金屬在使用的過程中，受環(huán)境中各種因素的影響，會被氧化及腐蝕，不僅造成資源的浪費(fèi)，還導(dǎo)致其各方面性能降低，帶來直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因腐蝕造成的損失巨大，金屬的防腐已成為不容忽視的問題。利用防腐涂料對基材進(jìn)行保護(hù)的方法，由于其工藝簡單、施工便利、重復(fù)施工性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)保的呼聲越來越高，環(huán)保法規(guī)也越來越嚴(yán)格，水性涂料成為涂料發(fā)展的重要方向之一。水性環(huán)氧防腐涂料是以水性環(huán)氧樹脂作為主要成膜物質(zhì)，以水為分散介質(zhì)的一種安全、環(huán)境友好的涂料，其VOC含量低，對環(huán)境污染小，便于貯存和運(yùn)輸，施工方式與溶劑型涂料相同，已成為涂料工業(yè)發(fā)展的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是由于水性涂料具有一定的親水性，涂膜在干燥后其防腐性能不及溶劑型涂料，導(dǎo)致水性涂料的市場競爭力較差，這給水性涂料的推廣帶來深遠(yuǎn)的影響。制備出高防腐性能的水性涂料，是工業(yè)領(lǐng)域推廣使用水性防腐涂料的迫切任務(wù)。

本文采用不同水性環(huán)氧樹脂、水性胺類固化劑作為成膜物，討論了水性環(huán)氧樹脂的種類、水性環(huán)氧固化劑的種類、環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比、防銹顏料種類及用量對水性環(huán)氧涂料防腐性能的影響。根據(jù)HG/T4759—2014《水性環(huán)氧樹脂防腐涂料》進(jìn)行性能測試，對配方進(jìn)行優(yōu)化，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

一、 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

水性環(huán)氧樹脂：安邦(EP1)、欣固圣(EP2)、亨斯邁(EP3)、瀚森(EP4)、元邦(EP5)；水性環(huán)氧固化劑：安邦(AM1)、廣樹(AM2)、亨斯邁(AM3)、亨斯邁(AM4)、瀚森(AM5)；分散劑，BYK；消泡劑，TEGO；防閃銹助劑，海名斯-德謙；氧化鐵紅，河北；防銹顏料：法國磷酸鋅(a)、西班牙磷鉬酸鋅(b)、廣西磷鉬酸鋁鋅(c)、廣西三聚磷酸鋁(d)、重慶鍶鉻黃(e)；體質(zhì)顏料，國產(chǎn)；基材潤濕劑，TEGO；流變助劑，BYK；去離子水，自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JJ500型精密電子天平，常熟雙杰測試儀器廠；JSF-550A攪拌砂磨分散多用機(jī)，上海普申化工機(jī)械有限公司；QSD型刮板細(xì)度計(jì)，上海天辰現(xiàn)代環(huán)境技術(shù)有限公司；BAO-250A精密鼓風(fēng)干燥箱，施都凱儀器設(shè)備(上海)有限公司；耐濕熱試驗(yàn)箱，sheen；BGD881鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司；等。

1.3 基礎(chǔ)配方

根據(jù)《水性環(huán)氧樹脂防腐涂料》(HG/T 4759—2014)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合客戶施工環(huán)境、施工方式、配套方案等要求，確定基礎(chǔ)配方，見表1。

1.4 涂料制備工藝

水性環(huán)氧涂料制備工藝：(1)在調(diào)漆罐中加入定量去離子水，在攪拌狀態(tài)下依次加入分散劑、消泡劑，攪拌均勻后再加入氧化鐵紅、防銹顏料、體質(zhì)顏料1 500r/min分散20 min直至漿料呈現(xiàn)均勻狀態(tài)；(2)砂磨機(jī)砂磨至細(xì)度≤30 μm；(3)將稱量好的水性環(huán)氧樹脂加入成品罐中，攪拌狀態(tài)下依次加入研磨好的水漿、基材潤濕劑、防閃銹助劑，攪拌充分后用流變助劑調(diào)節(jié)到合適的黏度，過濾待用。
水性環(huán)氧固化劑根據(jù)計(jì)算進(jìn)行配比使用。

1.5 性能測試標(biāo)準(zhǔn)與方法

按照產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4759—2014，對涂料及涂層的各項(xiàng)性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2。本實(shí)驗(yàn)涂膜耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性性能檢測中，根據(jù)客戶實(shí)際使用需求，樣板膜厚為(55±5) μm，且耐鹽霧試驗(yàn)采用樣板劃線法(樣板中間劃一條劃痕)進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)中涂膜耐水性與耐濕熱性在涂膜無異常情況下，分別達(dá)到720 h、600 h后停止測試。

