水性环氧防腐涂料的研究与制备

水性环氧防腐涂料的研究与制备

管莹,闫辉

510106198707110423    510823197005021477  绵阳  622000

摘要：结合具体的水性环氧防腐涂料的工作和环境特点，考察不同自制水性环氧乳液、自制环氧固化剂，环境友好型防锈颜料，在水性双组分环氧涂料中对附着力、耐冲击、耐水耐盐雾性的影响。从水性环氧固化剂、水性环氧乳液原材料选取、搭配，防锈颜料的选择等多个影响涂料性能的因素和条件进行分析，以求分析出影响漆膜各项性能的最大因素。获得水性双组分环氧防腐涂料最佳方案。

关键词：水性；改性胺；环氧乳液；防锈颜料

引言：

水性双组分环氧防腐涂料因其性能突出而获得市场广泛认可。近年来从环氧乳液方面，环氧固化剂方面还是防锈颜料方面对其性能影响进行研究的文章不少[1-2]。但从自主合成环氧乳液和固化剂出发，探讨环氧乳液、环氧固化剂和防锈颜料这3个对环氧防腐涂料性能影响最大的因素的相关文章较少。结合工程机械、汽车零部件等应用领域对漆膜的性能要求，以及可能出现的高湿度涂装，本文通过测试漆膜的早期（24h）耐水性，耐盐雾性、附着力和耐冲击性，分析水性改性胺环氧固化剂、水性环氧乳液原材料的选取、搭配，以及防锈颜料的选择搭配对涂料性能的影响，找出能平衡涂料稳定性和漆膜各项性能的环氧乳液和环氧固化剂方案，同时获得水性双组分环氧防腐涂料最佳方案。

一、实验部分

1.1、实验原料及步骤

水性改性胺环氧固化剂：在干燥氮气保护下，将三乙烯四胺TETA（分析纯）投入到装有回流冷凝管、温度计及搅拌器的500 ml四口反应瓶中，在65±5℃时滴加环氧E51（巴陵石化）和PM混合物，反应4 h得到TETA与E51加成物；升温至70±5℃，滴加聚乙二醇二缩水甘油醚PEGDGE 215，反应3 h；升温至75±5℃，滴加单环氧化合物BEG（江苏森菲达）封端，反应至活泼氢当量为（120±10），最后加入去离子水稀释到60%固含。

环氧乳液：将E20溶于PM中，加入用PEG-8000、PEG4000（陶氏）自制的反应型乳化剂，在65-75℃，高速分散(2000-3000/min)下缓慢加入去离子水直至相转换，稀释至所需的固含和粘度。

1.2、水性环氧防腐涂料的制备

水性环氧防腐涂料的基础配方如表1所示：

水性环氧防腐涂料的制备方法如下：

A组分的制备：将1-8项，加入分散研磨罐中，1 000~2 000 r/min 下高速搅拌 10~20 min，灌入锆珠，进行研磨，研磨至细度≤30 μm，出料。依次加入9-12项500~1 000 r/min 高速搅拌，最后用增稠剂调整黏度合格即可。

B组分的制备：15-17项搅匀即可。

1.3、涂膜的制备和测试分析

冷轧钢板除油，80 目砂纸打磨，酒精清洁。压缩空气喷涂，控制干膜厚度在（40±10）μm，养护24 h 后，测试涂膜耐水性。控制干膜厚度（60±10）um，养护168h后测试耐盐雾性。耐冲击和附着力试样制备和测试方法按HG/T 4759《水性环氧树脂防腐涂料》进行测试。

二、结果与讨论

2.1、环氧固化剂、环氧乳液的影响

基于环氧乳液和环氧涂料良好的存储稳定性，环氧固化剂在水中能形成均匀稳定状态，同时能够较好地互溶于环氧乳液，形成均匀稳定的多相体系。本实验合成的环氧乳液和环氧固化剂如表2所示。环氧防腐涂料方案选择磷酸锌6%和改性三聚磷酸铝2%为复合防锈颜料，1250目硫酸钡20%为体质填料。颜基比为42％，环氧基团／胺氢当量比为0.8，涂膜测试结果见表3

