水性環(huán)氧防腐涂料的研制

唐植賢，王君瑞，蔡芬峰 （浙江博星化工涂料有限公司，浙江溫嶺 317500）

水性環(huán)氧防腐涂料的研制

唐植賢，王君瑞，蔡芬峰 （浙江博星化工涂料有限公司，浙江溫嶺 317500）

選用高性能的水性雜化環(huán)氧分散體和固化劑體系，制備了環(huán)保、高效的水性環(huán)氧防腐涂料。確定了水性雜化環(huán)氧分散體和固化劑的最佳配比，討論了化學防銹顏料、填料的用量以及顏料體積濃度（PVC）對涂層防腐性能的影響。

水性雜化環(huán)氧分散體；防銹顏料；顏料體積濃度；水性環(huán)氧防腐涂料

0 引言

長期以來，為了減少金屬腐蝕所造成的損失，人們對金屬的保護采取了各種措施，目前，使用最普遍、最經(jīng)濟、最有效的措施是涂層保護。隨著人們生活水平的不斷提高和環(huán)保意識的日益增強，溶劑型涂料由于其揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量較高，對人體及周圍環(huán)境影響較大，國家新出臺的一些政策法規(guī)已明令限制溶劑型涂料的生產(chǎn)、銷售；水性涂料是以水為分散介質(zhì)的一種安全、無毒、環(huán)保的涂料，其VOC含量低，對環(huán)境無污染，便于貯存和運輸，涂膜性能也與溶劑型涂料相接近，已成為涂料工業(yè)發(fā)展的一個重要方向和研究熱點。而需求量很大的防腐涂料也必將朝著環(huán)保、節(jié)能、高效的水性化方向發(fā)展，國外甚至已經(jīng)提出將水性防腐涂料用于條件苛刻的重防腐體系［1］。

目前，水性防腐涂料主要可分為4類：水性環(huán)氧防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料、水性無機硅酸富鋅防腐涂料和水性聚氨酯防腐涂料。水性環(huán)氧防腐涂料涂膜對基材的附著力高、耐化學品性優(yōu)、涂膜堅硬耐磨，與其它面漆配套性好，已成為目前研究的熱點［2］。

本研究選取水性雜化環(huán)氧分散體為主體樹脂，制備了水性環(huán)氧防腐涂料，分析討論了影響其涂層防腐性能的各種因素。

1 試驗部分

1.1 原材料

AEH-20水性雜化環(huán)氧分散體，美國陶氏化學；水性環(huán)氧固化劑EU5083，上海德坤實業(yè)有限公司；OROTAN731A分散劑，上海凱茵化工有限公司；SN-321C消泡劑，日本諾普科；RM-8W水性聚氨酯增稠劑，美國羅門哈斯；806有機膨潤土，浙江青虹化工有限公司；金紅石型鈦白粉，上海中庸化工；三聚磷酸鋁、磷酸鋅，淄博瑞義化工；沉淀硫酸鋇，山東振華工業(yè)股份有限公司；云母粉，滁州格銳；二丙二醇甲醚（DPM）、二丙二醇丁醚，和氏壁化工；防銹劑，溫嶺化工試劑店。

1.2 儀器設(shè)備

SDF400實驗分散砂磨機，常州市騰蛟機械有限公司；LHS-150SC恒溫恒濕箱，上海一恒科技有限公司；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；QHQ-A便攜式鉛筆硬度計，天津森日達實驗儀器有限公司；附著力測定儀，上海玖縱精密儀器有限公司；耐鹽霧試驗機，眾志檢測儀器（東莞）有限公司；冷軋鋼板，溫嶺五金市場。

1.3 水性環(huán)氧防腐涂料的制備

水性環(huán)氧防腐涂料的基本配方見表1。

表1 水性環(huán)氧防腐涂料的基本配方Table 1 The basic formula of waterborne epoxy anticorrosive coatings

A組分的制備工藝：將自來水、分散劑、防腐劑、消泡劑、806有機膨潤土、金紅石型鈦白粉、三聚磷酸鋁、磷酸鋅、滑石粉、沉淀硫酸鋇、云母粉依次投入攪拌缸中，中速（600～800 r/min）攪拌均勻，砂磨至細度≤50 μm，依次加入二丙二醇甲醚、固化劑EU5083、二丙二醇丁醚、防銹劑，中速攪拌均勻后加入RM-8W增稠劑，調(diào)節(jié)黏度。

