0 前 言

长期以来,溶剂型双组分环氧/胺体系一直是防腐蚀底漆的,特别是要求在室温干燥条件下。这是由于此体系中,环氧/胺可发生交联反应,由此而形成的交联涂膜,拥有优异的抗化学品性能,以及其在固化过程中很低的收缩率而产生了在不同底材上(尤其是金属)的优异附着力。环氧/胺交联反应见图1。如图1所示,伯胺和仲胺均可以和环氧环发生开环反应(不同于其他交联反应),这就使其具有低收缩率。在反应的后,这里仍然保留了环氧和羟基基团的反应,能够进一步形成交联度更高的涂膜。

1 双组分环氧/胺体系性能评价试验

1.1 水性与溶剂型防腐蚀底漆体系的比较

通过实验发现,水性产品(主要是以固体树脂分散体为主)与溶剂型产品相比有更好的附着力(见图2)。

表1列出了研究中涉及的环氧树脂和胺类固化剂。

测试防腐蚀性能的方法是：将涂层样板放置于盐雾箱或湿热箱后,然后在涂层表面测试划格附着力。实验中发现,对一些难涂的底材,诸如镀锌钢板或铝板,附着力的好坏在很大程度上取决于配方中固化剂的用量(见图3)。这种现象的主要原因是,在水性体系中,水分散体的环氧组分和胺类固化剂的活泼氢原子之间的交联反应,不可能达到它们在溶剂型或无溶剂型体系中相同的反应程度(见图4)。


在这样的特定情况下,在涂膜中仍然保留了一定数量的未反应(亲水性)的胺类固化剂(见图5),这样就导致了涂膜极性增加。这些极性的部位可以与铁离子和水反应。在特定的水性环氧/胺体系中,在耐盐雾或耐湿热实验中,性能好的是固化剂使用量较低的配方体系,而不是按化学计算使用固化剂的配方体系(见图6)。

1.2 热储存稳定性能

试验对比了环氧树脂在125 F(52 ℃)中放置4周后的热储存稳定性能。目的是验证双组分防腐蚀底漆在其应用领域商业化的可行性,包括溶剂的选择(A r c o s o l v P N B 对比P M)及分散剂(A D D I T O L T MV X W 6208)对防腐蚀颜料的分散性。通过评估环氧官能团的减少来判断其对干燥时间的影响。此试验以自动滴定的方法为基础。环氧和过剩的吗啉反应形成三胺加成物。过剩未反应的吗啉被乙酸酐乙酰基化,形成三胺的量由0.5 N的高氯酸滴定确定。通过老化试验,试图找出环氧官能团的变化、组分A的环氧配方的物理变化以及在和胺类固化剂交联后所得到涂膜的物理性能之间的相互关系。被测试的环氧树脂分散体B E C K O P O X T M E P 384,与储存在室温中的空白样品相比,环氧官能团有减少,同时环氧当量有所增加。环氧官能团数据上的变化是由3个平行环氧树脂2(加热老化)来决定。准确度为95%(±20Eq. Wt),结果见表2。

由表2可以看出,憎水性和亲水性溶剂的影响都非常小,颜料分散剂能很小量地加速环氧官能团的减少。然而,由于这种测量方法的准确度为95%(±20 e q. W t),故这种变化是很小的。所有试验中,玻璃板上涂层的终光泽下降了,其他没有变化。需要注意的是,在对终干燥涂膜外观做相关结论时,这些配方的流变性还没有优化。在耐M E K溶剂和环氧官能团减少之间不太可能建立联系。

1.3 颜料和填料对防腐蚀性能的影响
2 改进后的双组分环氧/胺体系的性能及应用

2.1 新一代胺类固化剂

由以上试验可以看出,需要一种更好性能的胺类固化剂来提高涂膜耐水性。一种新型固化剂(B E C K O P O X T M V E H 2188)具有非常憎水的基体并不含碱性胺,特别适合用于防腐蚀底漆(在难涂的底材上)。这种新体系在不同品质的铁金属上,相比其他水性环氧/胺体系都具有很好的性能。与溶剂型工业用标准体系(溶剂型固体环氧树脂和溶剂型聚多元胺)应用在冷轧钢板上的性能对比,这种新型水性底漆与之相当或更好一些(见表3)。

