fù)合涂層的附著力等級(jí)仍為最佳。