高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的研制

沈春華 （上海華誼精細(xì)化工有限公司技術(shù)中心，上海 200062）

0 引言

1 試驗(yàn)部分

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷深入，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已然成為我國(guó)主要的GDP增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家的城市化率高達(dá)80%～90%，而我國(guó)2019年的城市化率剛突破60%，根據(jù)摩根士丹利發(fā)布的藍(lán)皮書(shū)報(bào)告，至2030年，中國(guó)的城市化率將升至75%，有著非常廣闊的發(fā)展前景。城市化建設(shè)中的重點(diǎn)項(xiàng)目之一便是鋼結(jié)構(gòu)建筑物（包括：機(jī)場(chǎng)、橋梁、場(chǎng)館等基礎(chǔ)設(shè)施）的建造。龐大的鋼結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)，伴隨著龐大的配套涂料市場(chǎng)。其中，環(huán)氧云鐵中間漆就是用量最多的涂料品種之一。由于傳統(tǒng)環(huán)氧云鐵中間漆使用固體環(huán)氧樹(shù)脂為原料，且云鐵的占比很大，而云鐵的相對(duì)密度較高，使得環(huán)氧云鐵中間漆的整體體積固含量偏低，需要多道施工才能達(dá)到相應(yīng)的膜厚，大大降低了施工效率，也無(wú)法滿足目前快節(jié)奏的城市化建設(shè)需求。同時(shí)，傳統(tǒng)環(huán)氧云鐵中間漆的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量較高，與節(jié)能減排的環(huán)保趨勢(shì)不符。

本研究以液體環(huán)氧樹(shù)脂和古馬隆樹(shù)脂為基料，以改性胺為固化劑，通過(guò)選擇合適的顏填料，制備了高固體分環(huán)氧云鐵中間漆。

1.1 主要原材料

液體環(huán)氧樹(shù)脂、古馬隆樹(shù)脂液、腰果酚環(huán)氧稀釋劑；改性酚醛胺固化劑（1、2、3）、聚酰胺改性酚醛胺固化劑（1、2）、改性脂肪胺固化劑（1、2）、聚酰胺固化劑；碳酸鈣、云母氧化鐵、有機(jī)膨潤(rùn)土等。

1.2 樣板制備

環(huán)氧云鐵中間漆在噴涂前均用質(zhì)量比4∶1的二甲苯與丁醇混合溶劑稀釋至合適的黏度，空氣噴涂時(shí)添加約20%的稀釋劑量，高壓無(wú)氣噴涂時(shí)添加約10%的稀釋劑量。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)：

底材：75 mm×150 mm×3 mm噴砂鋼板，粗糙度 ：40～80 μm。

采用空氣噴涂，配套方案按照J(rèn)T/T 722—2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》中的C5-M環(huán)境要求，先噴涂1道水性無(wú)機(jī)富鋅底漆（干膜厚80 μm），24 h后噴涂1道環(huán)氧云鐵中間漆（干膜厚160 μm），24 h后再噴涂2道氟碳面漆，每道40 μm，共80 μm，噴涂間隔24 h。

環(huán)氧云鐵中間漆耐熱海水試驗(yàn)采用單涂層試板，空氣噴涂1道，干膜厚度220 μm。

所有樣板在進(jìn)行封邊和相應(yīng)處理后均在溫度23 ℃、濕度（50±5）%的恒溫恒濕室中養(yǎng)護(hù)7 d。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：

底材：鋼箱梁配件。噴砂處理至粗糙度40～80 μm。采用高壓無(wú)氣噴涂，先噴涂1道水性無(wú)機(jī)富鋅底漆（干膜厚80 μm）；18 h后再噴涂1道環(huán)氧云鐵中間漆（干膜厚220 μm以上）。

1.3 性能測(cè)試

按表1中的檢測(cè)方法進(jìn)行涂料性能的測(cè)定。

表1 鋼結(jié)構(gòu)用高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的性能測(cè)試方法Table 1 Performance test methods of high solids epoxy cloud iron intermediate paint for steel structure