二、結(jié)果與討論

2.1 水性環(huán)氧樹脂對涂膜防腐性能的影響

環(huán)氧樹脂的水性化方法有：固化劑乳化法、機(jī)械法、相反轉(zhuǎn)法和化學(xué)改性法，目前水性環(huán)氧樹脂涂料體系所用的乳膠通常采用相反轉(zhuǎn)方法或相反轉(zhuǎn)法與化學(xué)改性法結(jié)合進(jìn)行制備。本實(shí)驗(yàn)選用市面上成熟的雙酚A結(jié)構(gòu)水性環(huán)氧樹脂產(chǎn)品，在選定樹脂用量、顏填料及助劑的種類和用量后，采用不同水性環(huán)氧樹脂制漆并分別與固化劑AM3進(jìn)行復(fù)配，按相同環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比計(jì)算配比并制板。制樣后按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行性能測試，測試性能結(jié)果見表3。

通過表3可以看出，EP1環(huán)氧樹脂制的涂膜表干與實(shí)干時(shí)間最長，這可能是由于EP1為E-51環(huán)氧樹脂水性乳膠所制備涂料，該樹脂常溫下為液態(tài)，需要反應(yīng)才能實(shí)干，而且由于其環(huán)氧當(dāng)量數(shù)值小，配漆過程中需要使用更多固化劑導(dǎo)致成本增加，所以并不適合作為防腐涂料樹脂使用；EP2、EP3和EP4均為E-20環(huán)氧樹脂水性乳膠，在各性能上表現(xiàn)均衡，但是不同生產(chǎn)廠家在制備水性環(huán)氧樹脂時(shí)，由于制備過程中所采用乳化劑種類的不同以及接枝鏈段的不同，導(dǎo)致水性環(huán)氧樹脂在耐水性和耐鹽霧性能上存在較大差異。本次實(shí)驗(yàn)中EP2環(huán)氧樹脂耐鹽霧性和耐水性最佳，適合應(yīng)用于水性環(huán)氧防腐涂料。EP5環(huán)氧樹脂制的涂膜表干時(shí)間較短，耐鹽霧性一般，但該乳膠制備的涂料貯存性偏差，這可能是由于該乳膠基于E-14環(huán)氧樹脂乳化而來，其軟化點(diǎn)溫度較高，水性化過程更加困難，導(dǎo)致乳膠穩(wěn)定性差。

2.2 水性環(huán)氧固化劑的種類對涂膜防腐性能的影響

水性環(huán)氧固化劑一般為多元胺及其加成物。作為水性環(huán)氧涂料的重要組成部分，水性環(huán)氧固化劑很大程度上決定著涂料的涂膜性能。它在水中需要有較好的溶解性或分散性，形成均勻穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)能夠較好地互溶于水性環(huán)氧樹脂，形成均勻穩(wěn)定的多相體系。本實(shí)驗(yàn)采用EP2乳膠所制的涂料分別與國內(nèi)外不同水性環(huán)氧固化劑進(jìn)行復(fù)配使用，按相同環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比計(jì)算配比并制板，檢測涂膜性能，檢測結(jié)果見表4。

通過表4可以看出，不同水性環(huán)氧固化劑所制備涂膜在干燥時(shí)間、耐水性、耐鹽霧等性能上存在明顯差異。固化劑AM1所制得涂膜干性良好，耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性均較差；固化劑AM2所制得涂膜干性一般，耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性一般；固化劑AM3所制得涂膜干性良好，具有優(yōu)異耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性；固化劑AM4所制得涂膜干性一般，耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性良好；固化劑AM5所制得涂膜干性優(yōu)良，耐水性、耐鹽霧性、耐濕熱性一般。

對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樹脂類型水性環(huán)氧固化劑所制備涂膜防腐性能整體優(yōu)于樹脂類型的水性環(huán)氧固化劑，推測原因是樹脂狀水性環(huán)氧固化劑在參與反應(yīng)時(shí)由于樹脂內(nèi)核親水性差導(dǎo)致無法與環(huán)氧分子充分接觸使其無法反應(yīng)完全，導(dǎo)致涂膜中含有較多游離環(huán)氧分子與多元胺，降低了涂膜防腐性能。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，固化劑AM3防腐性能最優(yōu)，適合作為水性環(huán)氧防腐底漆固化劑使用。

2.3 水性環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比對涂膜防腐性能的影響

通過研究表明環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫當(dāng)量的不同比例對涂膜性能有很大影響，當(dāng)環(huán)氧樹脂適當(dāng)過量時(shí)，涂膜耐防腐性能、耐水等性能較好；當(dāng)涂膜中胺過量時(shí)，涂膜光澤和機(jī)械性能較好。本實(shí)驗(yàn)采用EP2水性環(huán)氧樹脂所制備涂料，與固化劑AM3進(jìn)行復(fù)配，采用不同環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量進(jìn)行配比，制備涂膜并分別檢測涂膜性能，檢測結(jié)果見圖1。

不同環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比對耐鹽霧性能影響曲線 Fig. 1 Curve of the Influence of Different Epoxy/Amine Hydrogen Molar Ratios on Salt Fog

