環(huán)氧呋喃復(fù)合樹脂的應(yīng)用
1.前言
在防腐蝕工程中，樹脂常被用于玻璃鋼、膠泥和涂料。除使用單一的樹脂外，還常將兩種樹脂按一定比例混合使用，即復(fù)合樹脂。
合理的使用復(fù)合樹脂，常能集兩樹脂之長，克服單一樹脂的某些不足，改善樹脂綜合性能。如提高樹脂的耐蝕性、耐熱性;粘結(jié)性和韌性。此外，因酚醛和呋喃等樹脂價(jià)廉，如用它作為復(fù)合樹脂則能降低造價(jià)。由于兩種樹脂自身的固化劑性質(zhì)不同，如環(huán)氧樹脂常用的固化劑呈堿性，而酚醛樹脂或呋喃樹脂的固化劑則呈酸性，當(dāng)兩種樹脂混合使用時(shí)如何選擇固化劑、兩種樹脂合適比例是多少，均成為人們關(guān)心的問題。就環(huán)氧-呋喃復(fù)合樹脂而言，若兩種樹脂分別用自身的固化劑先調(diào)和，然后再混合，或兩種樹脂先混合再加入酸性固化劑，均不能使復(fù)合樹脂固化，環(huán)氧-呋喃復(fù)合樹脂只能單獨(dú)使用環(huán)氧樹脂的固化劑，環(huán)氧樹脂與呋喃樹脂的比例以7/3較妥。
在這種情況下，復(fù)合樹脂常溫固化是否完全？呋喃樹脂的加入是物理混合還是參與了固化反應(yīng)？熱處理是提高固化程度、耐腐蝕性和耐熱性的措施，但對(duì)大型的化工設(shè)備和大面積防蝕地面熱處理困難，是否可采用常溫固化？
本文根據(jù)對(duì)7/3環(huán)氧-呋喃復(fù)合樹脂常溫固化和熱固化的對(duì)比試驗(yàn)和涂料的使用情況，對(duì)以上問題進(jìn)行初步的探討。
2.試驗(yàn)部分
試驗(yàn)是以相同配合比的7/3的環(huán)氧/呋喃樹脂膠泥制成試塊，分為兩大組，一組常溫固化，一組加熱固化，然后在相同條件下作腐蝕試驗(yàn)。
具體的試驗(yàn)方法為：在水、10%鹽酸、20%硫酸、10%硝酸等介質(zhì)中作沸騰狀態(tài)下的短期腐蝕試驗(yàn)；在丙酮、10%鹽酸、20%硫酸、10%硝酸、10%氫氧化鈉等介質(zhì)中做長期室溫浸泡試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)定了腐蝕前后試塊的抗壓強(qiáng)度、重量和尺寸的變化。
2.1原材料
環(huán)氧樹脂（E-44）實(shí)測(cè)環(huán)氧值為0.45當(dāng)量/100克；呋喃樹脂（糠醇型）固體含量實(shí)測(cè)值為70.5%；固化劑用乙二胺；稀釋劑用丙酮；填料用石英粉。為避免填料中雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，使用前將用鹽酸酸洗，再用水洗至中性后烘千過篩備用。
2.2試塊的制作及固化處理
膠泥配合比為：環(huán)氧樹脂70/呋喃樹脂30/乙二胺7/石英粉200/丙酮0-10
試塊為∮25×H 25mm圓柱形。常溫固化的試塊于20±5℃下養(yǎng)護(hù)15天后投入試驗(yàn)；加熱固化的試塊于20±5℃下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后作加熱固化處理，處理溫度及時(shí)間為：40℃4小時(shí)，40-60℃2小時(shí)，60℃4小時(shí)，60-80℃2小時(shí)，80℃4小時(shí)，80-100℃
2小時(shí)，100℃4小時(shí)，100-120℃2小時(shí)，120℃6小時(shí)，完成后在烘箱中自然降溫。
2.3試驗(yàn)結(jié)果
2.3.1原始抗壓強(qiáng)度的對(duì)比
從這組數(shù)據(jù)來看，熱固化膠泥的抗壓強(qiáng)度高于常溫固化的，常溫固化7天的強(qiáng)度是熱固化的54%，抗壓強(qiáng)度隨常溫固化的時(shí)間的延長有一定增長。一年的強(qiáng)度比7天的增加20%，達(dá)到熱固化的64%，常溫固化和加熱固化膠泥抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。
固化條件 抗壓強(qiáng)度 Kg/cm2
0組 1組 2組 3組 4組 平均值
常溫固化 7天 326 289 345 306 236 301
常溫固化 一年 / / / 355 360 357
加熱固化 538 577 608 550 500 555
2.3.2在沸騰腐蝕介質(zhì)中的試驗(yàn)對(duì)比
從試驗(yàn)來看，無論是加熱固化的還是溫固化的，均不耐沸騰的10%硝酸的腐蝕，常溫固化的腐蝕破壞快。在沸騰的水、10%鹽酸、20%硫酸中，加熱固化的和常溫固化的強(qiáng)度均下降，但熱固化的下降幅度較大。常溫固化的和熱固化的強(qiáng)度比從原來的60%上升到腐蝕后的80%。
