水溶性环氧改性厚浆中间涂料的研制

郝良刚，王承伟 （陇嘉化工科技有限公司，甘肃兰州 730059）

0 引言

经过二十余年的发展，我国已成为涂料生产大国，同时也是重要的涂料消费大国。根据国家统计局的数据，2017年1~6月全国规模以上企业涂料产量累计964.1万t，同比增长了10.5%。随着国家对环保的高度重视和相关环保政策的不断出台，涂料行业经历了史上最严环保法，多地已禁止使用溶剂型涂料，大力推广环境友好型涂料。水性涂料作为具有良好性能的环保材料，已经在涂料领域得到了广泛的应用。

本研究采用自制的环氧改性丙烯酸树脂作为主要成膜物质，加入颜填料及特殊金属氧化物以及多种特殊助剂，制得厚浆型中间涂料，它结合了水性环氧树脂和丙烯酸树脂的优点，在发挥良好防腐性能的基础上，其附着力、硬度与相应的溶剂型涂料相比，均有所提高，增加了耐酸碱性和疏油疏水性能。它具有良好的机械性能、层间附着力和配套性。另外由于该涂料VOC（挥发性有机化合物）含量极低，属于环保型涂料品种。又由于其施工简便，价格便宜等优点，具有广阔的市场前景。

1 试验部分

1.1 原材料

水性环氧改性树脂、云母鳞片、润湿分散剂、防霉剂、流平剂、成膜助剂（二丙二醇丁醚）、消泡剂、防锈颜料、填料（硫酸钡、磷酸锌）、丁醇等。

1.2 配方组成

水性环氧改性厚浆中间涂料的配方组成见表1。

表1 水性环氧改性厚浆中间涂料的配方组成Table 1 Formulation of waterborne epoxy modified thick paste intermediate coatings

1.3 制备工艺

1.3.1 合成原理

水性环氧改性丙烯酸树脂的合成原理如图1所示。

1.3.2 水性环氧改性丙烯酸树脂的制备

将环氧树脂液、丁醇等投入干净的反应釜中，开动搅拌并升温，当温度达到100~110℃时，开始滴加事先准备好的丙烯酸单体混合物，一般用2~3.5 h左右滴加完毕并保持回流，保温1 h后，补加引发剂，继续保持2~2.5 h，随后降温至60℃以下，加入胺中和剂，反应15~30 min，在高速搅拌下加入催干剂，过滤，包装，备用。

1.3.3 水溶性改性环氧厚浆涂料的制备

将水性环氧改性丙烯酸树脂加入搅拌罐中，用多功能胺中和剂调整pH，加入润湿分散剂，搅拌均匀后，再分别加入云母鳞片、防锈颜填料等，高速搅拌45~60 min后，加入成膜助剂等，搅拌5~10 min，过滤，包装，备用。

图1 水性环氧改性丙烯酸树脂的合成原理Figure 1 Synthesis principle of waterborne epoxy modified acrylic resin

1.4 性能测试及指标

1.4.1 测试方法

分别按下列标准进行性能测试：GB/T 1728—1979（1989）《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》、GB/T 1740—1979（1989）《漆膜耐湿、热测定法》、GB/T 1771—1991《色漆和清漆 耐中性盐雾的测定》（eqv ISO 7253—1984）、GB 3186—1982（1989）《涂料产品的采样 》（eqv ISO 1512—1973）、GB/T 674219—1986《 漆膜弯曲试验（圆柱轴）》（eqv ISO 1519—1973）、GB/T 6751—1986《色漆和清漆 挥发物和不挥发物的测定》（eqv ISO 1515—1973）、GB/T 9271—1988《色漆和清漆标准试板》（eqv ISO 1514—1984）、GB/T 9274—1988《色漆和清漆 耐液体介质的测定》（eqv ISO 2812—1974）、GB/T 9278—1988《涂料试样状态调节和试验的温湿度》（eqv ISO 3270—1984）。

1.4.2 性能指标

水性环氧改性丙烯酸树脂的性能指标见表2。

表2 水性环氧改性丙烯酸树脂的性能指标Table 2 Performance index of waterborne epoxy modified acrylic resin

水溶性环氧改性厚浆中间涂料的性能指标见表3。

表3 水溶性环氧改性厚浆中间涂料的性能指标Table 3 The performance index of water-soluble epoxy modified thick paste intermediate coatings

