1.周立新?2.杨卓如

（1..湖北大学化学化工学院，湖北?武汉?430062；2.华南理工大学化工与能源学院，广东?广州?510641）

摘要：以自制的环氧树脂乳状液为漆基、磷酸锌作为活性防?锈颜料合成了水性环氧防腐涂料。研究了涂料中颜基比、固化?剂与环氧树脂的当量比等对涂膜性能的影响。结果表明，颜基?比小于?1，固化剂?CEN-537?与环氧树脂?E-44?的当量比为?1?或?稍大于?1?时，所得涂膜的各项性能指标可达到较好的平衡；涂?料的防绣性能与以硅铬酸铅为防绣颜料的传统涂料相当。新研?制的水性环氧防腐涂料性能达到了国外同类产品的水平。

关键词：水性环氧防腐涂料；防绣颜料；研制；性能；磷酸锌

中图分类号：TQ630.7?文献标识码：A

文章编号：1004?–?227X?(2007)?04?–?0028?–?04

1?前言

涂料挥发性有机物（VOC）对大气的污染是仅次于车辆尾气污染的第二大污染源，随着社会环保意识?的增强以及环保法规的日益严格，非溶剂型环保涂料?尤其是水性涂料得到了快速发展[1]。水性涂料的配方?相对比较复杂，通常包含多种助剂，而这些助剂常常?影响到涂膜的性能[2-3]，尤其是耐水性与耐化学品性?能，水性涂料的成膜过程也与溶剂型涂料不同，非均?相的乳胶成膜是其主要的成膜方式，这些因素往往会?影响到涂膜的物理化学性能。而防腐涂料对涂膜的附?着力、耐水、耐化学品等性能要求通常较高，因此水?性防腐涂料的技术难度较大，其发展相对于其他水性?涂料品种而言比较缓慢[4]。水性环氧涂料由于具有良?好的耐水、耐化学品性，尤其具有优异的附着力，从?而成为国外发展最快的水性防腐涂料，也是当前最主?要的水性防腐涂料产品。本实验利用自制的环氧树脂?乳液研制了水性环氧防腐涂料配方，并得到了性能良?好的防腐涂料产品。

2?实验部分

2.?1?主要实验材料

环氧树脂乳液?WEP-1、WEP-2?是环氧树脂?E-44、?E-20?的乳状液产品，固含量为?50%，由自制的专用乳?化剂乳化制得[5]；EPI-REZ?Resin?3520-WY-55?为?Shell?公司产品，固含量为?55%，环氧当量（以固含量计）?为?485?~?555，与?WEP-2（其环氧当量为?450.5?~?500）?相当；固化剂?CEN-537，水性聚酰胺，固含量?60%，?胺氢当量?174，Shell?公司产品；颜填料磷酸锌、硫酸?钡、氧化锌、硅铬酸铅、氧化铁红、滑石粉皆为国产?工业级；消泡剂?BYK-034、BYK-1615?与润湿分散剂?Disperbyk-191?为德国?BYK-Chemie?公司产品，润湿分?散剂?DP-518?为台湾德谦公司产品，pH?值调节剂?AMP-95?为美国?ANGUS?公司产品，增稠剂?HX-5500?为广州番禺华夏助剂公司产品。

2.?2?实验方法

2.?2.?1?水性环氧防腐涂料的制备

将颜填料、助剂、乳液按照以下配方预混合、研?磨分散、调漆等工艺步骤[6]制备涂料产品。

2.?2.?2?涂膜的制备

按?GB/T1727-1992?方法，以马口铁片为底材，刷?涂或刮涂。

2.?2.?3?涂料与涂膜性能测试

(1)?冻融稳定性：将涂料密封后于–18?°C?下保存?16?h，然后取出置于?23?°C?恒温?8?h，此为一周期。观?察涂料是否发生反粗、沉淀、胶凝、结块等现象。如?无以上现象发生，则为此周期通过。

