室温固化双组分水性环氧防锈底漆的研制
徐 俊，刘保磊，顾建云，韩娟娟，许 驰，丁瑞东（南京长江涂料有限公司，江苏南京 210047）
0 引言
随着国家对环保要求的提高，以及人们环保意识的逐渐增强，传统的溶剂型涂料已经很难达到国家对VOC（挥发性有机化合物）排放量的要求。水性涂料具有VOC 含量低、对环境无污染等优点，已经成为涂料工业发展的重要方向。
环氧树脂因其优异的防腐性和附着力，广泛应用于防腐涂料的生产中。水性环氧防腐涂料除了具备溶剂型环氧涂料的诸多优点，如与多种底材具有极佳的附着力、固化后涂膜的耐腐蚀性和耐化学药品性优异、涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好外，还具有VOC 含量低，不会对环境造成污染，满足环保要求等特点，同时以水作为分散介质，施工方便、无毒、不燃、无气味，储存和运输更加安全，另外，水性环氧涂料还可以在潮湿的环境中固化，这是传统溶剂型涂料所无法比拟的。
本文制备了一种双组分水性环氧防锈底漆，讨论了环氧树脂乳液、水性环氧固化剂、防锈颜料及环保型助剂对涂料性能的影响。随着人们环保意识的逐渐增强，水性涂料势必会成为未来涂料的主流。
1 实验部分
1 实验部分
1.1 原材料
水性环氧固化剂、环氧乳液，湛新公司；氧化铁红，朗盛公司；沉淀硫酸钡，常州华天；滑石粉，广福建材；磷酸锌，广西新晶；丙二醇甲醚，德茂化工；分散剂，赢创公司；润湿剂、消泡剂，毕克公司；防闪锈剂，海明斯；去离子水，自制。
1.2 涂料及样板制备
1.2.1 涂料制备
将去离子水、丙二醇甲醚加入到砂磨机中，搅拌均匀，加入消泡剂和分散剂，搅拌均匀后再加入水性环氧固化剂，然后分别加入滑石粉、沉淀硫酸钡、氧化铁红以及磷酸锌，分散均匀后砂磨至细度≤ 40 μm，出料，即得A 组分。将A 组分和B 组分（环氧树脂乳液）充分混合均匀后，加适量的去离子水调节到喷涂黏度即可施工。
1.2.2 样板制备
测试机械性能的马口铁板用400# 砂纸打磨至St 3 级；测试耐盐雾性、耐介质性的喷砂钢板除锈等级达到Sa 2.5 级。测试机械性能的样板喷涂膜厚25 μm ；测试耐盐雾性和耐介质性的样板喷涂2 道，膜厚90 μm。
1.3 性能测定
耐冲击性：按GB/T 1732—1993 进行测定。
柔韧性：按GB/T 6742—2007 进行测定。
附着力（划格法）：按GB/T 9286—2008 进行测定。
耐盐雾性：按GB/T 1771—2007 进行测定。
耐3% 盐水性：按GB/T 9274—1988 进行测定。
2 结果与讨论
2.1 双组分水性环氧清漆性能
配制双组分水性环氧清漆，分别设计n（环氧）∶n（活泼氢）=0.8∶1，1∶1，1.1∶1，1.3∶1，将制得的清漆分别喷涂在马口铁板和钢板上，测试机械性能和耐介质性，结果如表1 所示。
表1 双组分水性环氧清漆的机械性能和耐介质性
由表1 可见：当n（环氧）∶n（活泼氢）=1.1∶1 时，漆膜的综合性能好；n（环氧）∶n（活泼氢）=0.8∶1和1∶1 时，漆膜的耐介质性不理想，可能是由于活泼氢过量，剩余的氨基没有反应完全，而氨基具有亲水性，导致耐介质性下降，同时，氨基过量也导致漆膜较脆，从而影响漆膜的机械性能；n（环氧）∶n（活泼氢）=1.3∶1 时，环氧过量较多，导致漆膜的交联密度不够，从而影响漆膜的耐介质性和机械性能。
2.2 双组分水性环氧防锈底漆
双组分水性环氧铁红防锈底漆A 组分为水性环氧固化剂、颜填料以及水和助剂。B 组分是环氧树脂乳液。将颜填料放在固化剂中能够避免将颜填料放在环氧树脂乳液中在研磨时出现破乳的情况。水性环氧铁红底漆A 组分配方见表2。
表2 双组分水性环氧铁红底漆A组分配方
2.2.1 PVC（颜料体积浓度）对漆膜性能的影响
根据上面清漆的实验结果，采用n（环氧）∶n（活泼氢）=1.1∶1 配制双组分水性环氧防锈底漆。考察PVC（颜料体积浓度）对漆膜性能的影响，结果见表3。
由表3 可见：PVC 为30% 时，漆膜的各项性能佳。PVC 过高或过低时，漆膜的耐盐水性和耐盐雾性均不理想。
图1 为PVC 为30% 时，漆膜耐盐雾850 h 后的板面情况。
由图1 可见：在耐盐雾850 h 后板面划叉处2 mm内未生锈，板面无起泡、脱落现象。
2.2.2 防锈颜料的选择
本实验选用的防锈颜料为磷酸锌，它是一种效果极好且无毒的产品。磷酸锌与三价铁离子具有很强的络合能力，磷酸锌的阴离子与铁阳离子反应，可形成以磷酸铁为主体的坚固的保护膜，这种致密的钝化膜不溶于水，硬度高，附着力优异，呈现出卓越的防锈性能，形成阳极钝化作用，因此，具有良好的防锈效果。磷酸锌防锈机理见图2。
2.2.3 助剂的选择
助剂在涂料的制备过程中起着重要的作用，能够改善漆膜的流平性，提高颜料在体系中的稳定性，改善涂料对基材的润湿性等，正所谓“小助剂，大不同”。
（1） 基材润湿剂
由于水具有较高的表面张力，不易润湿基材的表面，从而导致水性涂料喷涂后容易产生缩孔的漆膜弊病，从而降低防锈涂料的防腐性，因此需要加入基材润湿剂降低涂料的表面张力［4］。通过大量的实验，终选用华克公司的BYK 346 有机硅基材润湿剂，添加量为0.2%，能够有效降低表面张力，提高漆膜对基材的润湿性，防止漆膜出现缩孔。
（2） 防闪锈剂
水性涂料中的水与钢材接触容易形成闪锈。在涂料中加入亚硝酸钠能够起到防闪锈的作用，但是亚硝酸钠具有强致癌性，另外亚硝酸钠易溶于水，漆膜长期在潮湿环境下亚硝酸钠溶于水中，漆膜会产生针孔等弊病，水汽会通过这些微小的“通道”与钢材表面接触从而影响漆膜的防腐性。本实验采用海明斯公司的FA179 防闪锈助剂，添加量为0.3%。该助剂为螯合锌化合物，能够有效抑制闪锈。
（3） 分散剂
分散剂是一种颜填料稳定剂，能够吸附在颜填料表面产生电荷斥力和空间位阻，防止颜填料发生絮凝，从而使颜填料处于稳定状态。本实验分散剂添加量为1%。
2.3 漆膜性能检测结果
当n（环氧）∶n（活泼氢）=1.1∶1，PVC 为30% 时，漆膜性能检测结果见表4。
由表4 可见：当n（环氧）∶n（活泼氢）=1.1∶1，PVC 为30% 时，双组分水性环氧铁红底漆漆膜的各项性能均符合《水性环氧树脂涂料》送审稿的标准，漆膜性能优异。
