槽罐车用高性能水性环氧底漆的研制
刘虎冰，张乐显，魏志龙，董 翔，马小强(洛阳双瑞防腐过程技术有限公司，河南洛阳 471039)
0 前 言
近年来，随着我国交通建设投入力度的加大，物流行业迅速发展，危险品的生产、贮存、运输和使用的总量日益增加，种类也日渐繁多，专用车辆工业发展也迎来巨大机遇。槽罐车是此类用品的主要运输装载工具，目前我国罐式专用汽车行业已具有相当规模，生产及改装企业近千家。槽罐车在装载运输过程中外表面受到城市中产生的工业气体的腐蚀和大气中漂浮的固体尘粒的磨蚀。涂装防腐作为有效、经济、应用普遍的防腐方法，受到业界广泛的关注和重视。涂料的使用所带来环境的严重污染和对人们身体健康的严重危害，使涂料工业向“绿色工业”转化已是刻不容缓。
随着人们对环境保护的重视以及对生态环保健康意识的日益增强，一些限制VOC排放的法规相继出台。常规溶剂型涂料由于VOC含量高面临着较大的压力，这给水性涂料带来了机遇，槽罐车涂料的水性化有益于改善环境污染，减少对生产操作人员的身体损害。从产品的形态和使用方法来看，水性涂料与溶剂型涂料是相同的，但水性涂料施工过程无火灾危险，涂装工具易于清洗，节省资源，一般应用不受场合限制，也不需要专用的涂装工具和设备，因此水性涂料产品是涂料发展的主导方向。
1 实验部分
1 实验部分
1.1 原材料
液体环氧树脂A(固体环氧树脂水性分散体，空气化工)、B(固态环氧树脂的水性乳液，亨斯迈)和C(固态环氧树脂的水性乳液，邦和化学)；水性环氧固化剂a(改性脂肪胺固化剂，空气化工)、b(胺固化剂，亨斯迈)；颜填料；防锈颜料Ⅰ(改性磷酸锌，纽碧莱)、Ⅱ(铬酸盐复合物)、Ⅲ(玻璃鳞片)；润湿分散剂；防闪锈剂；助溶剂；增稠剂。
1.2 配套涂料的配制
水性环氧底漆的配制见表1。
甲组分：按照配方中的量，将水性环氧固化剂和部分去离子水加入料罐中，低速搅拌下缓慢加入润湿分散剂、增稠剂，高速搅拌5～10 min，依次加入颜填料、防锈颜料、去离子水，高速分散15～20 min进入砂磨机，细度砂磨至50 μm以下。转入料罐中，加入防闪锈剂和消泡剂。80目筛网过滤，即得甲组分。
乙组分：按比例将液体环氧树脂和助溶剂混合分散5～10 min，即得乙组分。
乙组分：按比例将液体环氧树脂和助溶剂混合分散5～10 min，即得乙组分。
将甲、乙组分按8∶1的质量比例混合搅拌均匀即可使用。
1.3 主要性能指标
水性环氧底漆主要性能指标见表2。
由表2可知，水性环氧底漆具有优异的耐盐雾性能、耐酸碱性能和机械性能，同时干燥速度也接近于溶剂型环氧底漆，完全适用于槽罐车底漆的涂装。
2 结果与讨论
2.1 底漆树脂体系的确定
在涂料配方中，树脂的作用不仅在于黏结颜填料，把底材和涂层结合成牢固的整体，而且在很大程度上决定着涂层的冲击强度、附着力、表面光泽、硬度等物理性能及耐水、耐盐雾腐蚀等化学性能。面漆虽然具有一定的保护性能，但是配套体系中防腐性能主要是由底漆决定的。因此，选择适当的底漆树脂体系对配套涂料的防腐性能具有重要作用。研究中选用A、B、C3种液体环氧树脂和两种水性环氧固化剂a、b。为保证产品质量和货源的稳定性，5种原材料均选自国内知名的大型原材料厂商，见表3。
