如何制备高强度低气味的耐腐蚀呋喃树脂胶泥

呋喃树脂胶泥主要用于化工、建筑、冶金等领域，具有密实、耐腐蚀、抗渗性好的优点，而且还具有可以常温施工、操作简便、价格适中的特点。

现在市场上广泛应用的防腐用呋喃树脂胶泥为糠醇糠醛型呋喃树脂胶泥。在施工时，先将糠醇糠醛型呋喃树脂与含固化剂的粉料混合，然后固化、养护一定时 间后得到防腐蚀产品。然而这些呋喃树脂胶泥在施工过程中经常产生刺激性气味，产生的气体危害环境、损害施工人员的健康。因此在现阶段研制新的呋喃树脂胶 泥，使其既具有施工低气味的特点，又保持呋喃树脂胶泥原有的良好力学及防腐性能，已成为相关业界的迫切需求。基于此，本文制备了高强度低气味呋喃树脂胶 泥，优化了树脂配方，考察了固化剂、树脂和胶泥粉配比以及偶联剂对呋喃树脂胶泥性能的影响，评价了树脂施工时的气味，并测试了固化产品的力学性能、防腐蚀 性能及微观结构等，为实际应用提供理论参考。

1实验部分

1．1实验原料及仪器

呋喃树脂，工业品，黄石汇波防腐技术有限公司提供，红棕色液体，粘度：涂一4杯，25S(25℃)。呋喃胶泥粉，工业品，黄石汇波防腐技术有限公司 提供，白色粉末，4O目。磷酸苯胺(PB)、氨基磺酸、对氨基苯甲酸、氧硅烷，为分析纯，由上海化学试剂公司采购。捕醛剂，工业品，黄石汇波防腐技术有限 公司提供。万能试验机(深圳瑞格尔公司)、JEM一2100FSTEM／EDS场发射扫描电子显微镜(日本JEOL公司)。

1．2呋喃树脂胶泥制备

称取计量的呋喃树脂、固化剂、捕醛剂和呋喃胶泥粉置于烧杯中。然后将以上物料在室温下搅拌、混合均匀，再在烘箱中恒温固化。

1．3呋喃树脂胶泥性能测试

将呋喃树脂胶泥装入涂有脱模剂的3Omm×30mm×30mm的试模中，刮去表面多余部分，用腻子刀拍平，在手摇振动器上按规定振实，随后在烘箱内 于25℃养护24h后拆模，在室温下将试样养护7d，然后在万能试验机上测定其抗压强度；将配制好的呋喃树脂胶泥分2次装入已涂有脱模剂的断面 20mm×5mm的8字模中振实，在烘箱中于25℃恒温养护24h后拆模，再在室温下将试样养护7d，之后在万能试验机上测定其抗拉强度。用于粘接强度测 试的样品为瓷砖，瓷砖的尺寸为70mmx34mmX25mm。在粘接前，先将瓷砖干燥，去除灰尘和油污，然后将配制好的呋喃树脂胶泥涂抹在瓷砖粘接面，胶 泥应充分润湿粘接面。然后将2块瓷砖十字交叉挤压、粘接，使胶泥厚度约为3mm，挤出的多余胶泥用刮刀刮出，在室温下将试样养护7d，再在万能试验机上测 定其粘接强度。将固化后的样品在室温下浸泡入待测耐腐蚀介质中，通过测定浸泡前后试块的质量和抗压强度，按表1评价其耐腐蚀性。扫描电镜观察胶泥断面微观 结构，断面喷金，加速电压为10kV。
 

2结果与讨论

2．1胶泥固化机理分析

呋喃树脂的固化反应十分复杂，但最重要的是在酸性催化剂作用下，呋喃环上处于5位的氢与羟甲基发生脱水放热反应。当体系温度升高时，呋喃环上的双键 参与聚合反应，使分子量不大的线型结构逐渐转变为体型结构。传统的糠醇糠醛型呋喃树脂主要成分为糠醇和糠醛聚合的低聚物，在强酸性催化剂作用下发生交联反 应，糠醛也参与了部分固化反应。但是还有相当部分没有参与交联的糠醛由于温度升高迅速挥发，产生刺激性气味，同时固化产生的少量甲醛亦能产生一定的刺激 性。本实验加入了捕醛剂，能与醛反应，同时参与交联反应，使得胶泥固化时释放的挥发物很少，所以施工气味相对较低。

2．2固化剂对胶泥性能的影响

呋喃树脂必须与适量的固化剂配合使用才能使胶泥具有良好性能。不同固化剂对胶泥性能的影响如表2所示。从表2中可以看出，3种固化剂中，用磷酸苯胺 固化的呋哺树脂的力学性能最好，抗压强度达107．0MPa，抗拉强度达6．5MPa，粘接强度达5．8MPa，并且施工时气味较低。
 

进一步采用固化性能较好的磷酸苯胺为固化剂，固化剂含量对胶泥性能的影响如表3所示。从表3中可以看出，当固化剂的含量为3．0％时，胶泥有较好的 施工性能，固化样品力学性能较好，抗压强度较高。若再增加固化剂的用量，胶泥的固化时间缩短，抗压强度降低。但从胶泥的成本上看，增加固化剂用量会增加胶 泥的成本。

