高固体分环氧云铁中间漆的研制

沈春华 （上海华谊精细化工有限公司技术中心，上海 200062）

0 引言

1 试验部分

随着我国城市化进程的不断深入，基础设施建设已然成为我国主要的GDP增长点。发达国家的城市化率高达80%～90%，而我国2019年的城市化率刚突破60%，根据摩根士丹利发布的蓝皮书报告，至2030年，中国的城市化率将升至75%，有着非常广阔的发展前景。城市化建设中的重点项目之一便是钢结构建筑物（包括：机场、桥梁、场馆等基础设施）的建造。庞大的钢结构建筑市场，伴随着庞大的配套涂料市场。其中，环氧云铁中间漆就是用量最多的涂料品种之一。由于传统环氧云铁中间漆使用固体环氧树脂为原料，且云铁的占比很大，而云铁的相对密度较高，使得环氧云铁中间漆的整体体积固含量偏低，需要多道施工才能达到相应的膜厚，大大降低了施工效率，也无法满足目前快节奏的城市化建设需求。同时，传统环氧云铁中间漆的VOC（挥发性有机化合物）含量较高，与节能减排的环保趋势不符。

本研究以液体环氧树脂和古马隆树脂为基料，以改性胺为固化剂，通过选择合适的颜填料，制备了高固体分环氧云铁中间漆。

1.1 主要原材料

液体环氧树脂、古马隆树脂液、腰果酚环氧稀释剂；改性酚醛胺固化剂（1、2、3）、聚酰胺改性酚醛胺固化剂（1、2）、改性脂肪胺固化剂（1、2）、聚酰胺固化剂；碳酸钙、云母氧化铁、有机膨润土等。

1.2 样板制备

环氧云铁中间漆在喷涂前均用质量比4∶1的二甲苯与丁醇混合溶剂稀释至合适的黏度，空气喷涂时添加约20%的稀释剂量，高压无气喷涂时添加约10%的稀释剂量。

实验室试验：

底材：75 mm×150 mm×3 mm喷砂钢板，粗糙度 ：40～80 μm。

采用空气喷涂，配套方案按照JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》中的C5-M环境要求，先喷涂1道水性无机富锌底漆（干膜厚80 μm），24 h后喷涂1道环氧云铁中间漆（干膜厚160 μm），24 h后再喷涂2道氟碳面漆，每道40 μm，共80 μm，喷涂间隔24 h。

环氧云铁中间漆耐热海水试验采用单涂层试板，空气喷涂1道，干膜厚度220 μm。

所有样板在进行封边和相应处理后均在温度23 ℃、湿度（50±5）%的恒温恒湿室中养护7 d。

现场试验：

底材：钢箱梁配件。喷砂处理至粗糙度40～80 μm。采用高压无气喷涂，先喷涂1道水性无机富锌底漆（干膜厚80 μm）；18 h后再喷涂1道环氧云铁中间漆（干膜厚220 μm以上）。

1.3 性能测试

按表1中的检测方法进行涂料性能的测定。

表1 钢结构用高固体分环氧云铁中间漆的性能测试方法Table 1 Performance test methods of high solids epoxy cloud iron intermediate paint for steel structure

2 结果与讨论

2.1 树脂对漆膜性能的影响

液体环氧树脂比固体环氧树脂黏度低，更适合用来制备高固体分涂料。古马隆树脂液以分子水平均匀分散于液体环氧树脂基体中形成分子复合材料，环氧树脂和古马隆树脂需要有较好的相容性才能得到理想的性能，两者的极性需要相近，从而对古马隆树脂的羟值有一定的要求。不同羟值的古马隆树脂与液体环氧树脂的混溶性结果见表2。

表2 不同羟值的古马隆树脂与液体环氧树脂的混溶性Table 2 Miscibility of coumarone resin with different hydroxyl values and liquid epoxy resin

表2结果表明，羟值为80 mgKOH/g的古马隆树脂，与液体环氧树脂的混溶性较好。

腰果酚环氧稀释剂中的环氧基团可以与胺固化剂反应交联，同时其侧链上的长碳链有助于润湿粉料与底材，降低体系黏度和提高附着力。单官能团的结构还能稍微降低小分子液体环氧的交联密度，进而降低其脆性。腰果酚环氧稀释剂的结构式见图1。

图1 腰果酚环氧稀释剂的结构式Figure 1 Structure formula of cashew phenol epoxy diluent

腰果酚环氧稀释剂的用量对涂料性能的影响见表3。

表3 腰果酚环氧稀释剂的用量对涂料性能的影响Table 3 Effect of cashew phenol epoxy diluent content on the performance of coatings

