天津灯塔涂料工业发展有限公司,天津 300400 刘建颖 刘素敏
摘要:采用水性环氧树脂乳液作为环氧防腐涂料基料,水性改性胺作为固化剂,低铅含量防锈颜料、环保型助剂等配制成双组分水性环氧防腐涂料。该涂料达到溶剂型环氧防腐涂料的理化性能要求，同时VOC低，符合国家强制性标准可溶性重金属的限量要求，适用于对环保要求严格的工业钢结构防腐领域。
关键词:水性环氧涂料;防腐蚀;低铅含量;双组分
中图分类号:TQ630.7+1文献标识码:A文章编号:1006-2556(2009)09-0044-04
0·前言
近年来,随着国家对环境保护工作的重视及人们环保意识的日益增强,水性涂料成为涂料发展的重要方向和研究热点。环氧树脂因其品种较多,性能优异,广泛应用于涂料生产中。水性环氧防腐涂料除了具有溶剂型环氧涂料的诸多优点,如对多种底材具有极佳的附着力、固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异、涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异等;还具有有机溶剂或VOC含量较低,不会造成空气污染,满足环境保护要求;同时以水作为分散介质,价格低廉、无气味、不燃、储存、运输和使用更安全;施工工具可用水直接清洗;水性环氧防腐涂料的突出优势还表现在该混合体系可在室温和潮湿的环境中固化,有合理的固化时间,并保证有很高的交联密度,这是通常的水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料所无法比拟的。
本文讨论了水性环氧树脂乳液、水性改性胺环氧固化剂、低铅含量防锈颜料及环保型助剂所配制涂料的性能。随着我国环保法规的日益完善，水性环氧防腐涂料作为环保型钢结构防腐涂料具有更为广泛的应用前景。
1·试验部分
1.1原料
水性环氧树脂乳液、水性改性胺环氧固化剂、低铅含量防锈颜料、着色颜料、填料、润湿剂、分散剂、消泡剂、醇醚类助剂、增稠流变剂、防腐剂、防闪锈剂、pH调节剂、水性附着力促进剂等。
1.2双组分水性环氧防腐涂料配方
双组分水性环氧防腐涂料配方如表1所示。
配方
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1．3双组分水性环氧防腐涂料制备工艺（见图1）
制备工艺
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1．4施工方法
该双组分水性环氧防腐涂料可与多种水性和溶剂型涂料配套。施工前,所有待涂覆的表面根据ISO8504:1992标准进行评估和处理。如有油脂,应用溶剂清洗至SSPC-SPI标准。涂覆双组分水性环氧防腐涂料时必须严格遵守所有的清洗度标准。建议采用无气喷涂和空气喷涂。刷涂和辊涂仅适合于小范围修补,干膜厚度50～60μm。
1．5性能测试
经过大量的试验及性能检测，确定了双组分水性环氧防腐涂料的生产配方。双组分水性环氧防腐涂料及涂层的性能，按企业标准的规定进行自测，同时通过天津市技术监督局第十一检测站的检测，检测结果见表2。
检测结果
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2·结果与讨论
2.1树脂体系的确定
水性环氧树脂乳液的优化选择是制备双组分水性环氧防腐涂料的关键与前提。在开发过程中对国内外企业生产的waterpoxy751水性环氧固化剂、oer-95环氧树脂、1455水性环氧树脂、XY-600水性丙烯酸改性环氧乳液、水性环氧酯树脂乳液、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、AB-EP-20水性环氧树脂乳液等多种水性环氧树脂及固化剂进行了主要性能的对比和验证。经过性能及价格的综合比较，选择了水性环氧树脂乳液及水性改性胺环氧固化剂作为双组分水性环氧防腐涂料的成膜物，显示了优异的性能与优势。
2.2颜填料的选择及颜料体积浓度(PVC)的确定
双组分水性环氧防腐涂料的颜填料及PVC对涂层的电化学、防腐等性能有很大的影响。双组分水性环氧防腐涂料的颜填料考虑到水性改性胺环氧固化剂呈弱碱性,应当避免使用酸性和吸水性高的颜填料。经试验选用滑石粉、碳酸钙、云母粉为双组分水性环氧防腐涂料的填料，滑石粉的组成为水合硅酸镁，是一种羟基络合物，由于其羟基的作用可提高涂膜的附着力，也能和漆基中的极性基团形成氢键而使涂料具有一定触变作用，从而改善了涂料的涂刷性和防止涂料中颜料的沉底结块。此外滑石粉的颗粒构型为羽毛状，有助于增强涂膜的机械强度。碳酸钙水解能生成氢氧化钙，是一种碱性填料并具有化学活性，在底漆中可降低涂膜的起泡和开裂现象，提高涂膜的附着力，提高防霉性。云母粉是一种鳞片状的体质颜料，有助于降低涂膜的吸水性和渗透性，并增强反射紫外光的能力。
