Bariumsulfat zeichnet sich durch hervorragende chemische Inertheit, hohe Dichte und geringe Ölaufnahme aus und findet daher breite Anwendung in Korrosionsschutzanstrichen. Der Anstrichfilm weist eine gute Säure- und Laugenbeständigkeit, niedrige Viskosität und einen gleichmäßigen Verlauf auf.
Anorganische Füllstoffe können jedoch Probleme mit der Grenzflächenkompatibilität mit organischen Harzen aufweisen, was sich auf die endgültigen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Lackfilms auswirken kann. Um die Kompatibilität zu verbessern, werden anorganische Füllstoffe normalerweise oberflächenmodifiziert.
Da verschiedene Oberflächenmodifikatoren unterschiedliche Funktionen haben, ist die Auswahl des geeigneten Modifikators für verschiedene Systeme von entscheidender Bedeutung. Es wurde eine Vergleichsstudie durchgeführt, bei der die herkömmlichen mechanischen Eigenschaften, die anfängliche Wasserbeständigkeit, die Salzsprühbeständigkeit, die Beständigkeit gegen deionisiertes Wasser bei Raumtemperatur, die Beständigkeit gegen 0,1 mol/l Schwefelsäure und die Beständigkeit gegen 0,1 mol/l Natriumhydroxid des Lackfilms getestet wurden.
1. Experimenteller Prozess
Vorbereitungsprozess:
(1) Epoxidharz und wasserbasiertes Trockenmittel nacheinander zugeben und bei niedriger Geschwindigkeit mit 400-600 U/min rühren. Anschließend den Neutralisator DMEA zugeben und bei niedriger Geschwindigkeit weiterrühren.
(2) Zum Emulgieren allmählich kleine Mengen Wasser hinzufügen und dabei die Geschwindigkeit je nach Emulgierungsprozess auf etwa 1.000 U/min einstellen.
(3) Nach der Emulgierung werden nacheinander das Dispergiermittel und das Entschäumungsmittel zugegeben, um eine gleichmäßige Dispersion sicherzustellen.
(4) Ruß zugeben, bei niedriger Geschwindigkeit rühren und den Deckel aufsetzen, nachdem alle Materialien zugegeben wurden. Bei etwa 1200 U/min dispergieren, dann Bariumsulfat und Strontiumchromgelb zugeben. Weiter dispergieren, bevor alle restlichen Komponenten zur weiteren Dispersion zugegeben werden.
(5) Zirkoniumperlen zum Mahlen bei 3000 – 3500 U/min für 1 Stunde einführen und die Feinheit des Schabers entsprechend anpassen.
2. Experimentelle Ergebnisse
2.1 Leistungsvergleich verschiedener ultrafeiner Bariumsulfate
Die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von ultrafeinem Bariumsulfat wurden nach dem GB/T
37041-2018 Standard, die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Zur Modifizierung des Bariumsulfatpulvers wurden drei verschiedene Oberflächenmodifikatoren verwendet. Der Weißgrad, die Partikelgröße und andere Indikatoren des modifizierten Produkts blieben denen des Originalpulvers ähnlich. Die Ölabsorption nahm um 1 Punkt ab, die Verringerung war jedoch nicht signifikant. Dies lag daran, dass das als Modifikator verwendete Kopplungsmittel die Ölabsorption des Pulvers nicht stark beeinflusste.
Die vier Arten von Bariumsulfat-Füllstoffen wurden anhand der Formel in Tabelle 1 hergestellt und ihre Anwendungsleistung in wasserbasierten Epoxidester-Grundierungen verglichen.
2.2 Konventioneller Leistungstest
Wird Bariumsulfat, modifiziert mit verschiedenen Mitteln, in wasserbasierter Epoxid-Ester-Grundierung verwendet, bleibt seine Dispergierbarkeit konstant. Es erfüllt die Produktanforderung von 10 µm innerhalb derselben Mahldauer. Dies liegt daran, dass es bereits zu den am besten dispergierbaren nichtmetallischen mineralischen Füllstoffen zählt und daher nur wenig Spielraum für weitere Verbesserungen durch Oberflächenmodifizierung bietet.