(2)?涂料细度：按?GB1724-79?方法。

(3)?漆膜光泽：60?°光泽，KGZ-IB?型光泽度仪，?天津科器高新技术公司制造。

(4)?涂膜硬度：铅笔硬度，按?GB/T6739-1996?方法。

(5)?涂膜抗冲击性：按GB/T1732-1993?方法。

(6)?涂膜附着力?：漆膜划格实验，按GB/T9286-1998?方法。

(7)?涂膜抗弯曲性能：按?GB6742-86?方法。

(8)?涂膜防锈性能：用耐水性与耐盐水性表示，?参照?GB/T1733-93?方法，用清水和?3%的?NaCl?溶液浸?泡漆板，观察漆膜的变化情况。

(9)?漆膜耐化学品性能：用?10%的?HCl?和?10%?的?NaOH?溶液浸泡漆板，观察漆膜的变化情况。

3?结果与讨论

3.?1?颜基比对涂膜光泽度的影响

颜基比在涂料配方研制中是确定漆基与颜填料比?例的具有实际意义的指标。以?WEP-1、WEP-2?为漆基，?CEN-537?为固化剂，在不同的颜基比下涂膜的光泽度?变化如图?1?所示。

从图?1?可知，在颜基比较小时，水性环氧防腐涂?料形成的涂膜其光泽度很高，当颜基比小于?0.5?时，?光泽度可达到近?80%，涂膜非常光亮；随着颜基比的?增加，涂膜的光泽度急剧下降，光泽度变化的拐点对?应的颜基比在?1?左右；在颜基比大于?1?时，涂膜的光?泽度很低，此时漆基不能xx包覆颜填料颗粒表面，?颜填料颗粒之间存在空隙，导致涂膜的致密性与平整?度降低，光的反射作用减弱，涂膜表面的光泽度下降。?由于对防腐涂料涂膜的抗渗性要求较高，根据图?1?光?泽度–颜基比曲线，颜基比应在?1?以下，本实验涂料配?方颜基比确定为?0.7。

3.?2?固化剂与环氧树脂当量比对涂膜性能的影响

以?CEN-537?为固化剂，与环氧树脂乳液?WEP-1?按不同的当量比混合，涂膜的物化性能如表?1?所示。?从表?1?可以看出，固化剂与环氧树脂之间的当量比对?涂膜的物理化学性能有很大影响。固化剂作为一种反?应性组分，固化后成为涂膜高分子结构中的一部分，?它的化学组成与加入量直接影响到涂膜的固化成膜过?程与涂膜的交联结构，最终会影响到涂膜的性能。对?于不同的固化剂-环氧树脂体系由于其分子量、分子结?构不同，各有其适宜的当量比。环氧树脂?E-44?的环氧?当量约为?227，固化剂?CEN-537?为水性聚酰胺，其活泼胺氢当量为?174，当固化剂与环氧树脂的当量比增?加时，固化膜分子的交联密度增加，涂膜的光泽度、?硬度增加，同时对水、电解质等的渗透性降低，因此?其防锈性能大大提高。但固化物交联密度的增加也使?得涂膜变脆，表现为涂膜的抗弯曲性和抗冲击性能这?两项物理机械性能指标降低，在外力作用下涂膜容易?损伤。综合各项性能，胺氢与环氧基当量比为?1?或稍?大于?1?时各项性能指标可以达到相对较好的平衡。

3.?3?活性颜料碱式硅铬酸铅与磷酸锌防锈性能比较?以?WEP-1?为漆基，CEN-537?为固化剂，将配方?中的磷酸锌按等体积用硅铬酸铅替换，所得两种涂料?涂膜的防锈性能如表?2?所示。