2 結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)脂對(duì)漆膜性能的影響

液體環(huán)氧樹(shù)脂比固體環(huán)氧樹(shù)脂黏度低，更適合用來(lái)制備高固體分涂料。古馬隆樹(shù)脂液以分子水平均勻分散于液體環(huán)氧樹(shù)脂基體中形成分子復(fù)合材料，環(huán)氧樹(shù)脂和古馬隆樹(shù)脂需要有較好的相容性才能得到理想的性能，兩者的極性需要相近，從而對(duì)古馬隆樹(shù)脂的羥值有一定的要求。不同羥值的古馬隆樹(shù)脂與液體環(huán)氧樹(shù)脂的混溶性結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同羥值的古馬隆樹(shù)脂與液體環(huán)氧樹(shù)脂的混溶性Table 2 Miscibility of coumarone resin with different hydroxyl values and liquid epoxy resin

表2結(jié)果表明，羥值為80 mgKOH/g的古馬隆樹(shù)脂，與液體環(huán)氧樹(shù)脂的混溶性較好。

腰果酚環(huán)氧稀釋劑中的環(huán)氧基團(tuán)可以與胺固化劑反應(yīng)交聯(lián)，同時(shí)其側(cè)鏈上的長(zhǎng)碳鏈有助于潤(rùn)濕粉料與底材，降低體系黏度和提高附著力。單官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)還能稍微降低小分子液體環(huán)氧的交聯(lián)密度，進(jìn)而降低其脆性。腰果酚環(huán)氧稀釋劑的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。

圖1 腰果酚環(huán)氧稀釋劑的結(jié)構(gòu)式Figure 1 Structure formula of cashew phenol epoxy diluent

腰果酚環(huán)氧稀釋劑的用量對(duì)涂料性能的影響見(jiàn)表3。

表3 腰果酚環(huán)氧稀釋劑的用量對(duì)涂料性能的影響Table 3 Effect of cashew phenol epoxy diluent content on the performance of coatings

由表3可見(jiàn)，隨著腰果酚環(huán)氧稀釋劑用量的增加，主漆黏度大幅降低，但涂層的耐熱海水性也呈斷崖式下跌，因此其用量不宜超過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂的5%。

2.2 固化劑對(duì)漆膜性能的影響

胺固化劑是環(huán)氧涂料性能的主要貢獻(xiàn)組分，其不僅影響著漆膜的干性、可操作時(shí)間等施工性能，更影響著漆膜的耐鹽霧性和附著力等防腐蝕性能。

不同固化劑對(duì)漆膜性能的影響見(jiàn)表4。聚酰胺有一定的抗水汽作用，其柔韌性也較好，與酚醛胺一起改性后可以改善其干性慢的缺點(diǎn)，而純酚醛胺干性太快，會(huì)大大降低涂料的可操作時(shí)間，引起施工的不便。由表4可見(jiàn)，聚酰胺改性酚醛胺（1+2）可以同時(shí)滿足干性、可操作時(shí)間和防腐蝕性能的要求。

表4 不同固化劑對(duì)漆膜性能的影響Table 4 The Influences of different curing agents on the performance of film

2.3 碳酸鈣對(duì)漆膜性能的影響

研制高固體分涂料的關(guān)鍵點(diǎn)之一，就是選用低吸油量的粉料來(lái)降低體系的黏度，低相對(duì)密度、低吸油量的粉料可降低混合相對(duì)密度，增加涂料的理論涂布率。

碳酸鈣［1］和一些常用填料的性能數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 碳酸鈣和一些常用填料的性能數(shù)據(jù)對(duì)比Table 5 Performance data comparison of calcium carbonate and some commonly used fillers

采用碳酸鈣替代部分其他填料后，與對(duì)照環(huán)氧云鐵中間漆的性能對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 新環(huán)氧云鐵中間漆與對(duì)照樣的性能對(duì)比Table 6 Comparison of performance between new epoxy mica iron oxide intermediate paint and control sample

由表6可見(jiàn)，碳酸鈣可以降低混合相對(duì)密度，提高涂布率和一次性成膜厚度，且其吸油量較低，能夠得到體積固含量70%甚至80%以上的高固體分產(chǎn)品。

