水性环氧防腐涂料的研制

唐植贤，王君瑞，蔡芬峰 （浙江博星化工涂料有限公司，浙江温岭 317500）

水性环氧防腐涂料的研制

唐植贤，王君瑞，蔡芬峰 （浙江博星化工涂料有限公司，浙江温岭 317500）

选用高性能的水性杂化环氧分散体和固化剂体系，制备了环保、高效的水性环氧防腐涂料。确定了水性杂化环氧分散体和固化剂的最佳配比，讨论了化学防锈颜料、填料的用量以及颜料体积浓度（PVC）对涂层防腐性能的影响。

水性杂化环氧分散体；防锈颜料；颜料体积浓度；水性环氧防腐涂料

0 引言

长期以来，为了减少金属腐蚀所造成的损失，人们对金属的保护采取了各种措施，目前，使用最普遍、最经济、最有效的措施是涂层保护。随着人们生活水平的不断提高和环保意识的日益增强，溶剂型涂料由于其挥发性有机化合物（VOC）含量较高，对人体及周围环境影响较大，国家新出台的一些政策法规已明令限制溶剂型涂料的生产、销售；水性涂料是以水为分散介质的一种安全、无毒、环保的涂料，其VOC含量低，对环境无污染，便于贮存和运输，涂膜性能也与溶剂型涂料相接近，已成为涂料工业发展的一个重要方向和研究热点。而需求量很大的防腐涂料也必将朝着环保、节能、高效的水性化方向发展，国外甚至已经提出将水性防腐涂料用于条件苛刻的重防腐体系［1］。

目前，水性防腐涂料主要可分为4类：水性环氧防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料、水性无机硅酸富锌防腐涂料和水性聚氨酯防腐涂料。水性环氧防腐涂料涂膜对基材的附着力高、耐化学品性优、涂膜坚硬耐磨，与其它面漆配套性好，已成为目前研究的热点［2］。

本研究选取水性杂化环氧分散体为主体树脂，制备了水性环氧防腐涂料，分析讨论了影响其涂层防腐性能的各种因素。

1 试验部分

1.1 原材料

AEH-20水性杂化环氧分散体，美国陶氏化学；水性环氧固化剂EU5083，上海德坤实业有限公司；OROTAN731A分散剂，上海凯茵化工有限公司；SN-321C消泡剂，日本诺普科；RM-8W水性聚氨酯增稠剂，美国罗门哈斯；806有机膨润土，浙江青虹化工有限公司；金红石型钛白粉，上海中庸化工；三聚磷酸铝、磷酸锌，淄博瑞义化工；沉淀硫酸钡，山东振华工业股份有限公司；云母粉，滁州格锐；二丙二醇甲醚（DPM）、二丙二醇丁醚，和氏壁化工；防锈剂，温岭化工试剂店。

1.2 仪器设备

SDF400实验分散砂磨机，常州市腾蛟机械有限公司；LHS-150SC恒温恒湿箱，上海一恒科技有限公司；NDJ-1型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；QHQ-A便携式铅笔硬度计，天津森日达实验仪器有限公司；附着力测定仪，上海玖纵精密仪器有限公司；耐盐雾试验机，众志检测仪器（东莞）有限公司；冷轧钢板，温岭五金市场。

1.3 水性环氧防腐涂料的制备

水性环氧防腐涂料的基本配方见表1。

表1 水性环氧防腐涂料的基本配方Table 1 The basic formula of waterborne epoxy anticorrosive coatings

A组分的制备工艺：将自来水、分散剂、防腐剂、消泡剂、806有机膨润土、金红石型钛白粉、三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉、沉淀硫酸钡、云母粉依次投入搅拌缸中，中速（600～800 r/min）搅拌均匀，砂磨至细度≤50 μm，依次加入二丙二醇甲醚、固化剂EU5083、二丙二醇丁醚、防锈剂，中速搅拌均匀后加入RM-8W增稠剂，调节黏度。

B组分AEH-20水性杂化环氧分散体直接使用。

1.4 样板的制备及性能测试

1.4.1 样板的制备

将上述A组分与B组分按质量比1∶9的比例混匀，静置熟化5～10 min，然后按照GB/T 1727—1992《漆膜一般制备法》制备涂膜，常温静置养护7 d。

该水性环氧防腐涂料的施工活化期为8 h。

1.4.2 性能测试

干燥时间：按GB/T 1728—1979（1989）《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》进行测试，其中表干时间按乙法进行测试，实干时间按甲法进行测试。

附着力：按GB/T 9286—1988《色漆和清漆 漆膜的划格试验》进行测试。

柔韧性：按GB/T 1731—1993《漆膜耐冲击测定法》进行测试。

耐水性：按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性测定法》进行测试。

耐冲击性：按GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击测定法》进行测试。

耐酸碱性：按GB/T 9274—1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》中第五章甲法的规定进行测试。

耐盐雾性：按GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 涂膜性能

涂膜性能测试结果见表2。

表2 涂膜性能测试结果Table 2 The test results of film performance

2.2 分析讨论

2.2.1 水性杂化环氧分散体与水性环氧固化剂的配比对涂膜性能的影响

在环氧固化体系中，固化剂作为一种交联剂，其加量的多少直接影响到涂膜的交联程度及各项性能，因此水性杂化环氧分散体与环氧固化剂的质量配比的确定，对涂膜最终的性能至关重要，其结果见表3。