2.2 磷酸盐颜料对改进后的水性环氧/胺体系性能的影响

考察了磷酸盐颜料对改进后的水性环氧/胺体系的性能影响。发现这些色浆不影响储存稳定性。在耐盐雾性和耐湿热性能上有差异,主要是由所使用的磷酸盐颜料种类决定(实验结果见图9和图10)。许多“活性颜料”经实验证实,既有很好的耐盐雾性,还有更好的耐湿热性。有一些配方在颜料色浆储存稳定性和在耐湿热性以及盐雾性达到很好的平衡性。

2.3 优化的水性双组分防腐蚀底漆

在本文中,颜料分散剂(已经在热储存稳定实验中评价过)用于表1中3#环氧树脂,制造磷酸锌颜料的色浆(前面的实验中已经测试过)。结论得出3#环氧树脂还能提高耐湿热性和抗腐蚀能力。实验证明,通过一系列不同的化学计算用量,50%的环氧/胺的比例能够改进耐湿热性和盐雾性的平衡性。优化配方及性能测试结果见表4、表5。

照片1和2展示了该配方的耐湿热性和耐盐雾性。显示具有优异的耐水和抗腐蚀能力。

2.4 双组分水性富锌底漆的应用

富锌底漆通常用于保护一些对腐蚀敏感的金属成分(典型的是以铁为基础的材料)。它们应用的场合,金属被保护的部位都要暴露在严酷的环境中,会促使腐蚀形成,例如在地下的储存槽。典型的富锌底漆含有锌粉,紧密地连接在一起,可以达到对金属底材良好的电导率。锌粉提供电流以减少其保护金属的氧化作用。由于锌粉会和水反应产生氢气,因此一般这些体系都是双组分,这样可以延长锌

粉与液体涂料中的水分接触。还有一点也很重要,一旦组分在施工时混合后,需要有适当的安全的排风。经过评测,水稀释固体环氧树脂和水性胺固化剂可以应用在这种场合。在我们研发的体系中,水稀释固体环氧树脂(B E C K O P O X V E P 2390)含有少量的有机溶剂,可以在无水的组分A中分散锌粉。在施工前,将组分A与水性环氧固化剂B E C K O P O X V E H 2849(组分B)混合,用水调节施工黏度。参考配方见表6。水性胺固环氧体系在4 000 h的盐雾实验后,在划线部位没有腐蚀扩散,也没有出现起泡。照片1和2显示了在典型的重防腐标准喷砂钢板上的盐雾实验结果。照片3是单涂层底漆在3 500 h盐雾实验后的结果,照片4则是底漆上配上双组分聚氨酯面漆在5 000 h盐雾实验后的结果。

3 结 论

对于金属底材的底漆,要求具有很高的耐腐蚀性能。通过改进双组分的胺固化环氧体系,在各种不同的金属底材都显示出很好的性能。配方中使用的胺类固化剂的种类和用量都会影响体系性能。通过

引入一种新的(憎水性)胺类固化剂,使双组分水性体系有很好的改进,特别是在附着力和抗腐蚀性能上。
水性环氧和固化剂的先进技术使双组分水性防腐蚀底漆具有与溶剂型体系相当的性能。对于优化一个双组分水性胺固化环氧底漆体系,选择合适的颜料分散剂、填料、腐蚀抑制剂、环氧、胺类固化剂以及环氧/胺的化学计算配比都是重要的因素。这些体系也显示出在表面处理不好的底材上,提高了抗腐蚀能力。以一种新型的水稀释固体环氧树脂和一种水性胺类固化剂为主体树脂合成的富锌底漆能通过5 000 h的耐盐雾实验,在划线部位没有腐蚀扩散,它可以用于海事和重防腐领域。所有的这些研究表明,新型的水性双组分/胺底漆能够满足许多高端和高品质产品的技术要求。