常溫固化和加熱固化膠泥在沸騰腐蝕介質(zhì)中的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
腐蝕介質(zhì)
溫度及時(shí)間 膠泥固化條件 抗壓強(qiáng)度Kg/cm2 強(qiáng)度對(duì)比（常溫固化/加熱固化） 重量變化（%） 線變化率（%） 試件變化 原始值 腐蝕后 保持率 腐蝕前 腐蝕后
水 沸騰 36小時(shí) 加熱固 化 608 212 35% 57% 81% +1.6 +0.8 色稍 變淺 常溫固化 345 172 50% +2.5 +0.4 色稍 變淺
10%鹽酸 沸騰 24小時(shí) 加熱固 化 538 266 49% 61% 77% +1.0 +0.8 色稍 變黑 常溫固化 326 204 63% +1.0 +0.4 色稍 變黑
20%硫酸 沸騰 24小時(shí) 加熱固 化 577 286 50% 50% 76% +2.9 +1.0 色稍 變黑 常溫固化 289 216 75% +4.0 +0.8 色稍 變黑
10%硝酸 沸騰 6小時(shí) 加熱固 化 608 275 45% / / -8.7 / 色變淺 變粗糙 常溫固 化 345 無法 測(cè)定 / -22.0 / 顏色劇烈變化
2.3.3室溫下浸泡腐蝕試驗(yàn)
常溫固化和加熱固化膠泥常溫浸泡對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
腐蝕介質(zhì) 及濃度 膠泥固化條件 浸泡 時(shí)間 重量變化（%） 線變化率（%） 抗壓強(qiáng)度Kg/cm2 強(qiáng)度對(duì)比（常溫固化/加熱固化） 試件及介質(zhì) 變化 實(shí)測(cè) 保持率%
10%鹽酸 加熱 固化 原始 / / 538 / 原始 61%
一年后 104%
二年后 118% 色變黑，滲透層5-6mm呈黑色，芯色不變
一年后 +2.8 +1.2 307 57
二年后 +3.9 +1.6 284 53
常溫 固化 原始 / / 326 / 色變黑，滲透層5-6mm呈黑色，芯色不變
一年后 +4.2 +1.7 319 98
二年后 +4.8 +2.2 334 102
20%硫酸 加熱 固化 原始 / / 577 / 原始 50%
一年后 108%
二年后 103% 色變黑，滲透層5-6mm呈黑色，芯色不變
一年后 +3.8 +1.4 264 46
二年后 +5.4 +1.8 252 44
常溫 固化 原始 / / 289 / 色變黑，滲透層5-6mm呈黑色，芯色不變
一年后 +7.9 +2.5 285 99
二年后 +10.0 +2.9 273 94
10%硝酸 加熱 固化 原始 / / 608 / 原始 58%
一年后 91%
二年后 108% 色變淡黃，滲透層2mm呈黑色，芯色不變
一年后 +5.2 +2.9 324 53
二年后 +6.0 +3.3 218 36
常溫 固化 原始 / / 345 / 色變黃白，內(nèi)部成三層，外層2mm呈黃色，中層6mm呈黑色，芯色不變
一年后 +6.8 +3.7 294 85
二年后 +6.9 +3.7 236 68
10%氫氧化鈉 加熱 固化 原始 / / 500 / 原始 48%
一年后 98%
二年后 101%
外觀無變化，內(nèi)部色澤一致
一年后 +1.2 0.0 350 70
二年后 +0.6 0.0 342 68
常溫 固化 原始 / / 239 / 無變化，內(nèi)部色澤一致
一年后 +0.8 -0.1 336 140
二年后 +0.3 -0.2 345 144
丙酮 加熱 固化 原始 / / 550 / / 介質(zhì)變成棕紅色 試塊開裂
一年后 +8.2 +5.0 54 9.8
二年后 / / / /
常溫 固化 原始 / / 306 / 介質(zhì)變成棕紅色 試塊1/3開裂
一月后 +5.3 +4.7 39 13
三月后 +1.5 +1.6 62 20
這組試驗(yàn)表明，常溫固化的膠泥在在10%鹽酸、20%硫酸、10%氫氧化鈉等溶液中，室溫浸泡二年后抗壓強(qiáng)度無明顯變化，只有在10%硝酸中稍有下降；而經(jīng)加熱固化處理的抗壓強(qiáng)度均大幅度下降。加熱固化的抗介質(zhì)滲透較常溫固化的好，其重量變化，外形變化也略小于常溫固化的。在1O%氫氧化鈉溶液中，各數(shù)據(jù)對(duì)比，常溫固化的均不亞于加熱固化的。兩種不同固化處理的膠泥，均不耐丙酮的侵蝕。熱固化的在丙酮中會(huì)開裂。
3.應(yīng)用
3.1脫硫設(shè)備
使用這種復(fù)合樹脂涂料的設(shè)備有一、二脫硫塔和再生塔等。