B組分AEH-20水性雜化環(huán)氧分散體直接使用。

1.4 樣板的制備及性能測試

1.4.1 樣板的制備

將上述A組分與B組分按質(zhì)量比1∶9的比例混勻，靜置熟化5～10 min，然后按照GB/T 1727—1992《漆膜一般制備法》制備涂膜，常溫靜置養(yǎng)護7 d。

該水性環(huán)氧防腐涂料的施工活化期為8 h。

1.4.2 性能測試

干燥時間：按GB/T 1728—1979（1989）《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》進行測試，其中表干時間按乙法進行測試，實干時間按甲法進行測試。

附著力：按GB/T 9286—1988《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》進行測試。

柔韌性：按GB/T 1731—1993《漆膜耐沖擊測定法》進行測試。

耐水性：按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性測定法》進行測試。

耐沖擊性：按GB/T 1732—1993《漆膜耐沖擊測定法》進行測試。

耐酸堿性：按GB/T 9274—1988《色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測定》中第五章甲法的規(guī)定進行測試。

耐鹽霧性：按GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂膜性能

涂膜性能測試結(jié)果見表2。

表2 涂膜性能測試結(jié)果Table 2 The test results of film performance

2.2 分析討論

2.2.1 水性雜化環(huán)氧分散體與水性環(huán)氧固化劑的配比對涂膜性能的影響

在環(huán)氧固化體系中，固化劑作為一種交聯(lián)劑，其加量的多少直接影響到涂膜的交聯(lián)程度及各項性能，因此水性雜化環(huán)氧分散體與環(huán)氧固化劑的質(zhì)量配比的確定，對涂膜最終的性能至關(guān)重要，其結(jié)果見表3。

表3 水性雜化環(huán)氧分散體與水性環(huán)氧固化劑不同質(zhì)量比對涂膜性能的影響Table 3 The influence of different mass ration between waterborne hybrid epoxy dispersion and waterborne epoxy curing agents on film performance

由表3可見，水性雜化環(huán)氧分散體與水性環(huán)氧固化劑的質(zhì)量比在一定范圍（15～9∶1）內(nèi)時，隨著固化劑用量的增加，涂膜的鉛筆硬度、耐酸性、耐堿性、耐鹽霧性也隨之提高，但繼續(xù)增加固化劑的用量至9～5∶1，其涂膜硬度、耐酸性、耐堿性、耐鹽霧性卻隨之下降，這是因為水性雜化環(huán)氧分散體的環(huán)氧當量為1 200，水性環(huán)氧固化劑的胺當量為113，當水性環(huán)氧固化劑與水性雜化環(huán)氧分散體按1.1∶1的等物質(zhì)的量比反應(yīng)時，其質(zhì)量比應(yīng)為9.6∶1，低于這個數(shù)值，固化劑不足，涂膜交聯(lián)度不夠，影響其機械性能及耐化學品性；高于這個數(shù)值，固化劑過量，多余的固化劑不能形成自交聯(lián)或與空氣中其它物質(zhì)反應(yīng)，殘留在涂膜中，起增塑劑的作用，甚至會導(dǎo)致涂膜表面出現(xiàn)發(fā)黏、不干的現(xiàn)象，從而影響到涂膜的其它性能。在水性雜化環(huán)氧分散體與水性環(huán)氧固化劑的質(zhì)量比為9∶1時，其涂膜的綜合性能最好。

2.2.2 不同防銹顏料對涂層防腐性能的影響

不同防銹顏料對涂層防腐性能的影響見表4。由表4可見，磷酸鋅與三聚磷酸鋁以1∶2的質(zhì)量比復(fù)配時，涂層的耐鹽水性和耐鹽霧性最好，這是因為磷酸鋅與三聚磷酸鋁有相互協(xié)同增效作用，溶于水中的磷酸根、三聚磷酸根能與金屬底材表面的離子復(fù)合，對金屬底材起鈍化作用，既解決了水性涂料在鋼鐵底材上的閃銹問題，成膜后又能釋放緩釋離子，使涂層起到長期的防腐作用。

表4 不同防銹顏料對涂層防腐性能的影響Table 4 The influence of different antirust pigmentson the anticorrosion performance of coating

2.2.3 填料種類及用量對涂層防腐性能的影響

填料種類及用量對涂層防腐性能的影響見表5。

表5 填料種類及用量對涂層防腐性能的影響Table 5 The influence of fillers’ type and amount on the anticorrosion performance of coating

