濕固化環(huán)氧防腐涂料的制備及應(yīng)用

張磊*，許艷平

（中交四航工程研究院有限公司，水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通運輸行業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510230）

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濕固化環(huán)氧防腐涂料的制備及應(yīng)用

張磊*，許艷平

（中交四航工程研究院有限公司，水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通運輸行業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510230）

制備了一種可在潮濕以及水下環(huán)境中固化、粘結(jié)的環(huán)氧防腐涂料。它含2個組分：黏度較低的雙酚A環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑聚乙二醇縮水甘油醚、顏填料、助劑等組成組分 A；B組分由脂肪胺類、酚醛胺類和聚酰胺類固化劑混合而成。簡要介紹了施工工藝。該涂料能為水下鋼結(jié)構(gòu)和混凝土提供保護。

環(huán)氧涂料；濕固化；鋼結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；水下環(huán)境；防腐蝕

First-author’s address: Key Laboratory of the Ministry of Communications for Harbor and Marine Structure Durability Technology， CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.， Ltd.， Guangzhou 510230， China

隨著海洋港口、碼頭、海上風(fēng)電以及船舶業(yè)的快速發(fā)展，海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)需求量越來越大。但是長期浸泡在海水中會損害原有保護層，銹蝕并破壞混凝土構(gòu)造物中的鋼筋以及鋼結(jié)構(gòu)［1］，因此需要維護和保養(yǎng)破損的保護層。這些結(jié)構(gòu)長期處于水中，而一般的涂料需要在干燥的表面上施工，難以達到帶水甚至水下施工的要求，大大增加了維護成本。環(huán)氧涂料是一種應(yīng)用較為廣泛的防腐涂層材料，與多種基材的粘接力優(yōu)異，耐蝕性好。然而普通的環(huán)氧涂料無法施工于潮濕區(qū)域及水下環(huán)境［2-3］。目前也有關(guān)于濕固化環(huán)氧樹脂涂料的研究見于報道，但普遍存在涂料黏度高、低溫難固化，涂層與被修補界面的粘接力差的問題。本文通過選取黏度較低的環(huán)氧樹脂以及合適的活性稀釋劑對涂料進行降黏，并利用聚酰胺類固化劑的固化產(chǎn)物具有高的彈性和粘接力及耐水性，脂肪胺類固化劑能在常溫下固化，以及酚醛胺類固化劑可在潮濕面快速固化且固化物附著力較好的特點，對固化劑進行共混改性，使涂膜可在低溫、潮濕環(huán)境下粘結(jié)和固化，以維護混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，并研究了所得濕固化環(huán)氧防腐涂料的性能以及相關(guān)的施工工藝。

1　實驗

1. 1 涂料的制備

水下環(huán)氧防腐涂料主要含2個組分，其中A組分以環(huán)氧樹脂為基料，添加各類助劑和顏填料，B為固化劑。配方見表1。

1. 1. 1 環(huán)氧樹脂的選擇

環(huán)氧樹脂包括雙酚F環(huán)氧樹脂、雙酚A環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚環(huán)氧樹脂、四官能度縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂等。本文采用黏度適中、穩(wěn)定性較好的液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹脂作為基料。

表1 濕固化環(huán)氧防腐涂料的基礎(chǔ)配方Table 1 Basic composition of the moisture-curable anticorrosion epoxy coating

1. 1. 2 活性稀釋劑的選擇

活性稀釋劑是一種低分子量、低黏度，能夠參與交聯(lián)固化成膜的環(huán)氧化物，用量一般為 10%左右，加與不加對涂層的性能有直接的影響。本文采用縮水甘油醚類活性稀釋劑——聚乙二醇縮水甘油醚［4］。

