鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧底漆的研制

張 原 （迪恩特涂料（上海）有限公司，上海 201619）

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家和人民對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，國(guó)家與地方政府陸續(xù)頒布了許多關(guān)于環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，其中特別是對(duì)VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放的控制變得越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)涂料生產(chǎn)廠商來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)涂料產(chǎn)品的升級(jí)換代迫在眉睫。一般采用以下兩種方法來(lái)減少VOC的排放：第一種方法是通過(guò)提高產(chǎn)品的固含量來(lái)減少VOC的排放，比如溶劑型高固體分涂料、無(wú)溶劑涂料與粉末涂料等；第二種方法是生產(chǎn)水性產(chǎn)品來(lái)減少VOC的排放。

環(huán)氧樹(shù)脂以其耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)異、與金屬底材的附著力強(qiáng)、剛性強(qiáng)、耐磨性好等特點(diǎn)成為涂料中被應(yīng)用的主要樹(shù)脂品種之一，尤其是在鋼結(jié)構(gòu)上被廣泛使用。水性環(huán)氧乳液除了具有溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂的諸多優(yōu)點(diǎn)之外，還大大降低了有機(jī)溶劑的用量，同時(shí)以水作為分散介質(zhì)，氣味更低，運(yùn)輸和使用過(guò)程中安全性也大幅提高，更符合環(huán)保的要求。本研究制備了一種鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧底漆，并對(duì)影響漆膜性能的各種因素進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

水性環(huán)氧乳液，Huntsman；水性環(huán)氧固化劑，Huntsman、同德樹(shù)脂；金紅石型鈦白粉，東方鈦業(yè)；硫酸鋇，陜西富化；碳酸鈣，江西廣源；滑石粉，合山化工；氣相二氧化硅，贏創(chuàng)；三聚磷酸鋁，廣西新晶；潤(rùn)濕分散劑，畢克；防沉劑，贏創(chuàng)；消泡劑，贏創(chuàng)、畢克、上海蒼洪；底材潤(rùn)濕劑，空氣化學(xué)等；成膜助劑，上海嘉榮；增稠劑，陶氏化學(xué)、海名斯；防閃銹劑與防腐劑，上海宜添。

1.2 試驗(yàn)儀器

振蕩機(jī)、高速分散機(jī)、電子天平、25 μm細(xì)度板、烘箱、玻璃板、150 μm濕膜制備器、250 μm濕膜制備器、鐵質(zhì)膜厚儀。

1.3 試驗(yàn)方法

（1） 根據(jù)配方（見(jiàn)表1）將水與潤(rùn)濕分散劑、pH調(diào)節(jié)劑預(yù)先攪拌混合均勻，然后在攪拌下加入消泡劑，待充分?jǐn)嚢韬螅厰嚢柽吘徛砑逾伆追?，持續(xù)攪拌至鈦白粉均勻地分散在樹(shù)脂溶液中，最后緩慢地加入硫酸鋇、碳酸鈣、三聚磷酸鋁、滑石粉與氣相二氧化硅，攪拌均勻，制得顏料漿。

（2） 把玻璃珠放入預(yù)攪拌好的顏料漿中，并置于振蕩機(jī)中振蕩至細(xì)度<20 μm，取出，過(guò)濾。

（3） 攪拌的情況下，依次緩慢地加入剩余的原料，并且在每個(gè)原料添加完畢后，保持?jǐn)嚢? min，直至最后一個(gè)原料添加完畢，制得A組分，過(guò)濾，待用。

（4） 在環(huán)氧固化劑中加入少量的水，一邊攪拌一邊進(jìn)行稀釋?zhuān)频肂組分，過(guò)濾，待用。

表1 水性環(huán)氧底漆（白漆）的配方Table 1 The formulation of waterborne epoxy primer（white）

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

將A、B組分按照質(zhì)量比10∶1的比例進(jìn)行混合，并靜置5 min后，采用符合SPCC（美國(guó)防護(hù)涂料協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的鋼板進(jìn)行噴涂，然后在恒溫恒濕室放置7 d后，按照國(guó)標(biāo)的試驗(yàn)方法進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

2.2 環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑的配比對(duì)漆膜性能的影響

環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑的配比對(duì)最終的漆膜性能有很大影響。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基與固化劑的活潑氫的物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)，成膜后漆膜的交聯(lián)密度較高，漆膜硬度較高，耐化學(xué)品性與耐溶劑性好，但是此時(shí)的漆膜很脆，耐沖擊性不好，附著力也一般。通常的做法是使環(huán)氧樹(shù)脂稍過(guò)量，這樣形成的漆膜既有一定的柔韌性，又有很好的耐化學(xué)品性與耐溶劑性。環(huán)氧基與活潑氫的物質(zhì)的量比與漆膜柔韌性之間的關(guān)系詳見(jiàn)表3。

