集裝箱用水性環(huán)氧涂料的制備及性能研究

劉正偉 （麥加芯彩新材料科技（上海）股份有限公司，上海 201801）

0 引言

水性涂料因其揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量低，符合環(huán)保要求，近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。全球約95 %的集裝箱在中國(guó)制造，2017年4月，集裝箱行業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)始“禁油推水”，全面使用水性涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油性涂料。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，水性涂料用原材料越來(lái)越趨于穩(wěn)定，尤其在涂層的防腐性、初期耐水性方面有了極大的提升，基本和傳統(tǒng)的油性涂料性能相當(dāng)。

本研究采用實(shí)驗(yàn)室自制的乳化劑及相反轉(zhuǎn)法乳化環(huán)氧樹(shù)脂，制得性能穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液，將其用于集裝箱，所得涂層不僅具有良好的機(jī)械性能，而且具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐濕熱性，應(yīng)用前景廣闊。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料和儀器

雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E20、E44、E51，國(guó)都化工；固化劑38-1，亨斯曼；乳化劑、蒸餾水，實(shí)驗(yàn)室自制；分散劑、流平劑，BYK；消泡劑、潤(rùn)濕劑，TEGO；增稠劑，DOW；防閃銹劑，美國(guó)瑞寶；鈦白粉，四川龍蟒；云母粉、滑石粉、沉淀硫酸鋇，國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)；溶劑，國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)。

激光粒度分析儀，Beckman Coulter公司；高速分散機(jī)，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司。

1.2 水性環(huán)氧乳液的制備

將環(huán)氧樹(shù)脂、乳化劑和丙二醇甲醚溶劑按質(zhì)量比45∶5∶7的比例加入到三口燒瓶中，加熱至90 ℃使其混合均勻，在2 000 r/min轉(zhuǎn)速下緩慢滴加23份蒸餾水，滴加完畢后分散一定的時(shí)間，加入剩余的20份蒸餾水，繼續(xù)分散一定的時(shí)間，即得到水性環(huán)氧乳液。

1.3 試驗(yàn)配方

根據(jù)集裝箱涂料的技術(shù)要求和各組分的搭配，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定了集裝箱用水性環(huán)氧涂料的基本配方，見(jiàn)表1。

表1 基本配方Table 1 Basic formula

1.4 制漆工藝

甲組分：在調(diào)漆罐中邊攪拌邊加入水、分散劑、消泡劑和水性環(huán)氧乳液，攪拌均勻后，加入顏填料，繼續(xù)攪拌均勻，高速分散至細(xì)度達(dá)到要求（≤50 μm），邊攪拌邊加入流平劑、潤(rùn)濕劑、增稠劑和防閃銹劑，最后調(diào)整黏度，過(guò)濾待用。

乙組分：在調(diào)漆罐中加入固化劑38-1、助溶劑、水，攪拌均勻，過(guò)濾待用。

1.5 樣板的制作及性能指標(biāo)

將甲組分與乙組分按照質(zhì)量比10∶1混合，攪拌均勻后制作樣板。當(dāng)樣板于室溫放置7 d后，根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 涂料性能測(cè)試結(jié)果Table 2 The results of coatings performance

由表2可見(jiàn)，自制的水性環(huán)氧涂料不僅具有良好的機(jī)械性能，而且具有優(yōu)異的耐濕熱性和耐腐蝕性，完全能滿足集裝箱防腐的要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂的選擇

分別采用環(huán)氧樹(shù)脂E20、E44、E51制備水性環(huán)氧乳液，用激光粒度分布儀檢測(cè)其粒徑，分別制備水性環(huán)氧涂料并檢測(cè)其性能，結(jié)果如表3所示。從表3的結(jié)果可以看出，用E20制備的水性環(huán)氧乳液具有較好的綜合性能；用E44乳化的環(huán)氧乳液所得涂層盡管耐鹽霧性還可以，但是耐濕熱性不好；用E51乳化的環(huán)氧乳液因其含有較多的反應(yīng)基團(tuán)，涂層交聯(lián)密度較大，柔韌性較差。

表3 環(huán)氧樹(shù)脂的選擇Table 3 Selection of epoxy resin

2.2 乳化溫度的影響

以E20環(huán)氧樹(shù)脂為基料，考察乳化溫度（70 ℃、80 ℃、90 ℃、95 ℃）對(duì)乳液粒徑和涂層性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 乳化溫度的影響Table 4 The effects of emulsification temperature

由4表結(jié)果可以看出，當(dāng)乳化溫度在90 ℃以上時(shí)，乳液的粒徑、涂層的耐濕熱性和耐腐蝕性能良好。

2.3 分散強(qiáng)度的影響

以E20環(huán)氧樹(shù)脂為基料，乳化溫度90 ℃，分別在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min轉(zhuǎn)速下制備水性環(huán)氧乳液，考察分散強(qiáng)度對(duì)乳液粒徑及涂層性能的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 分散強(qiáng)度的影響Table 5 The effects of dispersion speed

由表5的結(jié)果可以看出，分散機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，乳液的粒徑、涂層的耐濕熱性和耐腐蝕性能表現(xiàn)最佳。

2.4 乳化劑用量的影響

在配方及制備工藝均不變的條件下，僅改變?nèi)榛瘎┑挠昧?，考察其?duì)乳液粒徑和涂層性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 乳化劑用量的影響Table 6 The effects of emulsifier dosage

由表6的結(jié)果可以看出，乳化劑用量為5 %時(shí)，乳液的粒徑、涂層耐濕熱性和耐腐蝕性表現(xiàn)最佳。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理篩選水性環(huán)氧乳液的基礎(chǔ)原料，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)找出適宜的乳化劑用量、優(yōu)化乳化溫度、設(shè)定合適的分散強(qiáng)度制得了性能穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液，用其制備的水性環(huán)氧涂層具有良好的機(jī)械性能，優(yōu)異的耐濕熱性和耐腐蝕性能，能夠滿足集裝箱防腐涂層的性能要求，該涂料VOC排放極低，符合環(huán)保要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。