1. 1. 3 顏填料及其他助劑的選擇

顏填料由顏料和填料組成，加入顏填料一方面能減少環(huán)氧樹脂的收縮，增強其成膜性，提高涂層的附著力，另一方面有利于降低涂料的成本［5］。顏填料的選擇一般是二氧化硅、磷酸鋅、三氧化鋁、滑石粉、二氧化鈦、玻璃纖維、碳酸鈣等。本文采用一定質(zhì)量的二氧化硅、碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉和磷酸鋅。

1. 1. 4 固化劑的選擇

在潮濕環(huán)境以及水下固化環(huán)氧樹脂需要用到特殊的固化劑，不僅要能潤濕待修補的基材表面，而且要相容于疏水物質(zhì)，因此需具有一定的極性和黏度。因為胺類固化劑含有—NH2基團，能夠與基材產(chǎn)生比水更強的氫鍵作用，并且具有成鹽的可能性，所以選擇胺類固化劑作為水下環(huán)氧固化劑的主要成分［6-8］。本文將聚酰胺類固化劑、脂肪胺類固化劑、酚醛胺類固化劑共混，制備出水下固化性能好的固化劑。

1. 2 涂膜的制備

按表1將A組分各物質(zhì)快速混合均勻，攪拌下按一定的質(zhì)量比緩慢加入B組分，攪拌均勻后即停止，將所得涂料按1.2 ～ 1.5 kg/m2的用量滾涂到置于水中的混凝土試塊上，待其完全固化后取出。

濕固化環(huán)氧涂料因具有水下不分散、無浮油的特性，可采用刷涂和滾涂的方式涂覆，如圖1所示。

圖1 室內(nèi)潮濕面及水下涂覆照片F(xiàn)igure 1 Photos showing how to paint on moisture and underwater surfaces indoor

1. 3 測試方法

分別參照GB/T 1720-1979《漆膜附著力測定法》和GB/T 1728-1979《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》測試涂膜的附著力和固化時間。按GB/T 9274-1988《色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測定》測試180 d內(nèi)涂膜耐3.5% NaCl溶液、耐10% NaOH溶液和耐水的能力。

2　結(jié)果與討論

2. 1 活性稀釋劑的摻量對涂膜附著力的影響

固定環(huán)氧防腐涂料中其他組分的用量不變，研究了活性稀釋劑用量對涂層附著力的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖 2可見，涂層的附著力隨著活性稀釋劑用量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這是由于開始時加入稀釋劑能達到降低環(huán)氧樹脂黏度和提高流動性的目的，使環(huán)氧樹脂能夠更好地交聯(lián)固化反應(yīng)，但活性稀釋劑達到一定的量后，反而會影響環(huán)氧樹脂的交聯(lián)固化反應(yīng)?？紤]到環(huán)氧樹脂的黏度以及涂層的附著力，活性稀釋劑的最佳用量為8%。

2. 2 固化劑的用量對涂膜固化時間的影響

固定A組分用量為3.5份，考察了固化劑用量對涂膜固化時間的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，隨著固化劑用量增加，固化時間不斷縮短。這是因為增加固化劑用量會增多與環(huán)氧樹脂反應(yīng)的基團，加速交聯(lián)反應(yīng)進行。但固化時間太短不利于產(chǎn)品的實際應(yīng)用，尤其是水下涂覆施工，需要潛水員操作，若固化時間過短，則涂料還未涂覆或在涂覆過程中就已固化，達不到與待修補物粘結(jié)的目的。綜合考慮，選擇 A、B組分的質(zhì)量比為3.5∶1，此時涂層的固化時間為8.5 h，既降低了成本又保證了充足的現(xiàn)場操作時間。

圖2 活性稀釋劑的用量對涂層附著力的影響Figure 2 Effect of active diluent content on adhesion strength of coating

圖3 固化劑的用量對環(huán)氧涂料固化時間的影響Figure 3 Effect of curing agent content on curing time of epoxy paint

