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水性環(huán)氧防腐涂料的制備及應(yīng)用研究
0． 前 言
隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格,
目前環(huán)境壓力正在影響全球的涂料工業(yè)，發(fā)展和推廣低VOC甚至零VOC的環(huán)保涂料是大勢(shì)所趨,水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料正在與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展。水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料除了具有溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料的諸多優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)各類底材具有極高的附著力，涂膜耐腐蝕性和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)異，收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能佳等，同時(shí)還具有不含有機(jī)溶劑或揮發(fā)性有機(jī)化合物含量較低，不會(huì)造成空氣污染的優(yōu)勢(shì)，因而滿足環(huán)境保護(hù)的要求。國(guó)外從20世紀(jì)70年代起開(kāi)始開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)院校從20世紀(jì)90年代起開(kāi)始了這方面的開(kāi)發(fā)與研制，并陸續(xù)進(jìn)行商品生產(chǎn)。瀚森化工有限公司（原殼牌Shell）的水性環(huán)氧樹(shù)脂體系產(chǎn)品一直是該行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。天津燈塔涂料研究所的姜美榮工程師就選用殼牌Shell水性環(huán)氧樹(shù)脂體系為基料，研究了水性環(huán)氧防腐涂料的制備及應(yīng)用，其性能已可達(dá)到與溶劑型環(huán)氧涂料相當(dāng)?shù)乃。具體研究?jī)?nèi)容摘錄如下：
1． 實(shí)驗(yàn)部分
1.1原材料
水性環(huán)氧樹(shù)脂3520—WY —55（55%）
瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產(chǎn)品
水性環(huán)氧固化劑8537—WY—60(60%）
瀚森化工有限公司(原殼牌Shell)產(chǎn)品
助 劑 （消泡劑、分散劑）
美國(guó)氣體化工產(chǎn)品
磷 酸 鋅 工業(yè)品 、國(guó)產(chǎn)
鐵 紅
工業(yè)品 、國(guó)產(chǎn)
酞 白 粉 工業(yè)品 、國(guó)產(chǎn)R型
碳 黑 工業(yè)品 、國(guó)產(chǎn)（PH=6~8）
填 料 工業(yè)品 、國(guó)產(chǎn)
二丙酮醇
工業(yè)品
去離子水
工業(yè)品
1.2.底漆基礎(chǔ)配方：
A組分：8537—WY—60 （60%）
30
分散劑
適量
消泡劑
適量
鐵 紅
16—20
改性磷酸鋅
4—8
填 料
8—11
二丙酮醇
適量
去離子水
45
合 計(jì)
110
B組分：3520—WY—55（55%）
100
去離子水
10
合 計(jì)
110
1.3.面漆基礎(chǔ)配方：
A組分：8537—WY—60 （60%）
30
分散劑 適量
消泡劑
適量
酞白粉
12—18
碳 黑
0.6—2
填 料
15—18
二丙酮醇
適量
去離子水
47
合 計(jì)
110
B組分：3520—WY—55（55%） 100
去離子水
10
合 計(jì)
110
1. 4.制備方法：
A組分：
按照配方量將8537—WY—60樹(shù)脂、 顏料、填料、助劑和去離子水混合，分散均勻，研磨合格后，過(guò)濾，包裝即為A組分。
B組分：
按照配方量將3520—WY—55樹(shù)脂、去離子水混合分散均勻，過(guò)濾，包裝即為B組分。
以上的配方設(shè)計(jì)中，B組分的制備，是將3520—WY—55樹(shù)脂用去離子水稀釋分散均勻而得。這樣能使A、B兩個(gè)組分在使用時(shí)容易混合更均勻，而且該B組分儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好，常溫下存放一年不分層、不破乳。
1.5. 配漆比例
由于水性環(huán)氧體系的組成和成膜機(jī)理的特殊性，環(huán)氧與胺氫的當(dāng)量比對(duì)涂膜的性能有很大的影響。在配制環(huán)氧涂料時(shí)通常采用環(huán)氧與胺氫為等當(dāng)量比，但如果在一定范圍內(nèi)改變當(dāng)量比，可改善涂膜的某些性能。通過(guò)綜合考慮，研究中使環(huán)氧基過(guò)量10%，欲提高涂膜的耐鹽霧性。
以上底漆和面漆的配漆比例均為：
A組分 ：B組分
= 1 ：1
2．實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.1 水性環(huán)氧防腐涂料的物理性能測(cè)試結(jié)果如下：