由表3可以看出，涂层的干燥时间、附着力、柔韧性等物理性能与耐盐雾性成对应关系，一般情况下干燥时间、机械性能优异，耐盐雾性则较差。相反耐盐雾性能突出，干燥时间、机械性能则不能令人满意。总体来看树脂体系(环氧树脂∶环氧固化剂)为C∶a的综合性能佳。
据悉环氧树脂A、B、C的环氧当量分别为90～130 g/eq、450～550 g/eq、185～210 g/eq，水性环氧固化剂的活泼氢当量分别为160～200 g/eq、330～390g/eq。如果水性环氧涂料体系中活泼氢当量过大时，过量的环氧固化剂游离在涂膜中，既造成膜的交联网络不严密，又容易增大氧气、水分的渗透率，造成涂膜耐腐蚀性能急剧下降，水性固化剂乳化融合环氧树脂更为容易，交联速度加快，缩短了干燥时间；环氧当量过大，固化速度慢、残余的水性固化剂少，甚至无残余，交联网络密度大，抗渗透性能好，耐腐蚀性能好，但机械强度下降。选择环氧当量与活泼氢当量相接近的树脂体系，涂膜的干燥时间、机械性能和耐盐雾性等综合性能较好。因此，选择邦和化学生产的水性固态环氧树脂乳液C和空气化工厂生产的改性脂肪胺水性环氧固化剂a作为树脂配套体系。
2.2 润湿分散剂的确定
水性环氧底漆以水作为稀释剂，水的表面张力较大，影响涂料对底材的润湿，产生一系列表面缺陷并影响涂膜对底材的附着力，降低涂膜对底材的屏蔽性，进而影响耐盐雾性能。适当的加入非离子型润湿分散剂和阳离子型润湿分散剂，能有效提高分散效果，降低涂料的表面张力，提升涂膜耐盐雾性能(如表4)。
2.3 底漆防锈颜料的确定
防锈颜料分为物理防锈和化学防锈两类。物理防锈颜料(如Ⅲ)能增加涂膜的致密性，抵抗腐蚀介质的渗透，起到屏蔽作用。化学防锈颜料分为阴极保护和电化学保护(如Ⅰ)。电化学保护型防锈颜料直接或间接地与金属基材相互作用减缓腐蚀，他们可以维持涂层的pH值，发生皂化以及钝化作用[5]。防锈颜料Ⅰ属改性磷酸盐防锈颜料，改性后的防锈颜料具有更多的磷酸根使其防锈性能更加出众。另外，改性后掺杂的阳离子明显增加基材耐极化性和钝化膜的稳定性。
涂料防腐蚀性能主要是取决于所选的树脂体系，同时在很大程度上也与所选的防锈颜料有关，涂料的防腐性能是树脂体系与防锈颜料相互共同作用的结果。由表5可知，防锈颜料Ⅰ和Ⅱ的防锈性能优于Ⅲ，Ⅰ与Ⅱ的防锈性能相差不大，但防锈颜料Ⅱ属铬酸盐系列，因环保要求而选择防锈颜料Ⅰ。
2.4 其他助剂的确定
水性涂料直接在金属表面进行涂装时，干燥过程中容易产生闪锈问题。加入适量的美国Halox水性防闪锈剂产品，添加量0.2%～1%，可以改善干燥过程中的闪锈问题(如表6)。
涂料生产施工过程中容易产生或带入空气形成气泡，在研磨后添加0.05%～0.3%道康宁DC-65，属硅酮类消泡剂，同时有助于提高涂料的流平性、润湿性、耐磨性和平滑性(如表7)。
3 结 语
本文通过对树脂体系的筛选，确定了环氧当量与活泼氢当量接近的树脂体系作为主要成膜物质，优选了非离子型和阳离子型润湿分散剂以及改性磷酸盐防锈颜料，搭配适当的防闪锈剂和消泡剂，制备了性能优越的槽罐车用高性能水性环氧底漆。该涂料具有优异的耐盐雾性能、耐酸碱性能和机械性能，完全能够满足槽罐车对涂料的苛刻要求。
