一種性能優異的水性環氧防腐底漆配方研究

胡飛燕，徐朝華，胡曉光

（1.江門職業技術學院，廣東 江門 529090；2.廣東安美迅新材料有限公司，廣東 順德 528300）

環氧樹脂由于具有優異的附著力、防腐蝕性能、電絕緣性能等，使其用途非常廣泛，發展非常迅速[1]。中國的環氧樹脂應用領域基本與國外接近，主要在涂料、電氣絕緣材料、復合材料（玻璃鋼）、膠黏劑等的制造領域[2]。涂料領域一直是全世界環氧樹脂消費中最大的市場。水性環氧樹脂是一種環境友好型材料，其不僅保留大部分環氧樹脂的優異性能，而且能較好地溶于或分散于水中，盡量避免了有機溶劑的使用，提高了資源利用效率，并且響應了全世界人民對綠色環保的訴求[3]。除此之外，水性環氧樹脂還可在室溫、潮濕等條件下使用，且便于施工工具的清洗[4]。在世界大力提倡可持續發展的大環境下，環氧樹脂的水性化技術更新發展迅速[5]。

本實驗通過雙酚A 型環氧樹脂E-51 與聚乙二醇4000 進行開環反應，合成環氧乳化-劑，利用相反轉技術制備出了一種水性環氧樹脂乳液，通過對環氧/活潑氫當量、固化劑體系、防銹顏料、顏料體積濃度（PVC）等對水性環氧涂料性能的影響研究開發出了一種高性能水性環氧防腐底漆。

1 水性環氧樹脂的合成

1.1 試劑與儀器

環氧樹脂E-51（EP-51），工業級，廣州市三昌化工有限公司；鄰苯二甲酸酐（PA），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；聚乙二醇4000（PEG-4000），分析純，上海阿拉丁化工有限公司；四丁基溴化銨（TBAB），分析純，上海麥克林生物化工有限公司；三苯基膦（PPh3），分析純，上海阿拉丁化工有限公司；乙二醇丁醚（BCS）、正丁醇（NBA），分析純，天津大茂化學試劑廠；固化劑（BS-725），工業純，巴斯合成新材料（深圳）有限公司；分散劑（BYK-194N）、消泡劑（BYK-024）、流平劑（BYK-307），畢克化學公司；去離子水，實驗室自制。

FS-400W 高速分散機，杭州齊威儀器有限公司；TDL-60B 高速數顯臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；KQ-700VDB 超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；ETT-068 光澤度儀、QFH 百格刀、ZL-YQ 沖擊試驗儀，東莞市正藍精密儀器有限公司。

1.2 環氧乳化劑的合成

將適量聚乙二醇4 000 加入單口燒瓶中，抽真空干燥除去試劑中的水分。在燒瓶中按照質量比2∶1加入鄰苯二甲酸酐與干燥處理后的聚乙二醇4 000，加入有機溶劑正丁醇和乙二醇丁醚，添加反應物質量分數0.5%的四丁基溴化銨作為反應催化劑，通入氮氣，調節攪拌器的速率，升溫至110 ℃，保持冷凝回流反應4 h，合成預聚體；

按照比例稱取環氧樹脂E-51，加入少許混合有機溶劑、三苯基膦，繼續在氮氣保護、冷凝回流的條件下反應4 h，即合成環氧乳化劑，其反應原理如圖1所示。

圖1 乳化劑合成反應原理

1.3 水性環氧樹脂乳液的制備

稱取適量環氧樹脂E-51 于容器中，加入少許助溶劑乙二醇丁醚使其溶解，按照一定比例加入上述合成的環氧乳化劑，對體系進行緩慢加熱升溫，在高速分散機的剪切作用下，逐漸加入去離子水直到相反轉，制得預期固含量的水性環氧樹脂乳液。

