一種高固體分環氧重防腐涂料的制備及應用

李群 陳旭杰 辛亮 管金勝 江炯

摘要：本文以環氧樹脂E51為主要成膜物質，采用含有環氧基團的低分子量環氧化合物為活性稀釋劑，添加防銹顏料、填料和助劑制備一種高固體分環氧重防腐涂料，其體積固含高達99.6%，該涂料施工性能好，一次成膜厚度可達300μm，耐鹽霧性能超過4000h，與混凝土之間的附著力達到10.5MPa，同時具有優異的耐化學品性。將該涂料應用到海工混凝土防腐實踐中，取得良好的防護效果。

關鍵詞：高固體分環氧;海洋腐蝕;混凝土;電化學腐蝕

海工混凝土是一種用在海洋腐蝕環境中的高耐久性和高強度混凝土，主要服役在港口碼頭和橋墩，經常遭受浪花濺擊。海水和海洋大氣中的氯離子會聚集在混凝土表面并逐漸向混凝土內部滲透，氯離子會侵蝕混凝土內部鋼結構并帶來腐蝕災害，因此，必須對海工混凝土進行有效防護，才能延長混凝土在海洋腐蝕環境中的服役壽命。在混凝土表面涂裝重防腐涂料是最經濟、最方便和最有效的防護手段[1，2]。重防腐涂料相對于常規防腐涂料而言，是一種能夠在苛刻腐蝕環境下提高長效防護壽命的一種涂料，其有兩個基本特點：①成膜厚度比較厚，一般膜厚在200μm以上，部分腐蝕環境下可高達1000～2000μm;②防護時間特別長，一般重防腐涂料的防護壽命在10年以上，即使在強酸、強堿和化學品介質的C5-x腐蝕環境下，仍能達到5年以上的服役壽命[3，4]。重防腐涂料對混凝土的防護機制主要為物理屏蔽作用，重防腐涂層在混凝土基材表面緊密附著，并形成致密的保護性漆膜，該漆膜可以有效抑制外界腐蝕介質（主要為溶解氧、水分子、氯離子、酸性氣體等）向涂層內部滲透，延長混凝土的服役壽命。但是任何涂料漆膜都是一層半透膜，在長期服役過程中會遭受破壞而逐漸老化，主要表現為涂層在高溫、高濕、高輻射和高鹽霧等海洋大氣環境因素的綜合作用下，涂層表面的環氧樹脂化學鍵發生斷裂，主要成膜物質對填料的包裹性能變差，漆膜表面粗糙度增加，光澤度下降，并逐漸產生粉化和脫落現象[5]。北京化工大學胡明濤[6]通過模擬南海海洋大氣環境下多種典型復合涂層失效過程，在實驗室循環加速試驗別結合海南萬寧大氣曝曬試驗站，綜合考慮了強太陽輻射、高溫、氯化鈉顆粒、干濕交替、降雨和溫差等因素對漆膜耐老化性能的影響規律，發現高溫、紫外老化和干濕交替是導致漆膜老化的主要原因。

本文根據海工鋼筋混凝土的特點，本文設計并研制一種厚漿型高固體分環氧重防腐涂料，一方面通過配方設計，增加漆膜對混凝土的附著力，另一方面，添加紫外光吸收劑和其他助劑，提高環氧重防腐涂料的耐老化性能。經配方優化后，該涂料施工性能良好，一次成膜厚度可達300μm，并具有優異的耐鹽霧性能和耐海水浸泡性能，適合用于海工鋼筋混凝土的防護。

1 涂料制備和基本性能

高固體分環氧重防腐涂料制備：采用E51環氧樹脂、活性稀釋劑、防銹顏料、填料和助劑經高速分散，研磨后制成漆料組分，并搭配改性胺固化劑，混合均勻后即可施工，可噴涂、刷涂和滾涂，制得漆膜的基本性能指標見下表。

