一种新型水性环氧涂料的制备及性能研究
刘强1,2，李明1,2，任卫东1,2
（1.上海海隆石油化工研究所,上海200949；2.上海海隆赛能新材料有限公司,上海200949）
0 引言
随着人们对环保及安全意识的日益增强，水性涂料成为涂料发展的重要方向和研究热点。而在水性防腐涂料中，水性环氧防腐涂料因其良好的防腐性能而成为水性涂料中的重点。目前，常规水性环氧涂料仍存在较多的局限，如长期耐盐雾、耐盐水等性能不足；其次是在施工时，常规水性环氧涂料混合后黏度的变化区别于溶剂型双组分环氧涂料，不具备明显的混合使用寿命终点标识，因而给现场施工带来了困难和质量隐患；也有部分水性环氧涂料混合后尽管黏度上升但适用期很短(<1 h)，不利于现场实际操作使用。针对上述不足，本研究进行了系列实验测试，分析了不同参数对涂层性能的影响，制备了具有较好防腐性能和易于施工的新型水性环氧涂料，并对其进行了相关的性能研究。
1 实验
1.1 实验原料
水性环氧固化剂、水性环氧树脂：自制；分散剂、消泡剂：毕克化学；防腐颜料、沉淀硫酸钡：国产；钛白粉：特诺；其他助剂：市售。
1.2 实验基础配方
水性环氧防腐涂料基础配方见表1。
1.3 制备工艺
A 组分制备工艺： 中速搅拌下将水性环氧固化剂与部分水、消泡剂、分散剂混合均匀；在搅拌状态下逐步加入颜填料，并用水控制黏度；高速分散至细度符合要求；在搅拌状态下加入润湿剂，流变助剂等其他助剂，充分搅拌均匀，过滤。B 组分搅拌均匀后分装。
1.4 制板
测试样板材质及尺寸根据相关测试标准要求准备，若无特别注明，测试样板制备好后在25 ℃、相对湿度为50 %的条件下养护7 d 再进行相关性能测试。
1.5 测试方法
根据GB/T 1732—1993 测试涂膜的耐冲击性，根据GB/T 1731—1993 测试涂膜的柔韧性， 根据GB/T9286—1998 测试涂膜的硬度， 根据GB/T 1771—2007测试涂膜的耐盐雾性，根据GB/T 9274—1988 测试涂膜的耐盐水性， 根据ASTM D3363—2005 测试涂膜的铅笔硬度， 根据GB/T 6753.3—1986 测试涂膜的贮存稳定性，根据ASTM D4585 测试涂料的耐持续冷凝。
2 结果与讨论
2.1 PVC 对涂层性能的影响
在水性环氧防腐涂料中， 颜填料体积浓度（PVC）对涂层的机械性能和防腐性能影响很大。当PVC 过低时，形成的涂层中颜填料颗粒分布稀疏，涂层的机械性能较差，涂层的屏蔽效果也较差，防腐性能不佳；当PVC 过高时，涂层中基料不足以完全包裹所有的颜填料颗粒，涂层的孔隙率大，机械性能、防腐性能下降。不同PVC 对水性环氧防腐涂料的影响见表2。
由表2 可以看出，PVC 介于30%~35%时具有佳的机械性能和防腐效果。
2.2 水性环氧固化剂与水性环氧树脂当量比对涂层性能影响
将不同比例的水性环氧固化剂和水性环氧树脂混合，喷涂在马口铁板上，干燥后检测涂膜的耐盐水性、硬度、柔韧性等指标，以此来确定水性环氧固化剂和水性环氧树脂的佳比例，结果见表3。由表3可知， 当水性环氧固化剂与水性环氧树脂的当量比为0.9~1.0 时综合性能好。
2.3 水性环氧防腐涂料基本性能
根据上述参数的优选制备了水性环氧防腐涂料并对其进行了性能检测，结果见表4。
2.4 水性环氧防腐涂料的混合黏度
水性环氧防腐涂料的混合黏度发展曲线见图1。
对于常规溶剂型双组分涂料，混合后随着时间的延长涂料的黏度(曲线P1)逐渐增大，增大到一定黏度后，施工难以继续进行，到达混合使用寿命的终点；而市场应用较多的常规水性环氧涂料，混合后通常涂料黏度(曲线P2)不发生明显变化，混合使用寿命的终点主要依靠涂膜光泽或附着力的降低来判断，因此施工人员在现场较难把握涂层的混合使用寿命，可能引起过期施工而产生质量隐患。本实验制备的水性环氧防腐涂料在混合后，黏度发展的曲线(P3)类似于溶剂型双组分，因而具有较好的使用寿命终点判别，同时混合使用寿命在>2 h 左右, 有利于现场施工操作。
2.5 水性环氧防腐涂料的长期防腐性能
2.5.1 耐盐雾测试
（1）单涂层系统： 水性环氧涂料干膜厚度120~130 μm；底材：冲砂钢板Sa 2.5, 粗糙度50 μm。测试结果：盐雾试验1 000 h 后，非划线破坏区域无起泡，无锈蚀，无缺陷；划线破坏区的平均腐蚀蔓延宽度1.2 mm，如图2 所示。由图2 可知，该水性环氧涂料具有优秀的耐盐雾性能。
（2）双涂层系统：水性环氧涂料130 μm + 水性丙烯酸面漆(黑) 70 μm；底材：冲砂钢板Sa 2.5, 粗糙度50 μm。测试结果：盐雾实验3 200 h 后，非划线破坏区域无起泡，无锈蚀，无缺陷；划线破坏区的平均腐蚀蔓延宽度1.8 mm，如图3 所示。
2.5.2 其他性能
对水性环氧涂料的耐盐水性、耐冷凝以及耐碱性性能也进行了测试，结果见表5，样板效果见图4。
3 结语
据试验结果分析可知，PVC 含量、环氧树脂与固化剂的当量比对于制备水性环氧涂料的涂层性能具有较大影响； 制备所得的新型水性环氧涂料具有出色的耐盐雾、耐盐水以及良好的机械性能；同时该涂料具有良好的混合使用寿命终点标识， 利于现场施工应用。
水性环氧涂料对于应用环境的温湿度较为敏感，因此，施工及固化过程中的环境参数控制对于水性环氧涂料终性能的发挥十分重要； 另一方面, 降低水性环氧涂料对施工及固化环境温湿度的依赖性, 拓宽其温湿度应用范围是水性环氧涂料在防腐领域全面推广应用及进一步发展的需要。