2 水性環氧防腐涂層的制備及漆膜性能檢測

2.1 水性環氧防腐涂層的制備

1）A 組分制備：加入部分去離子水，水性助劑及水性環氧樹脂乳液，再按照樹脂的質量分數稱取分散劑、消泡劑和流平劑，分散均勻。本研究A 組分配方如表1 所示。

表1 A 組分配方

2）B 組分：固化劑組分，固化劑不需稀釋，直接使用。

清漆涂覆于馬口鐵上，待其自然晾干，放入鼓風干燥箱中，照GB/T 1727—1992 漆膜一般制備法。對得到的固化涂膜理化性能進行測試表征。

2.2 漆膜性能檢測

分別按照國家標準進行漆膜吸水率、耐液體介質性及耐中性鹽霧測試。

3 結果與討論

3.1 環氧/活潑氫當量比對水性環氧防腐涂層性能的影響

選取湛新樹脂的水性環氧固化劑2188 作為B 組分（固含量55%，活潑氫當量380），環氧/活潑氫當量比分別采取如表2 配比，進行了環氧/活潑氫當量比對水性環氧防腐涂層性能的影響研究。性能檢測如表3 所示。由表3 可知，漆膜吸水率隨著固化劑用量的減少，先減小后增大。在環氧/活潑氫當量值為1.1時，漆膜吸水率相對較低；隨著環氧/活潑氫當量值的增大，耐鹽霧時間先增加再減小，在環氧/活潑氫當量值為1.1 時，耐中性鹽霧時間最長，此時的環氧/活潑氫當量值也就是最佳配比。

表2 實驗樣品編號

表3 涂膜性能測試結果

3.2 固化劑體系對水性環氧防腐涂層性能的影響

在環氧/活潑氫當量值為1.1 時，分別采用不同固化劑體系配成水性環氧樹脂體系（如表4 所示）并進行了性能對比，如表5 所示，對不同固化劑體系對水性環氧防腐涂層性能的影響進行了研究。

表4 水性環氧樹脂與配套固化劑基本技術指標

表5 不同環氧樹脂涂層性能測試結果

從表5 可以看出，1 號樣品的硬度、柔韌性、附著力以及耐鹽霧性等均能達到技術目前市面油性環氧涂料的技術指標；2 號樣品耐水比較差，泡水10 h 后涂層起泡，同樣鹽霧性能也是最差的；3 號樣品除了耐中性鹽霧稍差外，其余各項性均達到油性環氧底漆的技術指標，可以用在防腐要求不高的底材；4 號樣品附著力只有2 級，不符合要求。

3.3 防腐顏料種類對水性環氧防腐涂層性能的影響

實驗選用幾種磷酸鹽防腐顏料及磷酸、鉬酸等的復配物進行。通對進行涂層吸水率、耐液體介質、耐中性鹽霧等實驗，最終選擇最適合本水性體系的防腐顏料（如表6）。

表6 防腐顏料種類

由表7、圖2 可知，不同樣品制備的漆膜吸水率有所不同，1 號樣品漆膜吸水率最低，約8.3%，2 號樣品漆膜吸水率較高，除空白樣外，3 號樣品漆膜吸水率最低。4 號、5 號較差。圖3 表示不同防腐顏料對最終耐鹽霧時間有較大的影響。3 號樣品耐中性鹽霧480 h，不起泡、不生銹、劃痕處單邊銹蝕寬度≤2 mm。其余樣品均有不同程度起泡銹蝕。

表7 涂層測試結果

圖2 不同防銹顏料的吸水率

圖3 480 h 鹽霧實驗

3.4 顏料PVC 對水性環氧防腐涂層性能的影響（見表8、表9、圖4）

表8 不同顏料體積濃度

表9 不同體積濃度的性能測試結果

圖4 顏料體積分數對鹽霧的影響

由表9 可知，漆膜的附著力隨著PVC 的增加而下降，而漆膜硬度隨顏料PVC 的增加有所增加。而耐鹽霧性能有一定程度的差別，只有顏料PVC 在30%時，耐中性鹽霧實驗表現為720 h 時漆膜表面不生銹、不起泡。因此對于本涂料體系，顏料PVC 為30%時較為理想。

4 結論

本實驗討論研究一種性能優異的水性環氧防腐底漆配方。實驗結果表明：在環氧/活潑氫當量值為1.1，固含量55%，使用2188 湛新樹脂固化劑，磷酸鋅鋁防腐顏料，顏料PVC 為30%，漆膜性能優異。