水性环氧防腐涂料的制备与性能研究
石亚军1，陈中华1, 2, *， 余飞1
（1.华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510641；2.广东省特种涂料工程技术研究开发中心，广东 广州 510520）
4 种环氧树脂均为双酚A 型环氧树脂。A 体系中环氧树脂的环氧当量较小，容易乳化且固化后的产物硬度高，低反应温度为10 °C；B 体系中环氧树脂的环氧当量较大，较难乳化，需加入较多的乳化剂，才能达到较好的效果，低反应温度为8 °C。
1 前言
随着人们环保意识的日益增强，水性涂料成为涂料发展的一个重要方向和研究热点。而需求量很大的防腐涂料也必须朝着环保、节能、高效的方向发展。为了适应高性能、低污染的发展要求，涂料企业和相关的科研院所不断推出水性防腐涂料、高固体分防腐涂料等新品种，国外甚至已经提出将水性防腐涂料用于环境苛刻的重防腐涂料体系。环氧树脂因其品种较多、性能优异而广泛应用于涂料生产中，但目前所用的环氧涂料大多为溶剂型，污染严重；因此，水性环氧树脂涂料成为当今各国水性涂料研究的热点。尽管水性环氧涂料的原料价格较高，但随着生产技术的不断成熟和发展，它在工业及商业上具有越来越大的吸引力。本文通过优选高性能的水性环氧树脂和固化剂体系作为成膜物质，确定了环氧树脂和固化剂的佳配比；采用红外光谱考察了不同配比时涂层的组成，分析了树脂与固化剂的配比对涂层性能产生影响的原因；利用正交试验方法确定了化学防锈颜填料的用量和配比，并研究了颜填料体积含量(PVC)对涂层性能的影响，得出了涂层具有佳性能时的PVC 值，制备出环保、高效的水性环氧防腐涂料。
2 实验
2 实验
2. 1 原材料和实验仪器
2. 1. 1 主要原料
水性环氧乳液A、B、C、D，国产；水性环氧固化剂A、B、C、D，国产；WD-D 500 型复合铁钛粉，万达科技(无锡)有限公司；氧化铁红，德国拜耳公司；滑石粉，国产；分散剂681F、分散剂5040、消泡剂A34，深圳海川化工科技有限公司；润湿剂X-405，罗门哈斯公司；成膜助剂、防闪锈剂、增稠剂ET-605，国产；流平剂BYK-346，德国毕克化学。
2. 1. 2 实验仪器
JSF-400 型搅拌砂磨分散多用机，上海普申化工机械有限公司；QHQ 型涂膜铅笔划痕硬度计，天津市精科材料试验机厂；QCJ 型漆膜冲击器、QTX 型漆膜柔韧性测定器、QFH 型漆膜划格器，上海现代环境工程技术有限公司；Vector 33 型傅里叶变换红外光谱仪，德国Bruker 公司；JSM-6380 型扫描电镜，日本电子公司。
2. 2 双组分水性防腐涂料的制备
2. 2. 1 基础配方
甲组分：
水性环氧乳液 20% ~ 35%
复合铁钛粉 8% ~ 15%
滑石粉 10% ~ 16%
氧化铁红 8% ~ 15%
水 15% ~ 25%
分散剂 0.2% ~ 0.3%
消泡剂 0.1% ~ 0.2%
流平剂 0.1% ~ 0.2%
润湿剂 0.1% ~ 0.3%
缓蚀剂 0.1% ~ 0.3%
增稠流变剂 0.3% ~ 1.0%
乙组分：
水性环氧固化剂 10% ~ 17%
水 10% ~ 14%
2. 2. 2 制备工艺
按照配方中的量，在水中加入润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂，低速分散几分钟；加入防锈颜料复合铁钛粉和氧化铁红、填料滑石粉，在高剪切力作用下，砂磨分散30 min，使细度小于50 μm。加入消泡剂，搅拌几分钟进行消泡；再加入水性环氧树脂，充分混合，中速搅拌20 ~ 30 min；然后加入流平剂、缓蚀剂和增稠流变剂等其他助剂，中低速搅拌，充分混合均匀，即制备得水性环氧重防腐涂料甲组分。施工使用时，将甲组分和乙组分(固化剂)充分混合，熟化15 ~ 30 min 即可施工。
2. 3 漆膜制备和性能测试
涂膜按照GB/T 1727–1992 标准制备，常温静置养护7 d。然后，按照GB/T 6739–1996 标准，测试涂膜的铅笔硬度；按照GB/T 1731–1993 标准，测试漆膜柔韧性；按照GB/T 9286–1998 标准，测试漆膜附着力(划格法)；按照GB/T 1732–1993 标准，测试漆膜耐冲击强度；按照GB/T 1763–1989 标准，测试漆膜耐盐水性(3% NaCl)；按照GB/T 1763–1989 标准，测试漆膜耐酸性(5% H2SO4)；按照GB/T 1763–1989 标准，测试漆膜耐碱性(5% NaOH)。
3 结果与讨论
3. 1 成膜物质体系(基料)的选择
以水性环氧乳液A 和水性环氧固化剂A 组成A 体系，以此类推分别组成B、C、D 体系。C 体系中甲组分为颜填料分散在固化剂中，乙组分为环氧树脂加水。按照上述基础配方和制备工艺制备样品和样板，并按照国家标准进行各种性能测试。4 种水性环氧体系的主要指标对比如表1 所示。
4 种环氧树脂均为双酚A 型环氧树脂。A 体系中环氧树脂的环氧当量较小，容易乳化且固化后的产物硬度高，低反应温度为10 °C；B 体系中环氧树脂的环氧当量较大，较难乳化，需加入较多的乳化剂，才能达到较好的效果，低反应温度为8 °C。
各种与水性环氧树脂匹配的固化剂均是经过改性的多元胺类，都具有固化速度快、无刺激性气味等优点，但其活泼氢当量不同。A 和B 的活泼氢当量较小，反应速度比较快；而C 和D 则活泼氢当量较大，反应速度相对较慢。4 种体系的性能测试结果如表2 所示。
从表2 可以看出，在机械性能方面，4 个体系的冲击强度和柔韧性均可满足要求，但是B、C、D 三个体系的硬度不理想，而D 体系的附着力不如其他体系。在耐腐蚀性能方面，4 个体系的耐盐水性能都好于耐酸碱性能，其中又以A 体系的耐腐蚀性能好。因此，采用A 体系作为水性环氧防腐涂料的成膜物体系。
从表2 可以看出，在机械性能方面，4 个体系的冲击强度和柔韧性均可满足要求，但是B、C、D 三个体系的硬度不理想，而D 体系的附着力不如其他体系。在耐腐蚀性能方面，4 个体系的耐盐水性能都好于耐酸碱性能，其中又以A 体系的耐腐蚀性能好。因此，采用A 体系作为水性环氧防腐涂料的成膜物体系。