2. 3 涂膜的基本性能

按最優(yōu)配方與固化比例制備了濕固化環(huán)氧涂料及其涂層，目測涂層外觀平整；在水下涂覆后，涂層的附著力為5.63 MPa，180 d內(nèi)浸泡在3.5% NaCl溶液、10% NaOH溶液和水中，涂膜無破損和脫落，不起泡。由此可見所得涂膜的性能優(yōu)異。

3　施工要點

本文制備的濕固化環(huán)氧防腐涂料已成功應(yīng)用在廣東某電廠水下樁基的保護層修補工程中。其施工工藝應(yīng)遵循以下幾點：

（1） 在刷涂待修補界面前，應(yīng)采用清洗設(shè)備去除微生物附著、老化涂層、油污、銹跡等。

（2） 濕固化環(huán)氧防腐涂料是雙組分體系，應(yīng)用時首先快速混勻組分 A，混合后放置時間不易過長，一般控制在1 ～ 2 h以內(nèi)，以防止分層。然后向組分A中緩慢加入一定量的固化劑B，攪拌不超過5 min，放置待用，采用少量多次的方法，不可持續(xù)攪拌，最佳使用期為1 ～ 2 h，用量一般為1.2 ～ 1.5 kg/m2，對于棱角、轉(zhuǎn)彎等異型結(jié)構(gòu)需要二次涂刷。

4　結(jié)論

本文研制的濕固化環(huán)氧防腐涂料能夠在潮濕及水下直接施工，無需排水，節(jié)省了大量的人力、物力，可用作潮濕以及水下鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土構(gòu)造物的防腐涂料。

［1］ 曹慧軍， 張昕， 韓金， 等. 高固體分環(huán)氧海洋防腐蝕涂料的研究進展［J］. 中國材料進展， 2014， 35 （1）: 20-25， 31.

［2］ 方健君， 覃遠斌， 馬勝軍， 等. 水下施工固化環(huán)氧涂料的研究［J］. 涂料工業(yè)， 2014， 44 （8）: 1-6.

［3］ 陳秀云. 新型防腐蝕水下固化環(huán)氧樹脂涂料［J］. 江蘇化工， 1991 （1）: 46-48.

［4］ 盧松俊， 劉均泉， 陳小勇. WR-112型環(huán)氧樹脂水下固化劑及可帶水帶銹施工涂料研究［J］. 廣東化工， 1985 （3）: 7-9.

［5］ 蔡國棟， 方倩， 郭常青， 等. 環(huán)境友好型水下固化涂料的研制［J］. 中國涂料， 2012， 27 （3）: 41-43.

［6］ 蘇琴. 水下固化涂料的研究［J］. 上海涂料， 1996 （3）: 27-31.

［7］ 張穎懷. 水下和海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)防腐新材料［J］. 新材料產(chǎn)業(yè)， 2013 （11）: 20-25.

［8］ 郭銘， 張鋒， 許永輝. 幾種典型固化劑對環(huán)氧樹脂涂料性能的影響［J］. 中國涂料， 2002， 17 （5）: 27-28， 32.

［ 編輯：杜娟娟 ］

Preparation and application of moisture-curable anticorrosion epoxy coating

ZHANG Lei*， XU Yan-ping

An anticorrosion epoxy coating curable at moisture and underwater conditions was prepared. It consists of two components: component A is composed of low-viscosity bisphenol A epoxy resin， polyethylene glycol diglycidyl ether as active diluent， pigments， fillers and additives； and component B comprises fatty amine curing agent， phenolic amine curing agent and polyamide curing agent. The construction process was introduced in brief. This coating can provide protection to underwater steel structure and ferroconcrete.

epoxy coating； moisture curing； steel structure； ferroconcrete； underwater condition； anticorrosion

TQ630.7

A

1004 - 227X （2016） 14 - 0729 - 04

2016-06-14

2016-06-28

張磊（1985-），男，安徽淮北人，博士，主要從事維修與加固材料的開發(fā)研究。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 2004140233@163.com。