高固體分環氧重防腐涂料性能測試：參照《GB/T 9286色漆和清漆漆膜的劃格試驗》進行漆膜的百格附著力測試;參照《GB/T 5210色漆和清漆拉開法附著力試驗》進行漆膜的拉拔附著力測試;參照《GB/T1731漆膜柔韌性測定法》進行漆膜柔韌性測試，參照《GB/T 1732漆膜耐沖擊測定法》進行漆膜耐沖擊性測試，部分測試照片見圖1。將配方優化后的高固體分環氧重防腐涂料涂裝到馬口鐵上，控制漆膜厚度為30μm以內，發現漆膜表面平整，百格附著力測試采用單刃切割刀在漆膜上進行劃格，間距為1mm，用軟毛刷延劃線處輕輕打掃干凈，然后用3M膠帶重復三次平穩撕離后未發現明顯漆膜脫落現象，說明所制得的涂料的附著力為0級;抗沖擊試驗采用1kg小球從100cm豎直高度進行沖擊，柔韌性測試采用QTX漆膜彈性測試器滾軸曲率半徑為2mm進行繞棒彎曲，采用4倍放大鏡觀察漆膜彎曲和沖擊處的破損情況，無漆膜脫落和龜裂，說明底漆和面漆的柔韌性為2mm，抗沖擊性能為100cm。漆膜拉拔法附著力測試將試柱底面（S，約2cm2）均勻的涂上環氧黏合劑，固化后用手動拉拔儀評估漆膜與基材之間的結合強度，以確定其最大拉伸拉力，其拉拔附著力為10.5MPa。

通過高固體分環氧重防腐涂料漆膜的基本性能測試，說明該涂料具有良好的施工性能和防護性能，漆膜在基材上結合強度高，柔韌性好，耐沖擊性能優異，在環境服役過程中科展現良好的防護效果。

2 高固體分環氧涂料在海工混凝土的施工應用

將制備好的高固體分環氧重防腐涂料應用到海工混凝土的防腐實踐中，涂裝地點為濱海某港口碼頭的海工鋼筋混凝土橋墩，設計防腐壽命為15年以上。在混凝土基材表面經除塵和去污后，采用高壓水沖洗表面，晾干待用。首先采用滲透性環氧清漆對混凝土進行滾涂，主要是為了密封混凝土中的氣孔，同時增加混凝土表面強度，讓后續高固體分環氧重防腐涂料在混凝土表面更好附著結合，該滲透性環氧清漆全部濕透到混凝土內部，其膜厚忽略不計;然后涂裝自制高固體分環氧涂料，采用滾涂方式涂裝2道，每道干膜厚度為240μm，涂裝間隔≥24h，漆膜總膜厚≥480μm。涂裝時間為2018年1月，現場施工照片見圖2，涂層服役30個月后，進行涂層對海工混凝土的防護性能評價，發現漆膜表面無起泡、脫落和腐蝕現象，說明自制高固體分環氧重防腐涂料對海工混凝土基材的防護性能良好。

3 結論

（1）本文制備一種高固體分環氧重防腐涂料，其體積固含高達99.6%，該涂料施工性能好，一次成膜厚度可達300μm，耐鹽霧性能超過4000h，與混凝土之間的附著力達到10.5MPa，同時具有優異的耐化學品性。

（2）將自制高固體分環氧重防腐涂料涂裝在港口海工鋼筋混凝土橋墩上，該涂料施工性能好，一次成膜厚，并具有優異的耐海水和耐鹽霧性能，與基材混凝土的結合力好，服役2年后取得良好的防護效果。

參考文獻：

[1]劉栓，蒲吉斌，王立平，等.石墨烯重防腐涂層在國網輸電鐵塔防護的應用研究[J].中國材料進展，2017，36（6）：442-447

[2]劉栓，周開河，吳躍斌，等.石墨烯改性重防腐涂料在世界最高輸電鐵塔的防腐應用[J].腐蝕科學與防護技術，2019，31（1）：114-120

[3]陳科鋒，方云輝，周開河，等.石墨烯導電防腐涂料的制備和性能評價研究[J].表面技術，2018，47（12）：246-254

[4]曹慧軍，張昕，韓金，等.高固體分環氧海洋防腐蝕涂料的研究進展[J].中國材料進展，2014，33（1）：20-26

[5]李亮，曹京宜，李旭，等.海洋環境設備涂層老化和失效的影響因素研究[J].環境裝備工程，2020，17（2）：97-83

[6]胡明濤.模擬海洋大氣環境多種典型復合涂層失效機理研究[M].北京化工大學，2018