2 结果与讨论

2.1 树脂的选择

若想使环氧树脂具有水溶性，就必须对其进行改性，使之具有较强的亲水性，常用的强亲水性改性剂有羟基、氨基、羧基、酰胺基和醚基化合物等。所需亲水基团的最低数量与亲水基团的极性大小、树脂的结构以及平均相对分子质量等有关。而常规丙烯酸树脂存在成膜温度高、胶膜硬度低、抗回黏性差、耐水性不好、附着力差等缺点。本研究用环氧树脂对丙烯酸树脂进行改性，研制出一种新型的水性环氧改性丙烯酸树脂。由于丙烯酸树脂的引入改善了环氧树脂的亲水性，两树脂克服了各自缺点，达到性能互补，预期可满足日益发展的现代工业所需。

2.2 云母鳞片的选择

云母鳞片具有优良的耐化学药品性及抗老化性能，在涂层中基体相互平行叠压排列、形成致密的防渗层。使得介质渗透扩散的途径变得曲曲折折，大大延长了介质渗透扩散到基体的时间。云母鳞片在涂层中形成许许多多的小区域，使树脂的微裂纹、微气泡相互分割，减少了涂层与基体之间的热膨胀系数差，降低了涂层的硬化收缩率及内部应力，抑制了涂层龟裂、剥落，提高了涂层的黏合力与抗冲击性。更具有耐磨、耐温度变化等特性，是厚浆涂料的首选原材料。

2.3 流平剂的选择

由于厚浆涂料固体含量高、流动性差，加之涂料中含有大量的填料使涂料中所产生的气泡不易消除，对涂料的施工产生不利影响，所以一定要选择使涂料具有良好流动性的流平剂，但须考虑到加入流平剂会影响涂膜的外观、层间附着力和再涂性等。

常规的流平剂有丙烯酸共聚物、有机硅和氟碳表面活性剂3类。以甲基丙烯酸酯作为单体的均聚物和共聚物通常可作为流平剂，通过控制它们同基料树脂的不相容程度来起到流平作用。选择不同的单体，控制平均相对分子质量和用不同的官能团改性都可改变流平效果。有机硅类流平剂的表面张力低，表面活性极高，这是因为有机硅可在表面富集大量的甲基基团。新一代的有机硅流平剂常用聚醚、聚酯或烷基进行改性。除此之外，还可通过调节相对分子质量和硅含量来达到调节流平剂性能的目的。氟碳类流平剂是所有流平剂中对降低表面张力最有效的一类，但其存在再涂时易起泡的缺点。经过大量的试验摸索，最终选用了道康宁DC57水性防缩孔流平剂，它是一种有机硅聚醚共聚物。

2.4 消泡剂的选择

由于厚浆型水性涂料本身的黏度就很大，因此在选择消泡剂时，一定要选择能将体系中的气泡脱出的消泡剂，才能达到消泡的效果。如果在厚浆型水性涂料中加入黏度比较小的消泡剂，将会产生不相溶的现象，而且还会影响涂料的颜色以及光泽度，因此在选择消泡剂时，一定要选择黏度比较大的矿物油类消泡剂，这样才可以很好地与体系相溶，才可以把体系中的气泡完全脱出。

通过大量试验，最终选用了德国进口的MOUSSEX SF 561消泡剂，它能提供优异的消泡性却不会引起雾影、表面缺陷和层间附着力等问题，是水性环氧改性涂料的理想消泡剂。

2.5 填料的选择

对于厚浆涂料来说，填料的选择也很重要，选择合适的填料，一是可以降低成本，二是可以提高施工性，改善涂料的抗流挂性。配方中选用的超细滑石粉在涂料中不易沉降，并可以使其他填料悬浮，防止涂料产生流挂现象，其在涂膜中可以起到伸缩作用，减少涂层裂缝的发生。但是滑石粉易粉化，应和其他填料配合使用，以改善它的粉化性。滑石粉和磷酸锌搭配使用，可以提高漆膜的防腐性能，形成有效的保护层。

3 结语

水性环氧改性树脂制得的厚浆涂料是环境友好和可持续发展的新一代防腐涂料产品，它的配套性、耐候性、耐光性和耐久性均比现有的溶剂型产品有很大程度的改进和提高，而且大大提高了涂装效率，成膜厚度可一次性完成，既减轻了劳动强度又节省了劳动时间。在环保法规日趋严格的当下，其发展前景十分广阔。