In Bezug auf Härte und Haftung zeigt oberflächenmodifiziertes Bariumsulfat keine nennenswerte Verbesserung gegenüber dem Originalpulver. Die Härteunterschiede zwischen verschiedenen Füllstoffen hängen hauptsächlich von ihrer Mohshärte ab, wobei Bariumsulfat mit 3 als mittel gilt. Da es normalerweise nicht zur Verbesserung der Härte von Lackfilmen verwendet wird, hat die Modifizierung in dieser Hinsicht wenig Einfluss.
In Bezug auf den Glanz verhält sich das modifizierte Bariumsulfat ähnlich wie das Originalpulver. Dies liegt hauptsächlich daran, dass seine Ölaufnahme nahezu unverändert bleibt, was zu einer minimalen Glanzverbesserung führt.
Hinsichtlich der Lagerstabilität zeigt mit Titanat-Haftvermittler und Epoxysilan modifiziertes Bariumsulfat eine Vergröberung, während das ursprüngliche Pulver und mit Alkylsilan modifiziertes Bariumsulfat dieses Problem nicht aufweisen.
2.3 Korrosionsschutzleistungstest
Im Vergleich zum Originalpulver weist mit Titanat-Kopplungsmittel modifiziertes Bariumsulfat eine deutliche Verbesserung der Säure- und Wasserbeständigkeit auf.
- Die Säureresistenz erhöht sich von 14 auf 25 Tage.
- Die Beständigkeit gegenüber deionisiertem Wasser bei Raumtemperatur verbessert sich von 17 Tagen auf 32 Tage.
- Die Alkalibeständigkeit nimmt leicht ab.
- Die anfängliche Wasserbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Salzsprühnebel bleiben unverändert.
Allerdings zeigt mit Alkylsilan und Epoxysilan modifiziertes Bariumsulfat keine signifikante Verbesserung, einige Eigenschaften verschlechtern sich sogar leicht. Dies liegt daran, dass Silan-Haftvermittler hauptsächlich durch Hydrolyse Hydroxylgruppen bilden, die sich mit Hydroxylgruppen auf der Mineraloberfläche verbinden. Da Bariumsulfat einen geringen Hydroxylgehalt aufweist, ist der Modifizierungseffekt schwach.
Titanat-Haftvermittler bilden hingegen über Alkoxygruppen eine chemische Bindung mit dem anorganischen Füllstoff und erzeugen so eine organische aktive Monoschicht an der anorganisch-organischen Grenzfläche. Dies verbessert die Kompatibilität zwischen Bariumsulfat und organischen Harzen und erhöht die Säure- und Wasserbeständigkeit der Beschichtung deutlich.
3. Fazit
Bariumsulfat bietet Vorteile wie ein hohes spezifisches Gewicht, dichte Partikel und geringe Ölabsorption, was zu guter Dispergierbarkeit und Haftung führt. Eine Oberflächenmodifizierung führt jedoch nur zu einer geringen Verbesserung dieser Eigenschaften.
Da Bariumsulfat eine Mohshärte von 3 aufweist, ist es zur Erhöhung der Lackfilmhärte ungeeignet. Aufgrund seines geringen Hydroxylgehalts ist eine Modifizierung mit Silanhaftvermittlern zudem ineffektiv, was nur zu einer minimalen Leistungssteigerung führt.
Unter den getesteten Modifikationen erzielen Titanat-Haftvermittler die besten Ergebnisse. In Epoxid-Ester-Grundierungen eingesetzt, verbessern sie die Säure- und Wasserbeständigkeit deutlich und sind somit die effektivste Wahl zur Steigerung der Haltbarkeit der Beschichtung.
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