表2 水性環(huán)氧底漆的性能檢測(cè)結(jié)果Table 2 The performance test results of waterbore epoxy primer

表3 環(huán)氧基與活潑氫的物質(zhì)的量比與漆膜柔韌性之間的關(guān)系Table 3 The relationship between the molar ratio of epoxy group and active hydrogen and the film flexibility

表3結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)氧基過(guò)量20%~30%時(shí)，漆膜柔韌性較好。

2.3 顏料體積濃度（PVC）對(duì)漆膜性能的影響

體系的PVC對(duì)最終的漆膜性能也有一定的影響。理論上，隨著體系PVC的增加，涂料的成本會(huì)降低，起泡率與漆膜柔韌性也逐漸降低。當(dāng)PVC

表4 體系PVC對(duì)漆膜柔韌性與耐鹽霧性的影響Table 4 Effect of system’s PVC on the flexibility and salt fog resistance of the film

表4結(jié)果表明，體系的PVC在35%~40%時(shí)，漆膜的綜合性能最優(yōu)。

2.4 消泡劑對(duì)漆膜性能的影響

在水性環(huán)氧涂料體系中，水性乳液與潤(rùn)濕分散劑中均含有表面活性劑的成分，經(jīng)過(guò)高速攪拌后，易產(chǎn)生大量的氣泡，同時(shí)體系中的增稠劑也起到穩(wěn)泡作用。而這些氣泡如果不及時(shí)消除，會(huì)影響涂料的開(kāi)罐性，在施工過(guò)程中，還會(huì)影響漆膜的性能，尤其當(dāng)噴涂漆膜過(guò)厚時(shí)，會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的針孔，從而影響漆膜的防腐性能，所以消泡劑的選擇至關(guān)重要。同時(shí)需要嚴(yán)格控制消泡劑的用量，消泡劑過(guò)量，可能會(huì)導(dǎo)致最終漆膜出現(xiàn)縮孔、魚(yú)眼、重涂性差等問(wèn)題；消泡劑添加量不足，起不到徹底的消泡效果。

本研究分別對(duì)贏創(chuàng)、畢克與上海蒼洪實(shí)業(yè)公司的幾款消泡劑進(jìn)行了篩選試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦物油類(lèi)消泡劑在水性環(huán)氧乳液中的消泡效果不明顯，并且在施工后漆膜容易產(chǎn)生微泡；有機(jī)硅氧烷類(lèi)消泡劑在水性環(huán)氧乳液體系中的消泡效果明顯，特別是將畢克與贏創(chuàng)的消泡劑復(fù)配使用時(shí)，能達(dá)到消泡快，抑泡時(shí)間長(zhǎng)的效果，同時(shí)在施工后，微泡快速消失。

2.5 增稠劑對(duì)漆膜性能的影響

增稠劑用于解決涂料貯存和施工過(guò)程中的問(wèn)題，它可分為中、低剪切增稠劑與高剪切增稠劑。增稠劑在涂料配方中主要起到兩方面的作用：一是在涂料靜置時(shí)防止顏填料沉降，提高開(kāi)罐性能；二是在施工時(shí)，使涂料具有良好的流平性和抗流掛性。

在水性環(huán)氧乳液中加入水性環(huán)氧固化劑后，整個(gè)體系的黏度會(huì)有明顯的下降，而用于鋼結(jié)構(gòu)上的水性環(huán)氧底漆通常要求1道噴涂的膜厚需達(dá)到40~50 μm以上，這就對(duì)底漆的抗流掛性要求更加苛刻，對(duì)增稠劑的增稠效果要求更高。

市售的增稠劑一般有4種：第1種是纖維素類(lèi)增稠劑；第2種是堿溶脹型增稠劑；第3種是聚氨酯締合型增稠劑；第4種是無(wú)機(jī)類(lèi)增稠劑，如膨潤(rùn)土和氣相二氧化硅。第1種和第2種增稠劑會(huì)影響最終漆膜的耐水性，一般在工業(yè)涂料中不常用。在工業(yè)涂料，特別是鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧涂料中一般采用中、低剪切增稠的聚氨酯締合型增稠劑或氣相二氧化硅來(lái)防止顏填料的沉降，用膨潤(rùn)土來(lái)改善涂料噴涂后的抗流掛性。

試驗(yàn)表明，采用贏創(chuàng)的氣相二氧化硅、陶氏化學(xué)的聚氨酯增稠劑與海名斯的膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)配，在適宜的施工黏度下，涂料的抗流掛性達(dá)到275 μm。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)水性環(huán)氧乳液/水性環(huán)氧固化劑的合理搭配，各種助劑的選擇及顏料體積濃度的計(jì)算，研制出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧底漆。該水性底漆的VOC含量低，符合國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。