2．3树脂和胶泥粉的配比对胶泥性能的影响

呋喃树脂和胶泥粉的配比对胶泥的性能有很大的影响，对胶泥性能的影响如表4所示。选取磷酸苯胺为固化剂，按表4中的比例配制胶泥，测试固化胶泥的力 学性能。从表4中可以看出，当树脂和胶泥粉的质量比为1：2．5时，固化树脂胶泥的抗压强度、抗强拉强度以及粘接强度都较高，施工性能也较好。

2．4偶联剂对胶泥性能的影响

适当的界面结合强度不仅有利于提高材料的整体强度，更重要的是便于将基体所承受的载荷通过界面传递给增强基质。若结合强度太低，界面很难传递载荷， 不能充分发挥填料的增强作用，影响复合材料的整体强度。界面结合强度主要取决于基体与填料表面结合的性质以及填料表面状态。选取磷酸苯胺为固化剂，按呋喃 树脂．胶泥粉质量为I：2.5配制胶泥，配制时在胶泥中加入不同量的氧硅烷偶联剂。在室温下，按一定的时间固化、养护后，测试固化胶泥的力学性能，偶联剂 对胶泥性能的影响如表5所示，从表5中可以看出，在一定范围内，偶联剂的加入可以增加胶泥的抗压、抗拉和粘结强度，但是当偶联剂的量超过0.25%时，胶 泥的抗压、抗拉和粘接强度反而下降，说明偶联剂的加入量要适量，否则会降低胶泥的性能。较好的偶联剂添加量为0.25%。

为了进一步观察偶联剂加入对胶泥性能的影响，将固化后的胶泥折断，取其内表面进行扫描电镜观察。胶泥试块加入不同含量的氧硅烷偶联剂的断面扫描电镜 图如图l所示。从图1中可以看出，没有添加氧硅烷偶联剂前，胶泥断面有较多的裂纹和孔洞，然而添加硅烷偶联剂后胶泥断面变得更加致密，裂纹和孔洞较少。这 说明氧硅烷偶联剂的加入可以使呋喃树脂与胶泥粉料结合更紧密，有利于增加固化胶泥的力学性能。

2.5胶泥耐腐蚀性能

呋喃树脂特定的分子结构使呋喃树脂胶泥具有突出的耐腐蚀性能。为了观察呋喃树脂胶泥的耐腐蚀性能，根据要求将固化好的胶泥试块放入相应的腐蚀液中浸 泡一定时间后，将其取出，然后观察试块外观、重量和抗压强度的变化。结果发现，胶泥试块在不同的介质中浸泡3个月后外观基本上不变，重量和抗压强度的变化 量也较小，为了考察腐蚀介质溶液是否渗透入试样内部，对其内部微观结构产生影响，将其折断，用扫描电镜对其断面作进一步分析。胶泥试块在60%硫酸中浸泡 前和浸泡3个月后的断面扫描电镜图如图2所示，从图2中可以看出，胶泥试块在浸泡前内部树脂和粉料结合致密，孔洞较少；然而在60%硫酸中浸泡3个月后， 胶泥断面变得明显粗糙，粉料间有明显的孔洞，这主要是因为硫酸介质对树脂发生了浸蚀，使试块部分脱落，然而这种腐蚀相对于整个试样来说所占比例不大。实验 发现胶泥试块对75%磷酸，40%氧氧化钠，1O%硝酸，各种浓度的硫酸、盐酸等介质均有良好的耐腐蚀性。

2.6胶泥力学性能对比分析

呋喃树脂胶泥在使用过程中需要达到一定的力学性能要求，才能满足防腐行业的需求，将自制呋喃树脂胶泥固化、养护后，测试其力学性能，并将其与糠醇糠醛型呋喃树脂胶泥、糠醇树脂胶泥、糠酮树脂胶泥、德国同类胶泥产品进行性能比较，几种呋喃树脂胶泥力学性能如表6所示。

从表6中可以看出，自制的呋喃胶泥的抗压强度在93-107MPa之间，其抗拉强度可达6.5MPa，粘接强度达5.2MPa;其他品种的胶泥抗压强度只有60-70MPa，可见自制的呋喃树脂胶泥力学性能明显高于其他品种的胶泥。

3结论

制备了高强度低气味呋喃树脂胶泥。胶泥施工时气味很低，符合环保需要。考察了固化剂、树脂和胶泥粉的配比以及偶联剂对胶泥性能的影响。较优化的呋喃 树脂胶泥组成为：以磷酸苯胺为固化剂，磷酸苯胺的含量为3．0％，树脂和粉料的配比为1：2．5，添加0．25％的氧硅烷偶联剂，固化后的呋喃树脂胶泥力 学性能好，抗压强度较高(最高可以达107MPa)，其性能超过了国内外同类产品。固化后的呋喃树脂胶泥具有良好的耐腐蚀性能。