高性能水性環氧富鋅底漆的制備

        富鋅涂料可分為無機富鋅涂料和有機富鋅涂料。無機富鋅涂料采用堿性硅酸鹽和硅酸烷基酯作為成膜物質，具有極好的附著力、防銹性、耐候性及一定的耐熱性等；有機富鋅涂料主要指環氧富鋅涂料，以環氧樹脂作為主要成膜物質，具有附著力良好，對材的處理要求不高，施工方便等特點。正因為具有上述優點，目前它們在工業防護領域中各自發揮著極其重要的作用，如：集裝箱防護普遍選用環氧富鋅底漆；船舶的車間底漆防護普遍選用醇溶性無機硅酸鋅底漆。但是它們都屬于溶劑型涂料，生產和施工過程中使用了大量的有機溶劑，具有較高的揮發性有機化合物（VOC）排放量，不能滿足環保的要求。因此，研發環保型富鋅底漆顯得尤為重要。本研究以水性環氧乳液為基料，改性胺為固化劑，制備了一種雙組分水性環氧富鋅底漆，其機械性能和耐鹽霧性與溶劑型環氧富鋅底漆相當，同時減少了VOC 排放，值得推廣。

1 試驗部分

 

1.1 主要原材料

         水溶性環氧乳液、改性胺固化劑，美國邁圖化工；助溶劑，陶氏化學；附著力促進劑，美國道康寧公司；分散劑、消泡劑、流平劑，BYK 公司；防閃銹劑，美國瑞寶公司；觸變劑，海明斯公司；鋅粉、云母粉，國產；工業去離子水。

 

1.2 試驗配方

        根據技術要求和各組分的搭配、經過多次試驗，確定了水性環氧富鋅底漆的基本配方，如表1 所示。

 

 

 

1.3 制漆工藝

A 組分：將助溶劑、助劑、改性胺投入調漆罐中，攪拌均勻后，加入鋅粉和云母粉，攪拌均勻。再進行高速分散，待細度≤ 20 μm 后，停止分散，根據產品的指標調整黏度至規定要求，過濾，待用。

B 組分：在調漆罐中加入水溶性環氧乳液、助劑、去離子水，攪拌均勻后，過濾，待用。

 

1.4 樣板的制作及性能測試

將A 組分與B 組分按照質量比4∶1 混合，攪拌均勻后，待用。

 

按GB/T 9271—2008《色漆和清漆 標準試板》規定打磨馬口鐵板和冷軋鋼板，用400# 砂紙沿著樣板任何一邊的平行方向平直均勻地來回打磨，打磨等級≥ Sa 2.5 級，然后用酒精擦拭試板，用去離子水將水性環氧富鋅底漆稀釋至適當黏度，噴涂樣板，用于機械性能和耐鹽霧性的檢測。

 

        耐鹽霧性測定：將噴涂后的樣板放置于空氣干燥箱中，干膜厚度在80~100 μm，噴涂樣板后進行目測觀察，要求涂膜表面平整、無顆粒，光潔度好，然后在規定條件下放置7 d 后進行封邊，采用GB/T 1771—2007《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》中推薦的GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》中的單刃切割器進行“劃線”。按照GB/T 1771—1991 中規定，使劃痕離試板的任一邊緣距離大于20 mm，劃線時應劃至露出金屬基體，產生1 條或數條不帶毛刺的均勻亮線，然后進行耐鹽霧性測試。

 

2 結果與討論

 

2.1 水溶性環氧乳液的選擇

        在底漆配方中，主體樹脂不僅要具有良好的耐腐蝕性，而且要能與底材產生優異的粘附性，不僅如此，水溶性環氧乳液本身還應具備良好的穩定性，如果乳液的穩定性差，會造成涂料的穩定性下降，導致分層等缺陷，因此水溶性環氧乳液的選擇顯得尤為重要。本研究分別選用了國產水溶性環氧乳液和進口水溶性環氧乳液進行了對比試驗，結果如表2 所示。

 

 

 

       由表2 可見：國產水溶性環氧乳液在機械性能和耐鹽霧性方面都不及合資和進口環氧乳液。雖然合資的環氧乳液在機械性能上和進口環氧乳液相差不大，但其耐鹽霧性稍差。因此，本研究選用的是美國邁圖化工的水性環氧乳液6520-WH-53。

 

2.2 固化劑的選擇

        固化劑對環氧涂料的機械性能和耐腐蝕性能影響極大，在溶劑型環氧涂料中，最常用的固化劑為聚酰胺，其涂層的綜合性能優良，但黏度偏大，施工中需要一定的活化期；改性脂環胺、改性芳香胺的應用日趨廣泛，其涂層耐化學品性及防腐性能好，但柔韌性稍差，另外涂層易發白，影響重涂性等。通過試驗發現，使用同一公司的環氧乳液和固化劑不僅呈現優異的性能，而且具有良好的相容性。本研究最終確定使用美國邁圖化工的改性胺固化劑8538-Y-68。

 

2.3 填料的選擇

        填料的選擇對涂層的防腐性能影響很大，合理、適當地選擇填料不僅能夠降低涂料的成本，而且能夠改善涂膜的機械性能、耐磨性等。填料的種類很多，有硫酸鋇、滑石粉、云母粉、碳酸鈣等。本試驗選用了片狀云母粉，因為云母粉的片狀結構不僅能夠改善涂膜的機械性能，而且能夠增強涂膜的致密性，進而提高涂膜的耐腐蝕性。

 

2.4 鋅粉的粒徑選擇

        不同的富鋅涂料對鋅粉粒徑的選擇是不一樣的，例如：溶劑型環氧富鋅涂料一般選用500 目的鋅粉，通過高速分散，細度在60 μm 左右為宜，呈現出較好的耐腐蝕性；水性無機硅酸鋅底漆，一般選擇鋅粉粒徑為325 目，因為鋅粉的粒徑越細，反應越快，適用期越短。通過試驗發現：在水性環氧富鋅涂料中，涂料細度越細，耐腐蝕性越好，板面外觀也越好，當涂料細度達到20 μm 時表現最佳。為了節省分散時間，本試驗選用了1 250 目的超細鋅粉。涂料細度對漆膜性能的影響如表3 所示。

 

 

 

2.5 與溶劑型環氧富鋅底漆的性能對比

        為了得到性能優異的水性環氧富鋅底漆，研發人員將開發出的產品與國外知名公司的溶劑型環氧富鋅底漆進行了性能對比。據了解，此產品的鋅粉含量為80%，具有優異的耐腐蝕性和機械性能，專門用于海運集裝箱、工業鋼結構等的防護。性能對比結果如表4所示。

 

 

 

        由表4 可見：本研究開發的水性環氧富鋅底漆，無論在耐腐蝕性方面，還是在機械性能方面都不遜于溶劑型環氧富鋅底漆。同時，該底漆在生產和施工過程中大大減少了有機溶劑的加入，具有極低的VOC 排放，保護了環境，符合國家可持續發展戰略，可以作為溶劑型環氧富鋅底漆的替代產品，用于工業防護領域。

 

3 結語

（1） 采用美國邁圖化工的水溶性環氧乳液6520-WH-53 和改性胺固化劑8538-Y-68，制得的水性環氧富鋅底漆具有良好的耐腐蝕性和機械性能。

（2） 對比試驗結果表明：該底漆可以替代溶劑型環氧富鋅底漆用于集裝箱、工業鋼結構等的防護。在制備和使用該水性底漆的過程中大大減少了VOC的排放，保護了環境，適應了國家可持續發展的需要，其具有廣闊的應用前景。