（1）.漆膜顏色與外觀
鐵紅底漆：鐵紅色，平整，光滑
灰色面漆：灰色，平整，光滑
（2）.固體含量（%）≥ 鐵紅底漆 45 灰色面漆 40
（3）.細(xì)度
(微米) ≤
鐵紅底漆 35 灰色面漆 30
（4）.附著力 （級(jí)）
鐵紅底漆 1 灰色面漆 1
（5）.柔韌性 （㎜）
鐵紅底漆 1 灰色面漆 1
（6）.硬度≥ 鐵紅底漆 0.6 灰色面漆 0.6
2.2 水性環(huán)氧防腐涂料的防腐蝕性能測(cè)試結(jié)果如下：
（1）.耐鹽水性
3% NaCL
鐵紅底漆：1000h
漆膜不起泡、不生銹，輕微變色
底面復(fù)合涂層：1200h
漆膜不起泡、不生銹，輕微失光、變色
（2）.耐堿性
3%NaOH
鐵紅底漆：800h
漆膜不起泡、不脫落， 輕微變色
底面復(fù)合涂層：1000h
漆膜不起泡、不脫落，輕微失光、變色
（3）.耐油性
120#汽油（25℃）
鐵紅底漆：800h
漆膜無(wú)變化
底面復(fù)合涂層：1000h
漆膜無(wú)變化
（4）水性 蒸溜水（25℃）
鐵紅底漆：800h
漆膜不起泡、不生銹， 輕微變色
底面復(fù)合涂層：1000h
漆膜不起泡、不生銹，輕微失光、變色
（5).耐鹽霧性
鐵紅底漆：600h
漆膜不起泡、不生銹、不脫落， 輕微變色
底面復(fù)合涂層：700h
漆膜不起泡、不生銹、不脫落， 輕微變色、失光
(6).耐酸性
5%H2SO4
鐵紅底漆：48
h漆膜不起泡、不脫落， 輕微變色
底面復(fù)合涂層：48
h漆膜不起泡、不脫落， 輕微變色
3．結(jié)果與討論，
3.1 性能結(jié)果分析
由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，水性環(huán)氧防腐涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)已有了很大提高，這是因?yàn)樵谒原h(huán)氧防腐涂料領(lǐng)域，水性環(huán)氧樹(shù)脂的不斷發(fā)展[2]，水性環(huán)氧固化劑也是隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂的不斷發(fā)展而同步發(fā)展的[3]，使得性能不斷提高，為水性環(huán)氧防腐涂料提供了必要的基料。同時(shí)隨著改性防銹顏料（改性磷酸鋅、硼酸鋅等）的不斷出現(xiàn)，使水性環(huán)氧防腐涂料更加環(huán)；，性能更加優(yōu)異。
3.2 樹(shù)脂功能的作用
環(huán)氧樹(shù)脂乳液、環(huán)氧固化劑的功能在于粘結(jié)顏料和填料，同時(shí)把底材和涂料結(jié)合成牢固的整體，阻擋腐蝕介質(zhì)的侵入。環(huán)氧樹(shù)脂乳液、環(huán)氧固化劑和配方中的其它組分的液流學(xué)特性決定著能否制定穩(wěn)定的涂料。
3.3 優(yōu)化環(huán)氧與固化劑的配比對(duì)水性環(huán)氧防腐涂料很重要
環(huán)氧與固化劑在一定范圍內(nèi)改變當(dāng)量比，可改善涂膜的某些性能。如環(huán)氧稍過(guò)量，有利于提高耐水性，耐酸、堿性，耐鹽霧性等，這是因?yàn)榄h(huán)氧是親油的，而胺固化劑是親水的，因此，減少胺固化劑的用量就提高了整個(gè)體系的親油性。在某些應(yīng)用領(lǐng)域則可以使胺固化劑稍過(guò)量。胺固化劑過(guò)量有助于提高固化速度和交聯(lián)密度，從而有利于提高涂膜的耐溶劑性和耐污染性，附著力、耐磨性和干燥速度也有所提高。
3.4 顏填料和助劑的選擇
水性環(huán)氧防腐涂料依賴于對(duì)顏料、填料、添加劑、助溶劑等的適當(dāng)選擇。如：（1）顏料要選擇吸油和吸水性低的，PH值在水溶性可接受的范圍內(nèi)的，如碳黑使用的是中性規(guī)格PH=6~8。（2）選擇助劑，如消泡劑、分散劑時(shí)要考慮它們與水性環(huán)氧的相溶性。有的水性環(huán)氧固化劑是陽(yáng)離子叔胺鹽，應(yīng)選擇非離子型助劑，避免使用陰離子型產(chǎn)品，否則會(huì)形成凝膠。（3）其它助劑的選擇。涂料與金屬表面間的濕附著力對(duì)防腐起著重要作用，可根據(jù)需要在涂料制備時(shí)，選用適量的底材潤(rùn)濕劑、顏料潤(rùn)濕劑、附著力增加劑等，這將對(duì)其性能提高很有幫助。
4 結(jié) 語(yǔ)
水性環(huán)氧防腐涂料是以水作為分散介質(zhì)，價(jià)格低廉、無(wú)氣味、不燃，儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中的安全性大為提高，水性環(huán)氧防腐涂料的應(yīng)用性能好，施工工具可用水直接清洗。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格要求， 減少和控制涂料中VOC的釋放是保護(hù)環(huán)境的一個(gè)必要措施。通過(guò)對(duì)水性環(huán)氧樹(shù)脂、水性環(huán)氧固化劑以及助劑等各組分的合理選擇，可以制備出性能各異的水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料。水性環(huán)氧防腐涂料的諸多性能優(yōu)勢(shì)決定了其與溶劑型或無(wú)溶劑型環(huán)氧防腐涂料相比應(yīng)用現(xiàn)狀和前景將更加廣闊.
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