李子榮，王和山

(1.安徽科技學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)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(huán)氧樹脂防銹涂料作為一種新型環(huán)保防銹涂料已經(jīng)成為涂料領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展方向，它能夠完美地替代含有鉛、鉻等重金屬的傳統(tǒng)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(hù)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(tǒng)有毒的防銹顏料，需要對其進(jìn)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(huán)境污染、保護(hù)人體健康，且不含或少含揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)及有害空氣污染物(HAP)，已成為研發(fā)熱點(diǎn)、推廣應(yīng)用的亮點(diǎn)及增長點(diǎn)[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(xiàn)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(huán)氧防銹底漆進(jìn)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(huán)氧樹脂防銹底漆的防銹需要。

1 實(shí)驗(yàn)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(huán)氧樹脂乳液(工業(yè)級，浙江安邦)，AB-HGF型、AB-HGA型和AB-HGT型水性環(huán)氧固化劑(工業(yè)級，浙江安邦)；分散劑(工業(yè)級，廣州潤富)；消泡劑、濕潤劑、增稠劑和流平劑(工業(yè)級，東莞高斯進(jìn))；氧化鐵紅(工業(yè)級，上海一品)；防沉劑(工業(yè)級，德國畢克)；三聚磷酸鋁(工業(yè)級，上海氟康)；炭黑(工業(yè)級，江西黑貓)、硅灰石、絹云母、滑石粉及高嶺土(工業(yè)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(huán)氧樹脂防銹底漆生產(chǎn)基本配方如表1所示。

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

其中環(huán)氧樹脂乳液主要為環(huán)氧樹脂AB-EP-20、環(huán)氧樹脂AB-EP-37、環(huán)氧樹脂AB-EP-44和環(huán)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(huán)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(shí)驗(yàn)室自行合成[6-9]。改性前后產(chǎn)物的形貌與尺度采用掃描電子顯微鏡(Zeiss公司，EVO@18)進(jìn)行表征。

1.3 改性水性環(huán)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(zhuǎn)至砂磨機(jī)中研磨至細(xì)度≤40 μm。在制成的細(xì)料中加入水性環(huán)氧樹脂乳液及助劑II和適量的去離子水，低速攪拌均勻，調(diào)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(zhì)量比)配制成水性環(huán)氧樹脂防銹底漆。

圖1 改性水性環(huán)氧防銹底漆的工藝流程圖

Fig.1 Process flow chart of modified waterborne epoxy coatings

1.4 產(chǎn)品性能測試

產(chǎn)品綜合性能測試由安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督監(jiān)測站按HG/T 4159-2014和Q/KL 02-2018標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，檢測了涂料在容器中的狀態(tài)、漆膜外觀、干燥時(shí)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(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品綜合性測試結(jié)果分析

表2 產(chǎn)品綜合性能檢測報(bào)告表Table 2 Test report of product comprehensive performance

通過產(chǎn)品綜合性能檢測報(bào)告(表2)分析，可以看出通過改性得到的水性環(huán)氧防銹涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合或超過國標(biāo)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(zhì)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(shí)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?yàn)樵诘蛍值的情況下，涂層中低含量改性顏填料顆粒基本被水性環(huán)氧樹脂乳液包覆在涂層中，涂層可以形成一個(gè)連續(xù)致密的膜，這會(huì)導(dǎo)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(shí)間變長，酸堿性環(huán)境中會(huì)起泡；而改性顏填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定值時(shí)，雖然涂膜的干燥時(shí)間變短、不起泡，但其柔韌性、附著力和耐沖擊性變差，出現(xiàn)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(chǎn)品的SEM圖比較分析

由圖2A可知，未經(jīng)改性的防銹涂料顆粒較大，未改性處理的顏填料在水性環(huán)氧涂料中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)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(jīng)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(jié)構(gòu)，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(qiáng)兩者的結(jié)合力，導(dǎo)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F(xiàn)ig.2 SEM photos of modified waterborne epoxy coatings

2.4 改性前后水性環(huán)氧防銹涂料主要性能指標(biāo)對比

改性前后水性環(huán)氧防銹涂料主要性能指標(biāo)對比如表4所示。由表4可知，改性水性環(huán)氧底漆綜合性能優(yōu)異，達(dá)到溶劑型環(huán)氧涂料的防銹水平。

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

3 結(jié)語

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