由表5可見，云母粉與沉淀硫酸鋇按質(zhì)量比1∶1的比例復(fù)配時，涂層的耐鹽水性及耐酸性較好，這是因為云母粉的鱗片狀結(jié)構(gòu)能夠有效阻隔空氣中的水汽、氧、氯離子等通過涂層向鋼鐵底材的滲透，對底材有物理屏蔽作用，從而提高了涂層的防腐性能；但云母粉的化學抗性不如惰性的沉淀硫酸鋇，當云母粉與沉淀硫酸鋇以質(zhì)量比1∶1的比例復(fù)配時效果最好。

2.2.4 顏料體積濃度（PVC）對涂層防腐性能的影響

以水性雜化環(huán)氧分散體和水性環(huán)氧固化劑為基料，以云母粉、沉淀硫酸鋇、磷酸鋅、三聚磷酸鋁為顏填料，考察了不同顏料體積濃度對涂層防腐性能的影響，其結(jié)果見表6。

表6 不同顏料體積濃度對涂層防腐性能的影響Table 6 The influence of different PVC on the anticorrosion performance of coating

由表6可見，PVC在30%～45%的范圍內(nèi)，隨著PVC的增加，涂層的耐鹽水性和耐鹽霧性隨之提高，PVC為40%～45%時，涂層防腐效果最好；繼續(xù)提高PVC，涂層的耐鹽水性和耐鹽霧性反而下降，這是因為當PVC較低時，配方中的磷酸鋅、三聚磷酸鋁含量較低，其對金屬底材的鈍化保護作用較弱，涂層的防腐能力不足；隨著PVC的增加，當其超過其臨界顏料體積濃度（CPVC）時，由于涂層中的基料不足以包覆全部的顏料粒子，涂膜中的孔隙率增加，水分、氧、氯等腐蝕介質(zhì)通過孔隙向金屬基層的滲透性增加，涂層的耐腐蝕性下降。本配方的CPVC為44.5%。

影響涂層防腐性能的因素還很多，比如：底材的處理、施工環(huán)境、施工方法、涂層的厚薄、水性環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑的種類等，在此不再一一贅述。

3 結(jié)語

（1） 以水性雜化環(huán)氧分散體和水性環(huán)氧固化劑為基料，以磷酸鋅、三聚磷酸鋁為防銹顏料，以云母粉、沉淀硫酸鋇為填料，制備了一種固化劑添加量少、干燥快、施工活化期長、防腐性能好的水性環(huán)氧防腐涂料。

（2） 研究了水性雜化環(huán)氧分散體和水性環(huán)氧固化劑的質(zhì)量比對涂層防腐性能的影響，試驗結(jié)果表明：當其質(zhì)量比為9∶1時，涂層的防腐性能最好。

（3） 分別討論了防銹顏料以及填料配比對涂層防腐性能的影響，試驗結(jié)果表明：當防銹顏料磷酸鋅與三聚磷酸鋁以質(zhì)量比1∶2的比例，填料云母粉與沉淀硫酸鋇以質(zhì)量比1∶1的比例復(fù)配時，涂層的防腐性能最好。

（4） 當涂料的顏料體積濃度（PVC）在40%～45%時，涂層的防腐性能最好。

1 蔡繼權(quán)，劉江濤，吳勇.水性環(huán)氧防腐涂料的研制［J］.涂料技術(shù)與文摘，2013（3）：20-24.

2 曾偉杰，陳偉強.水性防腐涂料的研究進展［A］.中國涂料、顏料行業(yè)工作年會論文集［C］.北京：中國涂料工業(yè)協(xié)會，2015：184-187.

Abstract：An environmentally-friendly and efficient waterborne epoxy anticorrosive coatings was prepared by using high-performance water-based hybrid epoxy dispersion and curing agent system. The optimum ratio of waterborne hybrid epoxy dispersion and curing agent was determined. The influences of the amount of chemical antirust pigments and fillers，and the volume concentration of pigments（PVC）on the corrosion resistance of the coating were discussed.

Key Words：water-based hybrid epoxy dispersion；antirust pigment；volume concentration of pigment；wateborne epoxy anticorrosive coatings

Development of Waterborne Epoxy Anticorrosive Coatings

Tang Zhixian，Wang Junrui，Cai Fenfeng
（Zhejiang Boxing Chemical Coatings Co.，Ltd.，Wenling Zhejiang，317500，China）

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）04-0020-04

2017-01-21

唐植賢（1970—），男，1996年畢業(yè)于湘潭大學化學系，本科學歷，目前主要從事合成樹脂乳液、水性建筑涂料、地坪涂料等的研發(fā)工作。