高性能水性环氧防腐涂料的研究

黄矞慧 ，李安宁 ，沈志明 ，朱殿奎 ，张新生 ，李 晴

（1.东南大学建筑学院，江苏 南京 211100；2.江苏丰彩新型建材有限公司，江苏 南京211100；3.江苏省既有建筑绿色化改造工程技术研究中心，江苏 南京211100）

近年来，我国的城市建设发展很快，环城路、立交桥、高架桥、过江大桥等都要求长期防腐保护。城市煤气管道和储气罐、自来水管道、城市建筑地坪涂装、内墙外墙材料等对高性能防腐涂料的需求十分迫切。随着环保意识的增强，相应的对污水处理、污水管道设施所要求的水性高性能防腐涂料的需求也日益增大[1-2]。高性能水性环氧树脂防腐涂料已成为金属基材表面防腐涂料研究的重要发展方向之一。

1 实验部分

1.1 实验原料和制备方法

原料：自制环氧乳液及固化剂；颜填料（氧化铁红，磷酸锌粉）；滑石粉；硫酸钡；云母粉；润湿剂；分散剂；增稠剂；消泡剂；成膜助剂；闪锈剂；水等。

甲组分制备方法：在搅拌釜中依次加入水、润湿剂、分散剂、闪锈剂、消泡剂等低速（400转/min）搅拌均匀后，开启高速搅拌模式，转速900转/min。将滑石粉、磷酸锌粉、硫酸钡、氧化铁红粉、云母粉等加入反应釜中分散均匀，最后加入自制环氧树脂乳液、成膜助剂、增稠剂制得水性环氧防腐涂料甲组分，甲组分研磨至细度≤40μm。

乙组分制备方法：在搅拌釜中加入水性环氧固化剂和消泡剂搅拌均匀即可。

1.2 水性环氧防腐涂料基础配方

自制水性环氧防腐涂料基础配方见表1。

1.3 水性环氧防腐涂料性能检测

表1 水性环氧防腐涂料基础配方

水性环氧防腐涂料依据《水性环氧树脂防腐涂料》HG/T 4759-2014标准要求制作检测样板。检测结果如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 涂料中颜基比（PVC）的含量对漆膜耐盐雾性能的影响

在涂料中，水性环氧树脂和颜填料的比例对漆膜的性能起到重要作用。水性环氧树脂和颜填料共同影响着涂料漆膜的光泽、稳定性、柔韧性等，特别对漆膜防腐性能的影响占主导作用。在实验中，通过调节涂料中颜基比情况测试漆膜的抗盐雾性能。从图1可以看出，随着PVC的逐渐增加，耐盐雾性能出现先增加后减小的趋势，当PVC含量在25%左右时，涂料获得最优耐盐雾性。

表2 水性环氧防腐涂料性能

图1 PVC的含量对漆膜耐盐雾性能的影响

2.2 功能颜填料的加入量对漆膜耐盐雾性能的影响

颜填料磷酸锌粉可与金属基材产生复杂的物理化学反应，磷酸锌与三价铁离子具有很强的络合能力，可形成以磷酸铁为主体的坚固复合屏蔽层，有效地阻止氧化离子向金属基材扩散，因此具有良好的防锈效果[2]。

从表3可以看出，随着磷酸锌含量的增加，漆膜耐盐雾性能出现先增加后减小的趋势。磷酸锌在涂料中含量为15%时，获得了最佳的耐盐雾性能。通过对比不含磷酸锌功能填料的水性环氧防腐涂料，4天后漆膜表面发生明显的锈斑。磷酸锌与三价铁离子具有很强的络合能力，磷酸锌的阴离子与铁阳离子反应生成不溶的三代磷酸盐，三代磷酸盐沉积在腐蚀位置上，把腐蚀区域封闭形成隔离层，从而阻止进一步钢铁腐蚀过程[3-6]。磷酸锌在涂料中含量在5%以上，足以满足《水性环氧树脂防腐涂料》HG/T4759-2014标准中耐盐雾300h要求。

2.3 功能助剂对钢结构表面防闪性能的影响

表3 磷酸锌含量对漆膜耐盐雾性能的影响

水性环氧防腐涂料涂覆于金属表面时，由于水份的存在，在数分钟内产生金属氧化以及锈蚀现象，被称为“闪锈”。闪锈的颜色会依金属的老化程度和组成的不同以及漆膜干燥前底材处于“湿态”时间的长短而发生变化[7]。经过喷砂处理和含碳量较高的金属表面闪锈现象更为严重，必须加入防闪锈助剂来处理。本文试验中通过比较市场上多种产品的防闪锈性能，在基于白色水性防腐涂料中分别添加不同的防闪锈剂后，将涂料喷涂至洁净、未生锈、经划痕的铁板上，湿膜厚度为60μm，在室温下干燥24h后，观察漆膜表面的闪锈情况，结果如表4所示。

从表4可以看出，Synthro-cor CE 660 B或Synthro-corB为有机酸钠盐类防锈蚀剂，磺酸酯或磷酸酯在被氧化的金属表面能形成化学吸附，组成一个密集排列的分子层，能有效阻止金属离子的扩散。同时，由于呈“伞”形，具有阻挡效应，能降低水的侵入，与防腐蚀颜料一起使用能提高防腐蚀性能，因此在水性防腐底漆中具有良好的防闪锈性能。

表4 防锈蚀性能

表5 防腐性能对比测试结果

2.4 研发的水性环氧防腐涂料与市场同类产品对比试验

本试验通过优化上述颜填料、功能助剂等配方制备出高性能水性环氧防腐涂料，并与市场产品进行对比测试，结果见表5。试验结果表明，4#样品性能接近于市场油性防腐产品，且VOC含量远低于国家标准要求。这一结果为推广水性防腐产品提供了参考依据。

3 结论

（1）本文通过调节涂料中颜基比的含量，研究了漆膜的耐盐雾性能。PVC量的逐渐增加，耐盐雾性能出现先增加后减小的趋势。当PVC含量在25%左右时，涂料获得最优的耐盐雾性。

（2）通过研究功能颜填料磷酸锌对漆膜耐盐雾性能的影响，磷酸锌在涂料中含量在15%时，获得了最佳的耐盐雾性能。对比不含磷酸锌功能填料的水性环氧防腐涂料，4天后漆膜表面发生明显的锈斑。

（3）在涂料中加入含量为0.35%的有机酸钠盐类防锈蚀剂（Synthro-cor CE 660 B或Synthro-cor B）可获得最佳的金属抗闪锈效果。

[1]胡永玲.水性环氧防腐涂料的研究进展[J].广东化工，2013，40（7）:72-74.

[2]周海晖，许岩，罗胜联，等.我国防腐涂料的现状及发展[J].表面技术，2002，31（1）：5-6.

[3]申欣，王卫.自乳化水性环氧防腐涂料乳液的探索研究[J].现代涂料与涂装，2002（4）:11-15.

[4]黄先成，肖鑫，易翔，等.水性环氧防腐涂料的研制[J].涂料工业，2005，35（8）:22-25.

[5]唐植贤，王君瑞，菜芬峰，等.水性环氧防腐涂料的研制[J].上海涂料，2017，55（4）:32-35.

[6]菜继权，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.

[7]徐佳，蓝仁华.环氧磷酸酯防腐涂料乳液的合成研究[J].广东化工，2007，65（1）:9-12.