化学防锈颜料主要有铅系颜料、锌系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料等,考虑到环保要求,双组分水性环氧防腐涂料中主要选用磷酸锌和三聚磷酸铝作为防锈颜料。磷酸锌其防锈机理在于能在金属表面和Fe3+形成附着牢固的络合物F［eZn3(PO4)3］沉淀层而抑制阳极反应，同时能与涂料中的羟基、羧基络合，使颜料－涂料－底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性。三聚磷酸铝为白色颜料，微溶于水，在涂层下溶解时电离出，在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜，该膜硬度高，附着牢固。
本文为双组分水性环氧防腐涂料，选用的磷酸锌铅含量比普通磷酸锌低很多，远远低于国家强制性标准［铅（mg/kg）≤90］的限量要求，符合国家的环保要求。不同磷酸锌及加量铅含量的检测结果见表3。
从表3可以看出，不同磷酸锌其铅含量差异很大，所选用的低铅型磷酸锌在配方中加量较大时，可溶性铅含量远低于国家强制性标准的限量要求。双组分水性环氧防腐涂料的颜料体积浓度（PVC）对涂层防腐性能具有明显的作用与影响。试验证明，随着双组分水性环氧防腐涂料PVC的提高，涂层的附着力、耐盐水、耐盐雾性均有一定程度的降低，兼顾涂层性能及该产品生产应用的经济性，研究中确定双组分水性环氧防腐涂料的PVC为30%～40%。
2.3助剂的选择
助剂是双组分水性环氧防腐涂料生产、储存及施工过程中不可缺少的组分之一,应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用,有针对性地选用各种助剂的品种和用量。双组分水性环氧防腐涂料应选用的助剂有成膜助剂（醇醚类助剂）、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠流变剂、防闪锈剂、防腐剂、水性附着力促进剂等,具体选择时应考虑与水性环氧树脂体系的相容性,避免出现凝胶和涂膜缺陷。同时应尽量筛选不含VOC或少含VOC的助剂，在满足各项性能要求的前提下，尽量减少助剂的用量。
2.3.1润湿剂的选择
双组分水性环氧防腐涂料以水为稀释剂，水的表面张力较高,水性涂料的消泡,也减小了水性涂料对底材的湿润能力、渗透能力和铺展能力。对底材的润湿不好将会导致严重缩孔等表面缺陷的发生,影响涂料对底材的附着力,从而导致水性环氧防腐涂料的耐防腐性能差。应适当加入润湿剂,以降低涂料体系的表面张力来提高水性环氧防腐涂料的润湿性能。研究中通过选用一系列的水性润湿剂,最终确定选用气体化学的润湿剂,该润湿剂能大大降低水性涂料的表面张力,提高涂料体系对底材的湿润性能和渗透性能，使涂膜外观及性能满足要求。
2.3.2硅烷偶联剂的选择
硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物。常见分子式为ＲnＳiＸ4-n,其中Ｒ为不能水解的反应性有机官能基，Ｘ为可水解基团。此类硅烷能通过化学或物理作用，在原先相互惰性的高分子聚合物与无机底材之间形成分子桥，把二者牢固地粘附在一起，使涂料的附着力有很大提高。试验中通过对一系列硅烷偶联剂的选择对比,最终确定选用某类特殊硅烷偶联剂,添加该硅烷偶联剂后,附着力提高了一个等级,从而提高了双组分水性环氧防腐涂料涂膜的理化性能。
2.3.3成膜助剂（醇醚类助剂）的选择
成膜助剂又称聚结剂，它能促进水性环氧树脂乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性能，能在广范的施工温度范围内成膜。常用的成膜助剂包括二醇类、醇醚类、醚酯类等。双组分水性环氧防腐涂料因选用可较低温度成膜的水性环氧树脂乳液，可不加或少加成膜助剂，结合环保要求，选用进口高沸点（250℃以上）的低气味醇醚类成膜助剂。
2.3.4防闪锈剂的选择
在钢材表面直接涂覆水性涂料时,会产生闪锈。为克服双组分水性环氧防腐涂料的闪锈问题，试验中筛选了多家公司生产的防闪锈剂，通过性能价格对比，最终选用科宁公司的水性防闪锈剂，其加量为0.5%～1.0%。
3·结语
(1)通过对双组分水性环氧防腐涂料的配方优化和研究,使其与溶剂型环氧防腐涂料在理化性能、施工适应性、配套性等方面性能相当或接近。
(2)优选低铅含量磷酸锌，使研制的双组分水性环氧防腐涂料,既达到了较好的耐盐雾性（500h）,又满足了国家强制性标准可溶性重金属的限量要求。
(3)筛选低VOC醇醚类助剂等有效地降低了研制产品的VOC含量,符合环保要求。
双组分水性环氧防腐涂料满足了对环保要求较高的工业防腐领域的需要。作为环保涂料,双组分水性环氧防腐涂料必将得到人们的认可和广泛使用，是防腐涂料的发展方向。
参考文献
[1]曾凡辉,等.水性环氧防腐涂料耐盐雾性能研究.中国涂料,2004(12)
[2]钱立强.快干型双组分水性环氧树脂涂料的研究.涂料工业,1999(11)