工藝條件：介質(zhì)Na2CO3 13克/升、NaHC03 75克/升、NaVO3 5克/升、A.D.A（蒽醌二磺酸）lO克/升，NaKC4H4O6 2克/升及H2S等；溫度40-55℃；壓力3Okg/cm2
防腐蝕措施：設(shè)備內(nèi)壁噴砂除銹處理后涂六道復(fù)合樹脂涂料(施工實(shí)際用的H52-8環(huán)氧 漆和遼陽的呋喃（糠醇）樹脂按7/3折算的混合物，采用環(huán)氧樹脂的固化劑，采用常溫固化。
3.2脫碳裝置
該部分系用釩化處理的方法控制腐蝕，所謂釩化處理是在脫碳液中加入并保持一定量的五氧化二釩(V205)，使碳鋼表面形成鈍化的釩化膜。僅在脫碳再生塔上部的氣、液相界面以上的局部區(qū)域使用了環(huán)氧呋喃7/3復(fù)合樹脂涂料，涂8道，常溫固化。采取這種措施是考慮到氣相部分金屬表面因液體不能到達(dá)而不能很好釩化。但使用中發(fā)現(xiàn)，在開車后不久涂層就整塊起鼓脫落。
塔內(nèi)的工藝條件為：介質(zhì)K20 150克/升，氨基乙酸30克/升，KVO3 1-2克/升及CO2等；溫度98-110℃；壓力0.2kg/cm2
涂層整塊起鼓脫落，主要可能是塔內(nèi)溫度高，涂層又處于塔上方的局部區(qū)域，介質(zhì)易沿涂層邊緣處侵入，加上氣流的沖擊等這些物理作用所致。
4.討論
化工防蝕中應(yīng)用的復(fù)合樹脂材料，要考慮下列因素：化工生產(chǎn)中介質(zhì)往往是幾種物質(zhì)的混合物而不是單一的，工藝參數(shù)如溫度，壓力等都不盡相同，因此腐蝕作用的情況很復(fù)雜；有些材料如呋喃樹脂，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠不同，控制指標(biāo)也不盡相同，可能會(huì)有耐蝕性能上的差異；施工質(zhì)量的差異，直接影響到防蝕工程的效果；在試驗(yàn)方面，目前尚缺乏統(tǒng)一的，有效的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，沿用的一些評(píng)定方法，如根據(jù)重量變化率來判斷耐蝕性是不夠嚴(yán)密的。
根據(jù)上述理由，這里不可能對(duì)環(huán)氧呋喃7/3復(fù)合樹脂的常溫固化和熱固化效果作出簡單的肯定或否定結(jié)論，也無法確切地劃分出它們的適用區(qū)間。只是提出一些傾性的看法。
一般認(rèn)為，環(huán)氧呋喃復(fù)合樹脂用加熱固化處理，其耐腐蝕性和耐熱性要比常溫固化的好。試驗(yàn)中的某些現(xiàn)象證實(shí)了這一點(diǎn)，熱固化試塊的滲透深度小于常溫固化的，但是另一方面試驗(yàn)又表明熱固化膠泥無論在典型的酸堿液中作加熱的加速腐蝕還是在室溫下浸泡，抗壓強(qiáng)度下降幅度都很大，反之，常溫固化的強(qiáng)度保持率高，表現(xiàn)出較好的綜合性能。
綜上所述，筆者認(rèn)為環(huán)氧呋喃7/3復(fù)合樹脂(用胺類固化劑)，在某些防蝕工程中，采用常溫固化的方法是可行的。
為何常溫固化的環(huán)氧呋喃7/3復(fù)合樹脂會(huì)有較好的性能？
上海建筑科學(xué)研究所曾用丙酮萃取法對(duì)環(huán)氧呋喃復(fù)合樹脂固化物的固化度進(jìn)行了對(duì)比測(cè)定，其結(jié)果如下。
固化度試驗(yàn)結(jié)果
配合比 養(yǎng)護(hù)條件 固化度%
環(huán)氧樹脂 100/乙二胺 8 20℃，7天 87.5
環(huán)氧樹脂 100/乙二胺 8 20℃，7天后再70℃ 2天 97.7 - 98.9
環(huán)氧樹脂 50/呋喃樹脂 50/乙二胺 4 20℃，6天 58.4 - 59.3
環(huán)氧樹脂 50/呋喃樹脂 50/乙二胺 4 20℃，6天后再70℃ 2天 67.5 - 68.3
環(huán)氧樹脂 70/呋喃樹脂 30/乙二胺 5.6 20℃，7天 89.0 - 89.8
環(huán)氧樹脂 70/呋喃樹脂 30/乙二胺 5.6 20℃，7天后再80℃ 2天 95.4– 96.3
從這組數(shù)據(jù)來看，環(huán)氧呋喃復(fù)合樹脂的固化度相當(dāng)高，甚至比純的環(huán)氧樹脂還高。如果呋喃樹脂在固化時(shí)沒有參與化學(xué)反應(yīng)，按純的環(huán)氧樹脂的固化度來計(jì)算環(huán)氧呋喃7/3樹脂的固化度只能達(dá)到60%左右，而實(shí)際上固化度已達(dá)到89%，可見呋喃樹脂的加入不是簡單的物理混合，而是參與了固化反應(yīng)。
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