2.4 云母氧化鐵的含量對(duì)漆膜性能的影響

當(dāng)配套體系為環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆時(shí)，由于紫外光的光能小于氟碳（F—C）共價(jià)鍵的鍵能，當(dāng)紫外光照射到氟碳涂層表面時(shí)，除少量被吸收外，95%的紫外光透過(guò)氟碳面漆（60～70 μm）到達(dá)環(huán)氧云鐵中間涂層，經(jīng)片狀云母氧化鐵的屏蔽和反射，延緩紫外光對(duì)成膜物（環(huán)氧樹(shù)脂）的破壞和老化，延長(zhǎng)涂層體系的使用壽命［2］。

云母氧化鐵的含量對(duì)配套涂層體系性能的影響見(jiàn)表7。

表7 云母氧化鐵含量對(duì)配套涂層體系性能的影響Table 7 Effect of the content of mica iron oxide on the performance of matching coating system

從表7中的數(shù)據(jù)可以看出，云母氧化鐵含量對(duì)配套涂層的耐鹽霧性有著較明顯的影響，其含量越多，涂層的耐鹽霧性越好，片狀的云母氧化鐵起到了良好的電化學(xué)絕緣效果，有效阻止了電解液的滲透［3］；而加速老化試驗(yàn)后的漆膜附著力和面漆失光率的變化并不明顯，即云母氧化鐵含量對(duì)涂層耐老化性的影響并不明顯。同時(shí)由于云母氧化鐵的相對(duì)密度較高，其含量過(guò)高會(huì)降低體系的體積固含量，選擇37%左右的云母氧化鐵含量，可以兼顧體系的體積固含量和漆膜抗性。

2.5 高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的配方

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)，最終確定了高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的配方，見(jiàn)表8。

表8 高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的配方Table 8 Formulation of high solids epoxy mica iron oxide intermediate paint

3 高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的性能評(píng)價(jià)

3.1 防腐蝕性能測(cè)試

按照國(guó)標(biāo)GB/T 6822—2007《船體防污防銹漆體系》進(jìn)行耐88 ℃熱海水試驗(yàn)；按照GB/T 6748—2008《船用防銹漆》進(jìn)行耐鹽霧試驗(yàn)，并同時(shí)與對(duì)照樣作對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表9。由表9可見(jiàn)，采用碳酸鈣替代部分其他填料，采用適當(dāng)?shù)脑颇秆趸F用量，結(jié)合各種樹(shù)脂和固化劑的選用，提高固體含量后的環(huán)氧云鐵中間漆的拉開(kāi)法附著力、耐鹽霧性和耐熱海水性等防腐蝕性能均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表9 高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的防腐蝕性能Table 9 Anti-corrosion performance of high solids epoxy mica iron oxide intermediate paint

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工性能

高固體分環(huán)氧云鐵中間漆一次成膜厚度可達(dá)278 μm不流掛，同時(shí)拉開(kāi)法附著力可達(dá)7 MPa，高于標(biāo)準(zhǔn)要求的5 MPa，可節(jié)約施工時(shí)間，也為客戶節(jié)約了成本。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 選用液體環(huán)氧樹(shù)脂和羥值80 mgKOH/g左右的古馬隆樹(shù)脂作為高固體分環(huán)氧云鐵中間漆的成膜樹(shù)脂。

（2） 選用聚酰胺改性酚醛胺固化劑，可以兼顧漆膜干性、可操作時(shí)間和防腐蝕性能的要求。

（3） 采用碳酸鈣作為主體填料，降低主漆黏度的同時(shí)降低混合相對(duì)密度，增加涂料的體積固含量和涂布率。

（4） 甲組分中云母氧化鐵含量在37%左右時(shí)，可以得到較好的耐鹽霧性能、耐老化性和較高的體積固含量。

（5） 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)表明，研制的高固體分環(huán)氧云鐵中間漆一次成膜干膜厚度可達(dá)278 μm不流掛，拉開(kāi)法附著力可達(dá)7 MPa。