湿固化环氧防腐涂料的制备及应用

张磊*，许艳平

（中交四航工程研究院有限公司，水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验室，广东 广州 510230）



湿固化环氧防腐涂料的制备及应用

张磊*，许艳平

（中交四航工程研究院有限公司，水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验室，广东 广州 510230）

制备了一种可在潮湿以及水下环境中固化、粘结的环氧防腐涂料。它含2个组分：黏度较低的双酚A环氧树脂、活性稀释剂聚乙二醇缩水甘油醚、颜填料、助剂等组成组分 A；B组分由脂肪胺类、酚醛胺类和聚酰胺类固化剂混合而成。简要介绍了施工工艺。该涂料能为水下钢结构和混凝土提供保护。

环氧涂料；湿固化；钢结构；钢筋混凝土；水下环境；防腐蚀

First-author’s address: Key Laboratory of the Ministry of Communications for Harbor and Marine Structure Durability Technology， CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.， Ltd.， Guangzhou 510230， China

随着海洋港口、码头、海上风电以及船舶业的快速发展，海洋工程混凝土结构以及钢结构需求量越来越大。但是长期浸泡在海水中会损害原有保护层，锈蚀并破坏混凝土构造物中的钢筋以及钢结构［1］，因此需要维护和保养破损的保护层。这些结构长期处于水中，而一般的涂料需要在干燥的表面上施工，难以达到带水甚至水下施工的要求，大大增加了维护成本。环氧涂料是一种应用较为广泛的防腐涂层材料，与多种基材的粘接力优异，耐蚀性好。然而普通的环氧涂料无法施工于潮湿区域及水下环境［2-3］。目前也有关于湿固化环氧树脂涂料的研究见于报道，但普遍存在涂料黏度高、低温难固化，涂层与被修补界面的粘接力差的问题。本文通过选取黏度较低的环氧树脂以及合适的活性稀释剂对涂料进行降黏，并利用聚酰胺类固化剂的固化产物具有高的弹性和粘接力及耐水性，脂肪胺类固化剂能在常温下固化，以及酚醛胺类固化剂可在潮湿面快速固化且固化物附着力较好的特点，对固化剂进行共混改性，使涂膜可在低温、潮湿环境下粘结和固化，以维护混凝土和钢结构，并研究了所得湿固化环氧防腐涂料的性能以及相关的施工工艺。

1　实验

1. 1 涂料的制备

水下环氧防腐涂料主要含2个组分，其中A组分以环氧树脂为基料，添加各类助剂和颜填料，B为固化剂。配方见表1。

1. 1. 1 环氧树脂的选择

环氧树脂包括双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚环氧树脂、四官能度缩水甘油胺类环氧树脂等。本文采用黏度适中、稳定性较好的液态双酚A环氧树脂作为基料。

表1 湿固化环氧防腐涂料的基础配方Table 1 Basic composition of the moisture-curable anticorrosion epoxy coating

1. 1. 2 活性稀释剂的选择

活性稀释剂是一种低分子量、低黏度，能够参与交联固化成膜的环氧化物，用量一般为 10%左右，加与不加对涂层的性能有直接的影响。本文采用缩水甘油醚类活性稀释剂——聚乙二醇缩水甘油醚［4］。

1. 1. 3 颜填料及其他助剂的选择

颜填料由颜料和填料组成，加入颜填料一方面能减少环氧树脂的收缩，增强其成膜性，提高涂层的附着力，另一方面有利于降低涂料的成本［5］。颜填料的选择一般是二氧化硅、磷酸锌、三氧化铝、滑石粉、二氧化钛、玻璃纤维、碳酸钙等。本文采用一定质量的二氧化硅、碳酸钙、钛白粉、滑石粉和磷酸锌。

1. 1. 4 固化剂的选择

在潮湿环境以及水下固化环氧树脂需要用到特殊的固化剂，不仅要能润湿待修补的基材表面，而且要相容于疏水物质，因此需具有一定的极性和黏度。因为胺类固化剂含有—NH2基团，能够与基材产生比水更强的氢键作用，并且具有成盐的可能性，所以选择胺类固化剂作为水下环氧固化剂的主要成分［6-8］。本文将聚酰胺类固化剂、脂肪胺类固化剂、酚醛胺类固化剂共混，制备出水下固化性能好的固化剂。

1. 2 涂膜的制备

按表1将A组分各物质快速混合均匀，搅拌下按一定的质量比缓慢加入B组分，搅拌均匀后即停止，将所得涂料按1.2 ～ 1.5 kg/m2的用量滚涂到置于水中的混凝土试块上，待其完全固化后取出。

湿固化环氧涂料因具有水下不分散、无浮油的特性，可采用刷涂和滚涂的方式涂覆，如图1所示。

图1 室内潮湿面及水下涂覆照片Figure 1 Photos showing how to paint on moisture and underwater surfaces indoor

1. 3 测试方法

分别参照GB/T 1720-1979《漆膜附着力测定法》和GB/T 1728-1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试涂膜的附着力和固化时间。按GB/T 9274-1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》测试180 d内涂膜耐3.5% NaCl溶液、耐10% NaOH溶液和耐水的能力。