从表3可以看出，在相同的交联密度下，固化剂2比固化剂1耐水差，耐冲击和附着力好，分析是因为固化剂2中的亲水性物质TETA和PEGDGE占比高，亲水性太强，造成漆膜耐水性差；PEGDGE中的聚乙二醇链段结构，分子链长且韧性好，降低了涂料颜基比较高的情况下，漆膜易脆，易造成耐冲击和划格附着力下降的影响。环氧乳液1耐水性明显比环氧乳液2差，分析是因为PEG4000制的反应型乳化剂乳化性和稳定性比PEG8000差，为确保乳液和涂料的稳定性，PEG4000制的反应型乳化剂必须加较多的量，亲水性增强。本实验中，第四组实验较好的平衡了24h早期耐水，附着力和耐冲击，但24h早期耐水性还有待提高。

2.2、防锈颜料的影响

在水性环氧防腐涂料中，防锈颜料对漆膜的防腐性起着重要作用。磷酸锌可与金属基材形成以磷酸铁为主体的坚固保护膜。该保护膜不溶于水，具有较高的硬度和优异的附着力，起到了阳极钝化的作用[3]。三聚磷酸铝，其解离后的磷酸根产物为P3O105－离子，可与金属钢材中被腐蚀后生成的产物Fe2＋与Fe3＋相络合，生成的两种价态的铁离子络合物，形成三聚磷酸铁保护膜。[4]有容化工的无机缓蚀剂属于离子交换型防锈颜料，缓蚀离子按“需”释放，可长久地保持涂层完整。君江科技的磷锶酸锌是环保低毒材料，可以替代传统重金属超标的锶铬黄防锈材料，涂料配方中占比2%，可以通过GB 30981-2020工业防护涂料中有害物质限量。作用机理，根据实际使用分析，应该也是与基材形成钝化保护膜。

设计5个涂料方案，如表4。漆膜测试结果见表5和表6。

表4 环氧防腐涂料方案

从表5可以看出，不加防锈颜料，仅靠加入片状填料，增长水和氧的扩散路径的情况下，对漆膜早期耐水和耐盐雾帮助不大。加入防锈颜料后除了对耐盐雾有很大的提升，对早期耐水的影响也很显著。分析是因为防锈颜料和基材形成的保护膜不仅起到了阻隔作用，还增加了漆膜和基材的附着力，从而明显提高了早期耐水性。方案③-⑤，各项性能差别不大，说明防锈颜料的加入和合理搭配，比之环氧乳液和固化剂选择，对漆膜早期耐水和耐盐雾起到了决定性作用。

从表5和表6可以看出，在高湿条件下施工和养护，早期耐水和盐雾都会有所下降，但方案①和②性能下降明显，方案③-⑤性能下降幅度小。分析可能是因为磷锶酸锌与基材形成保护膜的效率高，同时磷锶酸锌和无机缓蚀剂产生了协同增效作用，使早期耐水和耐盐雾性获得大幅提升。

三结语

（1）在颜基比相同的情况下，环氧乳液和固化剂，对漆膜附着力和耐冲击性起到决定性作用。防锈颜料的加入和合理搭配可以极大提升早期耐水和耐盐雾性，弥补不同环氧乳液和固化剂性能差异，所以合成或选择环氧乳液时首要考虑加入防锈颜料后要有良好的包裹性和稳定性，合成或选择固化剂时首先考虑要与乳液形成均匀稳定的多相体系，同时两者搭配后要有合适的韧性和硬度。

（2）离子交换型防锈颜料2%搭配磷锶酸锌2%，即使高湿条件下，依然有优秀的早期耐水和耐盐雾性,使用环氧乳液1和固化剂2，能获得最佳漆膜性能，并且测试结果优于行业标准。

参考文献

[1]江雪琴,王恩琪,伍小军.高性能水性环氧防腐涂料的研制[J].中国涂料,2018,33(9):36-39

[2]王胜辉,王涛,梁淑华,等.通用型高性能水性环氧防腐底漆的制备和性能研究[J].中国涂料,2021,36(8):29-32

[3]徐俊,刘保磊,丁瑞东.双组分水性环氧灰防锈底漆的制备[J].中国涂料,2014,29(11):42-45

[4]吴展阳,袁爱群,莫炳辉,等.改性三聚磷酸铝防锈颜料及其应用[J].涂料工业,1998,28(5):40-43