通過圖1可以看出，當(dāng)環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比逐漸增加時(shí)，涂膜耐鹽霧性出現(xiàn)先增加后減少情況。當(dāng)環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比小于1.0時(shí)，由于過量的水性胺固化劑游離在涂膜中，造成涂膜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不嚴(yán)密，同時(shí)水性胺具有親水性，導(dǎo)致涂膜耐鹽霧性、耐水性能較差；當(dāng)環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比為1.1～1.2時(shí)，環(huán)氧稍微過量，減少了涂膜中游離水性胺固化劑的量，涂膜防腐蝕性和耐水性能優(yōu)良；但當(dāng)環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比為1.3時(shí)，較多的環(huán)氧單體不能參與反應(yīng)會降低涂膜交聯(lián)密度，導(dǎo)致涂膜耐鹽霧性能下降。為了涂膜得到更好的防腐性能，選擇環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比為1.1～1.2。

2.4 防銹顏料的種類及用量對涂膜防腐性能的影響

在防腐涂料中，防銹顏料對涂膜的防腐性起著重要作用。涂料中的防銹顏料能與金屬基材表面或涂料成膜物質(zhì)中某些成分起化學(xué)反應(yīng)，從而使金屬表面鈍化或生成保護(hù)性物質(zhì)。磷酸鋅可與金屬基材產(chǎn)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，磷酸鋅與3價(jià)鐵離子具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，可形成以磷酸鐵為主體的堅(jiān)固保護(hù)膜。該保護(hù)膜不溶于水，具有較高的硬度和優(yōu)異的附著力，因此可以實(shí)現(xiàn)較好的防腐蝕效果，起到了陽極鈍化的作用。隨著人們環(huán)境友好意識的逐漸增加，防銹顏料中鉛系、鉻酸鹽系防銹顏料已逐漸被取代，環(huán)境友好型活性防銹顏料成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)選取不同種類防銹顏料作為原材料，測試其在相同占比時(shí)對涂膜耐鹽霧性能的影響，測試結(jié)果見圖2。

不同種類防銹顏料涂膜耐鹽霧時(shí)間對比圖 Fig. 2 The Comparison of Salt Fog Tolerance Time of Different Kinds of Antirust Pigments

通過圖2可以看出，防銹顏料復(fù)配使用時(shí)，耐鹽霧性能會優(yōu)于單獨(dú)使用某一種防銹顏料。當(dāng)防銹顏料a與防銹顏料b兩種環(huán)境友好型防銹顏料復(fù)配使用時(shí)，腐性能最佳；在含有鉻酸鹽的非環(huán)境友好型防銹顏料e存在時(shí)，水性環(huán)氧涂料防腐性可以得到很大提高，目前在防腐性能上仍然優(yōu)于環(huán)境友好型防銹顏料。為保障產(chǎn)品的環(huán)保性，選擇m(防銹顏料a)∶m(防銹顏料b)＝1∶1復(fù)配作為本次研究的防銹顏料。

為了測試不同含量防銹顏料對涂膜耐鹽霧性能的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用防銹顏料m(防銹顏料a)∶m(防銹顏料b)＝1∶1，分別測試添加不同含量防銹顏料時(shí)，涂膜耐鹽霧性能變化情況，測試結(jié)果見圖3。

不同含量防銹顏料對耐鹽霧性能影響曲線 Fig. 3 Curve of the Influence of Different Antirust Pigment Contents on Salt Fog Resistance

通過圖3可以看出：隨著防銹顏料的使用量逐漸增多，涂膜耐鹽霧性能出現(xiàn)先逐漸增加后逐漸下降情況，說明涂膜的耐鹽霧性能并不能單純通過增加防銹顏料的使用量而提高。這可能是由于當(dāng)防銹顏料含量過高時(shí)，可與金屬基材產(chǎn)生反應(yīng)的磷酸鋅出現(xiàn)過量，不能繼續(xù)提升涂膜的防腐性能，同時(shí)涂膜中過多的活性成分使涂膜致密度下降，最終導(dǎo)致涂膜耐鹽霧性能下降。防銹顏料在加量至10%時(shí)，防銹性能出現(xiàn)最佳。

三、結(jié) 語

(1)不同水性環(huán)氧樹脂在干燥時(shí)間與防腐性能上存在明顯區(qū)別，固體型水性環(huán)氧樹脂EP2制備涂膜綜合防腐性能最佳。

(2)樹脂類型水性環(huán)氧固化劑所制備涂膜防腐性能優(yōu)于樹脂類型的水性環(huán)氧固化劑，水性環(huán)氧固化劑AM3防腐性能優(yōu)良，可作為水性環(huán)氧防腐固化劑使用。

(3)通過對水性環(huán)氧涂料防腐性能對比，發(fā)現(xiàn)隨環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比值的逐漸增加，涂膜防腐性出現(xiàn)先增后降情況，當(dāng)環(huán)氧/胺氫物質(zhì)的量比為1.1～1.2時(shí)涂膜防腐性能最佳。

(4)對于水性環(huán)氧防腐涂料，復(fù)配使用防銹顏料一般會得到更加良好的防腐效果，防銹顏料a與防銹顏料b搭配使用防腐性能最佳；涂膜的耐鹽霧性能并不能單純通過增加防銹顏料的使用量而提高，防銹顏料在加量至10%時(shí)，防銹性能最佳。

四、夢能科技

夢能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計(jì)、涂裝施工為一體的科技公司，夢能科技專長于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計(jì)階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當(dāng)中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。