由表3可见，随着腰果酚环氧稀释剂用量的增加，主漆黏度大幅降低，但涂层的耐热海水性也呈断崖式下跌，因此其用量不宜超过环氧树脂的5%。

2.2 固化剂对漆膜性能的影响

胺固化剂是环氧涂料性能的主要贡献组分，其不仅影响着漆膜的干性、可操作时间等施工性能，更影响着漆膜的耐盐雾性和附着力等防腐蚀性能。

不同固化剂对漆膜性能的影响见表4。聚酰胺有一定的抗水汽作用，其柔韧性也较好，与酚醛胺一起改性后可以改善其干性慢的缺点，而纯酚醛胺干性太快，会大大降低涂料的可操作时间，引起施工的不便。由表4可见，聚酰胺改性酚醛胺（1+2）可以同时满足干性、可操作时间和防腐蚀性能的要求。

表4 不同固化剂对漆膜性能的影响Table 4 The Influences of different curing agents on the performance of film

2.3 碳酸钙对漆膜性能的影响

研制高固体分涂料的关键点之一，就是选用低吸油量的粉料来降低体系的黏度，低相对密度、低吸油量的粉料可降低混合相对密度，增加涂料的理论涂布率。

碳酸钙［1］和一些常用填料的性能数据对比见表5。

表5 碳酸钙和一些常用填料的性能数据对比Table 5 Performance data comparison of calcium carbonate and some commonly used fillers

采用碳酸钙替代部分其他填料后，与对照环氧云铁中间漆的性能对比见表6。

表6 新环氧云铁中间漆与对照样的性能对比Table 6 Comparison of performance between new epoxy mica iron oxide intermediate paint and control sample

由表6可见，碳酸钙可以降低混合相对密度，提高涂布率和一次性成膜厚度，且其吸油量较低，能够得到体积固含量70%甚至80%以上的高固体分产品。

2.4 云母氧化铁的含量对漆膜性能的影响

当配套体系为环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆时，由于紫外光的光能小于氟碳（F—C）共价键的键能，当紫外光照射到氟碳涂层表面时，除少量被吸收外，95%的紫外光透过氟碳面漆（60～70 μm）到达环氧云铁中间涂层，经片状云母氧化铁的屏蔽和反射，延缓紫外光对成膜物（环氧树脂）的破坏和老化，延长涂层体系的使用寿命［2］。

云母氧化铁的含量对配套涂层体系性能的影响见表7。

表7 云母氧化铁含量对配套涂层体系性能的影响Table 7 Effect of the content of mica iron oxide on the performance of matching coating system

从表7中的数据可以看出，云母氧化铁含量对配套涂层的耐盐雾性有着较明显的影响，其含量越多，涂层的耐盐雾性越好，片状的云母氧化铁起到了良好的电化学绝缘效果，有效阻止了电解液的渗透［3］；而加速老化试验后的漆膜附着力和面漆失光率的变化并不明显，即云母氧化铁含量对涂层耐老化性的影响并不明显。同时由于云母氧化铁的相对密度较高，其含量过高会降低体系的体积固含量，选择37%左右的云母氧化铁含量，可以兼顾体系的体积固含量和漆膜抗性。

2.5 高固体分环氧云铁中间漆的配方

经过上述试验，最终确定了高固体分环氧云铁中间漆的配方，见表8。

表8 高固体分环氧云铁中间漆的配方Table 8 Formulation of high solids epoxy mica iron oxide intermediate paint

3 高固体分环氧云铁中间漆的性能评价

3.1 防腐蚀性能测试

按照国标GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》进行耐88 ℃热海水试验；按照GB/T 6748—2008《船用防锈漆》进行耐盐雾试验，并同时与对照样作对比，结果见表9。由表9可见，采用碳酸钙替代部分其他填料，采用适当的云母氧化铁用量，结合各种树脂和固化剂的选用，提高固体含量后的环氧云铁中间漆的拉开法附着力、耐盐雾性和耐热海水性等防腐蚀性能均能满足标准要求。

表9 高固体分环氧云铁中间漆的防腐蚀性能Table 9 Anti-corrosion performance of high solids epoxy mica iron oxide intermediate paint

3.2 现场施工性能

高固体分环氧云铁中间漆一次成膜厚度可达278 μm不流挂，同时拉开法附着力可达7 MPa，高于标准要求的5 MPa，可节约施工时间，也为客户节约了成本。

4 结语

（1） 选用液体环氧树脂和羟值80 mgKOH/g左右的古马隆树脂作为高固体分环氧云铁中间漆的成膜树脂。

（2） 选用聚酰胺改性酚醛胺固化剂，可以兼顾漆膜干性、可操作时间和防腐蚀性能的要求。

（3） 采用碳酸钙作为主体填料，降低主漆黏度的同时降低混合相对密度，增加涂料的体积固含量和涂布率。

（4） 甲组分中云母氧化铁含量在37%左右时，可以得到较好的耐盐雾性能、耐老化性和较高的体积固含量。

（5） 现场应用试验表明，研制的高固体分环氧云铁中间漆一次成膜干膜厚度可达278 μm不流挂，拉开法附着力可达7 MPa。