船舶用水性環(huán)氧涂料的研制探析

李念偉

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各類船舶需求量不斷提升，為了保證船舶生產(chǎn)品質(zhì)，則需要在技術(shù)上不斷創(chuàng)新，全面滿足生產(chǎn)需求。水性涂料在船舶涂裝領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，能夠全面提升船舶壽命。水性環(huán)氧樹脂主劑和固化劑篩選是生產(chǎn)的關(guān)鍵，只有全面優(yōu)選才能保證防銹顏料和助劑性能的穩(wěn)定，提高涂料的良好效果。

關(guān)鍵詞：水性涂料；船舶涂裝；配方設(shè)計(jì)；環(huán)境保護(hù)

中圖分類號(hào)：TQ63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

環(huán)境保護(hù)已經(jīng)深入人心，并在全世界范圍內(nèi)深入開展，我國(guó)也突破了傳統(tǒng)領(lǐng)域，在生產(chǎn)意識(shí)上有了全面的發(fā)展，新理念推動(dòng)新技術(shù)，各行各業(yè)，已經(jīng)形成了環(huán)境友好型發(fā)展，涂料是應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品，也已經(jīng)在環(huán)保建設(shè)上取得了成就，其發(fā)展速度越來越快，全面進(jìn)入發(fā)展的快行道，在創(chuàng)新領(lǐng)域中，高固體、無溶劑和水性化已經(jīng)成為當(dāng)前主流方向，在生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)形成了推廣與應(yīng)用，并在下一步研發(fā)中，得到深入拓展。船舶涂料水性化主要就是在造船業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的新技術(shù)開發(fā)，全面滿足了環(huán)保要求，產(chǎn)品技術(shù)附加值不斷擴(kuò)大，通過環(huán)保類型涂料的生產(chǎn)，能夠有效保護(hù)施工人員健康。

隨著船舶業(yè)的發(fā)展，水性涂料也已經(jīng)形成了大規(guī)模的推廣，特別是在船舶涂裝領(lǐng)域中，更是得到了國(guó)際同業(yè)認(rèn)可。任何先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)都存在一定的缺陷，水性涂料也受自身的影響存在蒸發(fā)潛熱高、干燥條件苛刻、配方設(shè)計(jì)復(fù)雜等問題，只有全面研發(fā)好環(huán)氧水性涂料，做好配方改進(jìn)與設(shè)計(jì)，才能推動(dòng)船舶業(yè)進(jìn)步。

1 水性環(huán)氧涂料成膜機(jī)理

雙組分水性環(huán)氧涂料有其自身特殊性，成膜機(jī)理和一般的聚合物乳液涂料是不同的，更和溶劑型環(huán)氧樹脂有著巨大的差別。從整體看，成膜過程有物理過程和化學(xué)過程兩個(gè)形態(tài)，這就要根據(jù)分散相粒徑、分散相環(huán)氧顆粒黏度和玻璃化溫度等有直接關(guān)系，同時(shí)，還受到固化劑和環(huán)氧樹脂相容性的影響，只有全面解決了上述不相容問題，才能保證涂料性能不變，提高產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)具有脂肪族羥基、醚鍵和活潑性環(huán)氧基團(tuán)等成分，羥基和醚鍵具有極性，分子可與相鄰界面之間的游離鍵反應(yīng)，形成非常牢固的化學(xué)鍵，這樣涂膜就具備了較為良好的物理機(jī)械性能，增強(qiáng)了表面附著力，增強(qiáng)了硬度，在金屬表面，其整體附著力更加強(qiáng)大，能夠滿足船舶建設(shè)需要；因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中具有苯環(huán)和醚鍵，就顯得格外稠密，涂膜整體耐化學(xué)和耐油性也表現(xiàn)良好，對(duì)環(huán)境要求不高，在堿性環(huán)境中表現(xiàn)更加優(yōu)良，防銹功能非常好，我們?cè)谶M(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，一定要認(rèn)真選取原材料，使高性能防銹顏料得到應(yīng)用，這樣就可以制備效果更加良好的雙組分水性環(huán)氧金屬防腐蝕涂料，進(jìn)一步提升了防銹效果，船舶在海洋中使用，往往受到海水的影響較大，其腐蝕性更強(qiáng)，要想全面解決好船舶在海洋中的防腐問題，則需要在涂料產(chǎn)品生產(chǎn)上提高效果，生產(chǎn)的原材料一定要合理科學(xué)的選取乳液、固化劑、干燥促進(jìn)劑和消泡劑等，通過各種成分的合理配方，不斷進(jìn)行試驗(yàn)試制，制造出性能更加穩(wěn)定的涂料，滿足船舶航運(yùn)需求。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料

為了提高研發(fā)效果，獲取可參照的有用數(shù)據(jù)，我們需要選取不同性能的原料進(jìn)行系統(tǒng)試制，做好試驗(yàn)記錄，試驗(yàn)中選取的材料包括水性環(huán)氧樹脂、消泡劑、干燥促進(jìn)劑、流平劑及其他相關(guān)的試樣助劑，確保試驗(yàn)配方比例選定，保證試驗(yàn)效果。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

為了保證試驗(yàn)率，則要合理選取有用的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，一般情況下需要使用高速分散機(jī)、氣相色譜、液50～200μm（QTC）、天平、梅特勒、相色譜、456易高膜厚表、濕膜涂布器、光澤度儀和三角度智能光澤度儀等，只有良好的設(shè)備，才能精準(zhǔn)提取數(shù)據(jù)，獲得想要的精確結(jié)論。

