硫酸バリウムは、優れた化学的不活性、高い比重、低い吸油性を有するため、防錆塗料に広く用いられています。塗膜は、良好な耐酸性・耐アルカリ性、低粘度、滑らかな平滑性を示します。.
ただし、無機充填剤は有機樹脂との界面適合性に問題があり、塗膜の最終的な物理的および化学的特性に影響を与える可能性があります。適合性を改善するために、無機充填剤は通常、表面改質されます。
表面改質剤にはそれぞれ異なる機能があるため、システムごとに適切な改質剤を選択することが重要です。塗膜の従来の機械的特性、初期耐水性、塩水噴霧耐性、室温脱イオン水耐性、0.1 mol/L 硫酸耐性、0.1 mol/L 水酸化ナトリウム耐性をテストして比較研究を実施しました。
1. 実験プロセス
準備プロセス:
（１）エポキシエステル樹脂と水性乾燥剤を順次加え、400～600r/minで低速撹拌する。次に中和剤DMEAを加え、低速撹拌を続ける。
（２）乳化工程に応じて回転速度を約1000r/minに調整しながら、水を少しずつ加えて乳化させる。
（３）乳化後、分散剤、消泡剤を順次添加し、均一に分散させる。
（4）カーボンブラックを加え、低速で撹拌し、すべての材料を加えた後、蓋をします。約1200 r/minで分散させ、次に硫酸バリウムとストロンチウムクロムイエローを加えます。分散を続けてから、残りのすべての成分を加えてさらに分散させます。
（５）ジルコニウムビーズを導入し、スクレーパーの細かさを調整しながら、3000～3500r/minで1時間粉砕する。
2. 実験結果
2.1 各種超微粒子硫酸バリウムの性能比較
超微粒子硫酸バリウムの基本的な物理的特性は、 GB/T
37041-2018 標準であり、結果は表2に示されています。
硫酸バリウム粉末を改質するために、3 種類の表面改質剤を使用しました。改質後の製品の白さ、粒子サイズ、その他の指標は、元の粉末とほぼ同じでした。吸油量は 1 ポイント減少しましたが、その減少は顕著ではありませんでした。これは、改質剤として使用したカップリング剤が粉末の吸油量に大きな影響を与えなかったためです。
表1の配合に基づいて4種類の硫酸バリウムフィラーを調製し、水性エポキシエステルプライマーにおける塗布性能を比較した。
2.2 従来の性能試験
異なる薬剤で修飾した硫酸バリウムを水性エポキシエステルプライマーに使用した場合、その分散性は一定に保たれる。同じ粉砕時間で、製品要件である10 µmの粒径を満たす。これは、硫酸バリウムが既に最も分散性の高い非金属鉱物充填剤の一つであり、表面改質によるさらなる改善の余地が限られているためである。.
硬度と接着性に関しては、表面改質された硫酸バリウムは元の粉末に比べて大きな改善は見られません。異なる充填剤間の硬度の違いは主にモース硬度によって決まり、硫酸バリウムは3と評価され、これは中程度とされています。通常は塗膜の硬度を高めるために使用されないため、改質はこの面ではあまり効果がありません。
光沢に関しては、改質硫酸バリウムは元の粉末と同様の性能を示します。これは主に、油吸収性がほとんど変化せず、光沢の向上が最小限に抑えられるためです。
保存安定性に関して、チタン酸カップリング剤とエポキシシランで修飾した硫酸バリウムは粗大化を示すが、元の粉末およびアルキルシランで修飾した硫酸バリウムはこの問題を示さない。.
2.3 耐食性試験
元の粉末と比較して、チタン酸カップリング剤で改質された硫酸バリウムは、耐酸性と耐水性が大幅に向上しています。
- 耐酸性は14日から25日に増加します。.
- 室温における脱イオン水に対する耐性は、17日から32日に向上する。.
- アルカリ耐性がわずかに低下する。.
- 初期の耐水性および耐塩水噴霧性は変化しない。.
しかしながら、アルキルシランやエポキシシランで修飾した硫酸バリウムは、顕著な改善が見られず、むしろ特性がわずかに低下する場合もある。これは、シランカップリング剤が主に加水分解によって水酸基を形成し、それが鉱物表面の水酸基と結合するためである。硫酸バリウムは水酸基含有量が少ないため、修飾効果が弱い。.
一方、チタン酸塩系カップリング剤は、アルコキシ基を介して無機充填剤と化学結合を形成し、無機物と有機物の界面に有機活性単分子層を形成する。これにより、硫酸バリウムと有機樹脂との相溶性が向上し、塗膜の耐酸性および耐水性が大幅に向上する。.
3. 結論
硫酸バリウムは、比重が高く、粒子が緻密で、油の吸収性が低いため、分散性や接着性に優れているなどの利点がありますが、表面改質を行ってもこれらの特性はほとんど改善されません。
硫酸バリウムのモース硬度は3であるため、塗膜の硬度を高めるには適していません。さらに、水酸基含有量が少ないため、シランカップリング剤による改質も効果がなく、性能向上は最小限にとどまります。.
試験した改質剤の中で、チタン酸系カップリング剤が最も優れた結果を示した。エポキシエステル系プライマーに使用した場合、耐酸性および耐水性を大幅に向上させるため、塗膜の耐久性を向上させる上で最も効果的な選択肢となる。.
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