碱式硅铬酸铅是以二氧化硅为核、包覆碱式铬酸?铅和硅酸铅，经高温煅烧、核与外膜发生固相反应形?成化学结合的复合物，其含铅量为红丹的一半，毒性?较红丹小，并具有较好的防腐性能，因此在防腐涂料?中发展较快[7-8]，但其安全性仍然小于磷酸系颜料。磷?酸锌是一种xx的新型活性防锈颜料，其防锈机理一?般认为它具有阳极极化作用和阴极极化作用。磷酸锌?解离生成磷酸盐离子，在金属表面与?Fe3+形成附着牢?固的络合物?Fe[Zn3(PO4)3]?沉淀层而抑制阳极反应（阳?极极化），锌离子与阴极区的?OH–反应，生成溶解性?很小的氢氧化锌或碱式锌盐而起阴极极化作用，同时?能与漆料中的羟基、羧基络合，使颜料–漆料–底材之间形成化学结合从而提高涂层的附着力和抗渗性。?从表?2?可以看出，在研制的水性环氧防腐涂料体?系中，以磷酸锌为活性防锈颜料的涂膜其防锈性能优?于以硅铬酸铅为活性颜料的涂膜，该实验结果表明磷?酸锌是一种高效、xx的活性防锈颜料。

3.?4?研制的水性防腐涂料与国外同类产品性能比较?在影响涂膜性能的各因素中，漆基的化学组成与?质量往往起着决定性作用。本实验以环氧当量相近的?自制环氧树脂乳液?WEP-2?和?Shell?公司产品?EPI-REZ?Resin?3520-WY-55为漆基按相同的配方和工艺制备水?性环氧防腐涂料，固化剂为?CEN-537，固化膜的性能?如表?3?所示。

从表?3?可以看出，两种涂料产品都表现出较好的?物理机械性能和优异的防锈性能，但漆膜抗强酸强碱?的能力有限，不能长时间经受强酸强碱的腐蚀，因此?本实验研制的水性环氧防腐涂料更适合于大气条件下金属材料（如金属桥梁、钢结构等）的防锈涂料。实?验结果表明，自制的环氧树脂乳液防腐涂料已达到了?国外同类产品的技术水平，其主要性能指标与铁道部?《铁路货车水性厚浆型涂料技术条件》要求基本相符。

4?结论

(1)?所研制的水性环氧防腐涂料体系，其颜基比?在?1.0?左右时涂膜的光泽度变化出现跃变。因此，颜?基比以小于?1.0?为宜。

(2)?固化剂?CEN-537?与环氧树脂?E-44?的胺氢与?环氧基当量比为?1?或稍大于?1?时，各项性能指标可以?达到相对较好的平衡。

(3)?磷酸锌作为一种新型活性防锈颜料其安全?性好、防锈性能优异。

(4)?本实验研制的水性环氧防腐涂料，各项性能?指标达到了国外同类产品的技术水平，适合用作大气条件下金属材料的防锈涂料。

参考文献：

[1]?赵金榜.?水性涂料—涂料工业发展的主力军[J].?中国涂料,?2003?(1):

43-45.

[2]?GUILLAUMIN?V,?LANDOLT?D.?Effect?of?dispersion?agent?on?the

degradation?of?a?water?borne?paint?on?steel?studied?by

scanning?acousticmicroscopy?and?impedance[J].?Corrosion?Science,?2002,?44:?179-189.

[3]?GALLIANO?F,?LANDOLT?D.?Evaluation?of?corrosion?protection?properties

of?additives?for?waterborne?epoxy?coatings?on?steel[J].?Progress?in?Organic?Coatings,?2002,?44:?217-225.

[4]?DOREN?K,?FREITAG?W,?STOYE?D.?Waterborne?coatings[M].?Cincinnati:?Hanser/Gardner,?1994.

[5]?周立新,?程江,?杨卓如,?等.?环氧树脂专用乳化剂的合成[J].?应用化?学,?2004?(5):?532-534.

[6]?武利民.?涂料技术基础[M].?北京:?化学工业出版社,?1999.

[7]?刘会元.?盐基性硅铬酸铅的性能及其取代红丹的可能性──铅系放?锈颜料的进展[J].?中国涂料,?1994?(4):?28－30.

[8]?姜英涛.?涂料工艺(第五分册)[M].?2?版.?北京:?化学工业出版社,?1996:?28.?[?编辑：韦凤仙?]