改性水性環氧樹脂防銹底漆的研制

李子榮，王和山

(1.安徽科技學院 化學與材料工程學院，安徽 蚌埠 233000；2.安徽開林新材料股份有限公司，安徽 天長 239300)

水性環氧樹脂防銹涂料作為一種新型環保防銹涂料已經成為涂料領域一個重要的發展方向，它能夠完美地替代含有鉛、鉻等重金屬的傳統防銹顏料。改性前的顏填料由于粒徑較大，比表面積小，且其水中分散性差，腐蝕前期形成鈍化保護膜的速度較慢，從而影響涂料的整體防銹性能，故難以全面取代傳統有毒的防銹顏料，需要對其進行改性[1-3]。近年來，水性涂料因其有利于資源合理利用、防止環境污染、保護人體健康，且不含或少含揮發性有機化合物(VOC)及有害空氣污染物(HAP)，已成為研發熱點、推廣應用的亮點及增長點[4]。但是水性防腐涂料由于自身樹脂和助劑的親水性，使得水性涂料的耐鹽霧性能表現不佳，需要高性能的防銹顏填料提高水性涂料的防腐性能[5]。本文通過選用納米顏填料對水性環氧防銹底漆進行改性，能夠提高顏填料在防銹顏料中的分散性能，更好地滿足水性環氧樹脂防銹底漆的防銹需要。

1 實驗部分

1.1 主要原料及配方

主要原料：AB-EP-20型、AB-EP-37型、AB-EP-44型和AB-EP-52水性環氧樹脂乳液(工業級，浙江安邦)，AB-HGF型、AB-HGA型和AB-HGT型水性環氧固化劑(工業級，浙江安邦)；分散劑(工業級，廣州潤富)；消泡劑、濕潤劑、增稠劑和流平劑(工業級，東莞高斯進)；氧化鐵紅(工業級，上海一品)；防沉劑(工業級，德國畢克)；三聚磷酸鋁(工業級，上海氟康)；炭黑(工業級，江西黑貓)、硅灰石、絹云母、滑石粉及高嶺土(工業級，安徽金星)；納米二氧化鈦、氧化鋅、碳酸鈣、硫酸鋇、去離子水(自制)。

水性環氧樹脂防銹底漆生產基本配方如表1所示。

表1 水性環氧防銹底漆基本配方Table 1 Basic formula of waterborne epoxy coatings

其中環氧樹脂乳液主要為環氧樹脂AB-EP-20、環氧樹脂AB-EP-37、環氧樹脂AB-EP-44和環氧樹脂AB-EP-52等4種混合物；漆漿混合物主要為納米尺度的二氧化鈦、氧化鋅、碳酸鈣和硫酸鋇，氧化鐵紅、三聚磷酸鋁、炭黑、硅灰石、絹云母、滑石粉及高嶺土等顏填料，以及助劑I(流平劑、增稠劑、基材潤濕劑和消泡劑)和去離子水；助劑II主要為分散劑、潤濕劑、防沉劑和消泡劑混合物。水性固化劑主要為水性環氧固化劑AB-HGF、AB-HGA和AB-HGT的混合物。

1.2 納米顏填料的合成與表征

納米二氧化鈦、氧化鋅、硫酸鋇和碳酸鈣等用于涂料改性的顏填料，采用沉淀法或水熱法等液相法在實驗室自行合成[6-9]。改性前后產物的形貌與尺度采用掃描電子顯微鏡(Zeiss公司，EVO@18)進行表征。

1.3 改性水性環氧樹脂防銹底漆的制造工藝

按配方量稱取去離子水、分散劑、潤濕劑、消泡劑、防沉劑、氧化鐵紅、二氧化鈦、氧化鋅、硫酸鋇、碳酸鈣和其他顏填料，高速攪拌混合30 min，后轉至砂磨機中研磨至細度≤40 μm。在制成的細料中加入水性環氧樹脂乳液及助劑II和適量的去離子水，低速攪拌均勻，調整粘度，過濾包裝。所制得的漆料組分與水性胺類固化劑組分按2～8.6∶1的比例(質量比)配制成水性環氧樹脂防銹底漆。

圖1 改性水性環氧防銹底漆的工藝流程圖

Fig.1 Process flow chart of modified waterborne epoxy coatings

1.4 產品性能測試

產品綜合性能測試由安徽省建筑工程質量第二監督監測站按HG/T 4159-2014和Q/KL 02-2018標準進行，檢測了涂料在容器中的狀態、漆膜外觀、干燥時間、沖擊力、附著力、柔韌性、耐溫變性、耐水性、耐酸堿、耐鹽霧性、施工性和固含量等性能指標。

2 結果與討論

2.1 產品綜合性測試結果分析

表2 產品綜合性能檢測報告表Table 2 Test report of product comprehensive performance

通過產品綜合性能檢測報告(表2)分析，可以看出通過改性得到的水性環氧防銹涂料的各項性能指標均符合或超過國標要求。

2.2 漆漿中納米防銹顏填料w值的確定

納(微)米改性顏填料在底漆中的不同用量對底漆性能有著較大影響，涂料中納米混合顏填料與基料的質量比用w表示。不同改性顏填料用量對涂料性能影響如表3所示。從表3可知，隨著w值的增大，雖然底漆的干燥時間變短，但是底漆的柔韌性、附著力和耐沖擊性均逐漸降低，且涂膜耐酸堿的起泡性逐漸降低，而銹蝕性卻逐漸增大。這可能因為在低w值的情況下，涂層中低含量改性顏填料顆粒基本被水性環氧樹脂乳液包覆在涂層中，涂層可以形成一個連續致密的膜，這會導致涂膜的柔韌性、附著力和耐沖擊性變好，但是其存在干燥時間變長，酸堿性環境中會起泡；而改性顏填料質量分數超過一定值時，雖然涂膜的干燥時間變短、不起泡，但其柔韌性、附著力和耐沖擊性變差，出現銹蝕情況。因此，綜合考慮選擇w為22%納(微)米顏填料來制備防銹底漆。

表3 改性顏填料的w值對防銹底漆性能的影響Table 3 Effect of w value on properties of waterborne epoxy coatings

2.3 改性前后產品的SEM圖比較分析

由圖2A可知，未經改性的防銹涂料顆粒較大，未改性處理的顏填料在水性環氧涂料中團聚現象嚴重，分散不均勻，顏填料粒子和涂料基料的相界面較為明顯。由掃描電鏡圖2B可見，而經過納米改性處理的防銹顏填料顆粒直徑較小且分散比較均勻，在涂料中分散性能好；粒徑小且有部分納米線狀結構，而具有較大的比表面積和較高的表面能，既可以使金屬底材接觸面積變大，還可以增強兩者的結合力，導致漆面更加致密，防銹效果更好效果更佳。

圖2 改性前后的防銹涂料SEM圖片Fig.2 SEM photos of modified waterborne epoxy coatings

2.4 改性前后水性環氧防銹涂料主要性能指標對比

改性前后水性環氧防銹涂料主要性能指標對比如表4所示。由表4可知，改性水性環氧底漆綜合性能優異，達到溶劑型環氧涂料的防銹水平。

表4 水性環氧防腐涂料主要性能指標Table 4 Main performance indicators of waterborne epoxy coatings

3 結語

采用納(微)米顏填料改性的水性環氧樹脂防銹底漆，具備優異的耐鹽霧性能；當顏基比w值為22%時，此時水性環氧樹脂防銹底漆具有最佳的綜合性能。