2　结果与讨论

2. 1 活性稀释剂的掺量对涂膜附着力的影响

固定环氧防腐涂料中其他组分的用量不变，研究了活性稀释剂用量对涂层附着力的影响，结果如图2所示。从图 2可见，涂层的附着力随着活性稀释剂用量增加呈现先增大后减小的趋势。这是由于开始时加入稀释剂能达到降低环氧树脂黏度和提高流动性的目的，使环氧树脂能够更好地交联固化反应，但活性稀释剂达到一定的量后，反而会影响环氧树脂的交联固化反应。考虑到环氧树脂的黏度以及涂层的附着力，活性稀释剂的最佳用量为8%。

2. 2 固化剂的用量对涂膜固化时间的影响

固定A组分用量为3.5份，考察了固化剂用量对涂膜固化时间的影响，结果如图3所示。从图3可知，随着固化剂用量增加，固化时间不断缩短。这是因为增加固化剂用量会增多与环氧树脂反应的基团，加速交联反应进行。但固化时间太短不利于产品的实际应用，尤其是水下涂覆施工，需要潜水员操作，若固化时间过短，则涂料还未涂覆或在涂覆过程中就已固化，达不到与待修补物粘结的目的。综合考虑，选择 A、B组分的质量比为3.5∶1，此时涂层的固化时间为8.5 h，既降低了成本又保证了充足的现场操作时间。

图2 活性稀释剂的用量对涂层附着力的影响Figure 2 Effect of active diluent content on adhesion strength of coating

图3 固化剂的用量对环氧涂料固化时间的影响Figure 3 Effect of curing agent content on curing time of epoxy paint

2. 3 涂膜的基本性能

按最优配方与固化比例制备了湿固化环氧涂料及其涂层，目测涂层外观平整；在水下涂覆后，涂层的附着力为5.63 MPa，180 d内浸泡在3.5% NaCl溶液、10% NaOH溶液和水中，涂膜无破损和脱落，不起泡。由此可见所得涂膜的性能优异。

3　施工要点

本文制备的湿固化环氧防腐涂料已成功应用在广东某电厂水下桩基的保护层修补工程中。其施工工艺应遵循以下几点：

（1） 在刷涂待修补界面前，应采用清洗设备去除微生物附着、老化涂层、油污、锈迹等。

（2） 湿固化环氧防腐涂料是双组分体系，应用时首先快速混匀组分 A，混合后放置时间不易过长，一般控制在1 ～ 2 h以内，以防止分层。然后向组分A中缓慢加入一定量的固化剂B，搅拌不超过5 min，放置待用，采用少量多次的方法，不可持续搅拌，最佳使用期为1 ～ 2 h，用量一般为1.2 ～ 1.5 kg/m2，对于棱角、转弯等异型结构需要二次涂刷。

4　结论

本文研制的湿固化环氧防腐涂料能够在潮湿及水下直接施工，无需排水，节省了大量的人力、物力，可用作潮湿以及水下钢结构及钢筋混凝土构造物的防腐涂料。

［1］ 曹慧军， 张昕， 韩金， 等. 高固体分环氧海洋防腐蚀涂料的研究进展［J］. 中国材料进展， 2014， 35 （1）: 20-25， 31.

［2］ 方健君， 覃远斌， 马胜军， 等. 水下施工固化环氧涂料的研究［J］. 涂料工业， 2014， 44 （8）: 1-6.

［3］ 陈秀云. 新型防腐蚀水下固化环氧树脂涂料［J］. 江苏化工， 1991 （1）: 46-48.

［4］ 卢松俊， 刘均泉， 陈小勇. WR-112型环氧树脂水下固化剂及可带水带锈施工涂料研究［J］. 广东化工， 1985 （3）: 7-9.

［5］ 蔡国栋， 方倩， 郭常青， 等. 环境友好型水下固化涂料的研制［J］. 中国涂料， 2012， 27 （3）: 41-43.

［6］ 苏琴. 水下固化涂料的研究［J］. 上海涂料， 1996 （3）: 27-31.

［7］ 张颖怀. 水下和海洋平台钢结构防腐新材料［J］. 新材料产业， 2013 （11）: 20-25.

［8］ 郭铭， 张锋， 许永辉. 几种典型固化剂对环氧树脂涂料性能的影响［J］. 中国涂料， 2002， 17 （5）: 27-28， 32.

［ 编辑：杜娟娟 ］

Preparation and application of moisture-curable anticorrosion epoxy coating

ZHANG Lei*， XU Yan-ping

An anticorrosion epoxy coating curable at moisture and underwater conditions was prepared. It consists of two components: component A is composed of low-viscosity bisphenol A epoxy resin， polyethylene glycol diglycidyl ether as active diluent， pigments， fillers and additives； and component B comprises fatty amine curing agent， phenolic amine curing agent and polyamide curing agent. The construction process was introduced in brief. This coating can provide protection to underwater steel structure and ferroconcrete.

epoxy coating； moisture curing； steel structure； ferroconcrete； underwater condition； anticorrosion

TQ630.7

A

1004 - 227X （2016） 14 - 0729 - 04

2016-06-14

2016-06-28

张磊（1985-），男，安徽淮北人，博士，主要从事维修与加固材料的开发研究。

作者联系方式：（E-mail） 2004140233@163.com。