2.3 試驗(yàn)配

在試驗(yàn)前，需要合理進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，要進(jìn)行多輪篩選確定最佳產(chǎn)品配方。

2.4 制備過程

整個(gè)試驗(yàn)需要嚴(yán)格步驟，對(duì)各流程做好控制，整體制備過程如下：一定量的蒸餾水倒入容器，把高速分散機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，至300 r/min，不斷進(jìn)行攪拌后連續(xù)加入。根據(jù)配方比例，適量倒入潤(rùn)濕劑、分散劑、防銹顏料和填料等，嚴(yán)格比例配方，確保按照順序倒入，高剪切力砂磨分散30min，保證細(xì)度要求，加入水性環(huán)氧樹脂內(nèi)，對(duì)所有配料進(jìn)行混合后，再一次倒入消泡劑、流平劑、pH值調(diào)節(jié)劑和增稠流變劑等，再開啟設(shè)備對(duì)上述原料進(jìn)行低速攪拌混合后，整個(gè)水性金屬防腐蝕涂料制備完畢，根據(jù)配方情況對(duì)上述試驗(yàn)進(jìn)行分析，得出結(jié)論結(jié)果。

3 配方設(shè)計(jì)思路與討論

3.1 配方設(shè)計(jì)思路

整個(gè)配方思路明晰，配置合理，在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)水性環(huán)氧涂料進(jìn)行性能屬性分解，以此滿足船舶使用要求，達(dá)到防腐目的，涂料性能需要保持穩(wěn)定，具備施工要求，保證施工品質(zhì)。為了保證配方精準(zhǔn)，材料性能穩(wěn)定，則需要對(duì)環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑進(jìn)行嚴(yán)格控制，嚴(yán)格模擬船舶運(yùn)行環(huán)境，嚴(yán)格助劑理化性能，使各方面條件得到完善。雙組分水性環(huán)氧涂料非均相性，水相中固化劑向環(huán)氧樹脂乳膠粒中的擴(kuò)散對(duì)固化成膜作用在制備中非常關(guān)鍵，配方是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在制備過程中，環(huán)氧樹脂乳膠粒大小滿足生產(chǎn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了固化劑擴(kuò)散速率、反應(yīng)進(jìn)程等要求，在生產(chǎn)中均得到了全面的改進(jìn)與提升。防銹顏料是重點(diǎn)，充分考慮三聚磷酸根離子能與底材的金屬離子有更強(qiáng)的粘合力，船舶表面鈍化膜硬度強(qiáng)，所以在使用中，選擇了這種性能穩(wěn)定的防銹顏料，通過試驗(yàn)結(jié)果，我們得出結(jié)論，原料性能良好，選擇標(biāo)準(zhǔn)，最終配方是能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)要求的。

3.2 水性環(huán)氧樹脂固化

配方固化進(jìn)程和特性非常關(guān)鍵，需要在試驗(yàn)過程中，全面進(jìn)行了解與掌握，要借助紅外色譜分析的方法，對(duì)涂料固化表征進(jìn)行系統(tǒng)研究，進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品反應(yīng)程度。對(duì)涂有試樣膜片在恒溫、恒濕環(huán)境中掃描，提取水性環(huán)氧樹脂固化表征。

水性涂料稀釋劑為水，水張力72.6 MN/m，比其他類型有機(jī)溶劑大很多，很難浸潤(rùn)底材并出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象，而在我們的配方中使用了水性環(huán)氧樹脂和氣化助劑，全面解決了分散差的問題，簡(jiǎn)化了施工條件與環(huán)境，良好的顏料、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑，提升了面漆美觀效果，有效解決了水性涂料產(chǎn)生閃銹的現(xiàn)象。

4 水性環(huán)氧涂料應(yīng)用

船舶艙室施工受到各方面的影響較多，特別是居住艙室、機(jī)艙等部位整體空間不大，施工過程通風(fēng)不夠，有一些需要同時(shí)進(jìn)行的作業(yè)項(xiàng)目，無法形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，管理不當(dāng)，很容易出現(xiàn)中毒事故。水性涂料干燥條件比溶劑型涂料要更嚴(yán)格，對(duì)溫度、濕度有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。水蒸發(fā)潛熱比溶劑高，水蒸發(fā)潛熱2457.22 kJ/kg，5℃以下需要停止施工。美國(guó)湛新公司EP 384W/53WAMP為水性環(huán)氧涂料，這類涂料初期干燥性較好，特別是與金屬、混凝土基材附著力更強(qiáng)，全面提高了船塢、船臺(tái)施工效果，在實(shí)際施工中，對(duì)環(huán)境的要求并不高，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，可以在5℃以上露天環(huán)境中施工，全面擴(kuò)大了濕度耐受力。

結(jié)語

船舶涂料性能好壞，直接影響到船舶業(yè)發(fā)展，以往涂料存在一定的毒性，對(duì)人體造成傷害，隨著涂料由低毒到環(huán)境友好型的轉(zhuǎn)變，涂料已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，只有不斷加大涂料研究力度，才能研發(fā)出有更高經(jīng)濟(jì)附加值的產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)品逐漸向更環(huán)保、更健康的方向健康發(fā)展。

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