表3 水性杂化环氧分散体与水性环氧固化剂不同质量比对涂膜性能的影响Table 3 The influence of different mass ration between waterborne hybrid epoxy dispersion and waterborne epoxy curing agents on film performance

由表3可见，水性杂化环氧分散体与水性环氧固化剂的质量比在一定范围（15～9∶1）内时，随着固化剂用量的增加，涂膜的铅笔硬度、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性也随之提高，但继续增加固化剂的用量至9～5∶1，其涂膜硬度、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性却随之下降，这是因为水性杂化环氧分散体的环氧当量为1 200，水性环氧固化剂的胺当量为113，当水性环氧固化剂与水性杂化环氧分散体按1.1∶1的等物质的量比反应时，其质量比应为9.6∶1，低于这个数值，固化剂不足，涂膜交联度不够，影响其机械性能及耐化学品性；高于这个数值，固化剂过量，多余的固化剂不能形成自交联或与空气中其它物质反应，残留在涂膜中，起增塑剂的作用，甚至会导致涂膜表面出现发黏、不干的现象，从而影响到涂膜的其它性能。在水性杂化环氧分散体与水性环氧固化剂的质量比为9∶1时，其涂膜的综合性能最好。

2.2.2 不同防锈颜料对涂层防腐性能的影响

不同防锈颜料对涂层防腐性能的影响见表4。由表4可见，磷酸锌与三聚磷酸铝以1∶2的质量比复配时，涂层的耐盐水性和耐盐雾性最好，这是因为磷酸锌与三聚磷酸铝有相互协同增效作用，溶于水中的磷酸根、三聚磷酸根能与金属底材表面的离子复合，对金属底材起钝化作用，既解决了水性涂料在钢铁底材上的闪锈问题，成膜后又能释放缓释离子，使涂层起到长期的防腐作用。

表4 不同防锈颜料对涂层防腐性能的影响Table 4 The influence of different antirust pigmentson the anticorrosion performance of coating

2.2.3 填料种类及用量对涂层防腐性能的影响

填料种类及用量对涂层防腐性能的影响见表5。

表5 填料种类及用量对涂层防腐性能的影响Table 5 The influence of fillers’ type and amount on the anticorrosion performance of coating

由表5可见，云母粉与沉淀硫酸钡按质量比1∶1的比例复配时，涂层的耐盐水性及耐酸性较好，这是因为云母粉的鳞片状结构能够有效阻隔空气中的水汽、氧、氯离子等通过涂层向钢铁底材的渗透，对底材有物理屏蔽作用，从而提高了涂层的防腐性能；但云母粉的化学抗性不如惰性的沉淀硫酸钡，当云母粉与沉淀硫酸钡以质量比1∶1的比例复配时效果最好。

2.2.4 颜料体积浓度（PVC）对涂层防腐性能的影响

以水性杂化环氧分散体和水性环氧固化剂为基料，以云母粉、沉淀硫酸钡、磷酸锌、三聚磷酸铝为颜填料，考察了不同颜料体积浓度对涂层防腐性能的影响，其结果见表6。

表6 不同颜料体积浓度对涂层防腐性能的影响Table 6 The influence of different PVC on the anticorrosion performance of coating

由表6可见，PVC在30%～45%的范围内，随着PVC的增加，涂层的耐盐水性和耐盐雾性随之提高，PVC为40%～45%时，涂层防腐效果最好；继续提高PVC，涂层的耐盐水性和耐盐雾性反而下降，这是因为当PVC较低时，配方中的磷酸锌、三聚磷酸铝含量较低，其对金属底材的钝化保护作用较弱，涂层的防腐能力不足；随着PVC的增加，当其超过其临界颜料体积浓度（CPVC）时，由于涂层中的基料不足以包覆全部的颜料粒子，涂膜中的孔隙率增加，水分、氧、氯等腐蚀介质通过孔隙向金属基层的渗透性增加，涂层的耐腐蚀性下降。本配方的CPVC为44.5%。

影响涂层防腐性能的因素还很多，比如：底材的处理、施工环境、施工方法、涂层的厚薄、水性环氧树脂和水性环氧固化剂的种类等，在此不再一一赘述。

3 结语

（1） 以水性杂化环氧分散体和水性环氧固化剂为基料，以磷酸锌、三聚磷酸铝为防锈颜料，以云母粉、沉淀硫酸钡为填料，制备了一种固化剂添加量少、干燥快、施工活化期长、防腐性能好的水性环氧防腐涂料。

（2） 研究了水性杂化环氧分散体和水性环氧固化剂的质量比对涂层防腐性能的影响，试验结果表明：当其质量比为9∶1时，涂层的防腐性能最好。

（3） 分别讨论了防锈颜料以及填料配比对涂层防腐性能的影响，试验结果表明：当防锈颜料磷酸锌与三聚磷酸铝以质量比1∶2的比例，填料云母粉与沉淀硫酸钡以质量比1∶1的比例复配时，涂层的防腐性能最好。

（4） 当涂料的颜料体积浓度（PVC）在40%～45%时，涂层的防腐性能最好。

1 蔡继权，刘江涛，吴勇.水性环氧防腐涂料的研制［J］.涂料技术与文摘，2013（3）：20-24.

2 曾伟杰，陈伟强.水性防腐涂料的研究进展［A］.中国涂料、颜料行业工作年会论文集［C］.北京：中国涂料工业协会，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

唐植贤（1970—），男，1996年毕业于湘潭大学化学系，本科学历，目前主要从事合成树脂乳液、水性建筑涂料、地坪涂料等的研发工作。