单组份水性环氧防腐涂料配方中助剂的应用研究

郭 亮

(圣大诺象国际贸易(上海)有限公司，上海，200131)

1 引言

水性环氧防腐涂料是指具有很强的防水防腐功效的涂料。在涂料制作的整个过程中，水性环氧树脂的体系制成的涂层，在成膜后可以有效地阻断水和氧气与被涂物质的接触，减少被涂物质的氧化过程，以达到防腐目的。大规模生产涂料时，除了树脂体系外，助剂的添加和选用尤为重要，可以极大地提高整体体系的效果和功能。本文对于水性环氧防腐涂料的制备以及相关助剂的添加做一个简单的研究，意义在于明确助剂在涂料制作中的作用，同时总结出在制作涂料过程中如何使用助剂，以达到提升产品防腐性能的目的。

2 生产工艺

2.1 原料

磷酸锌(工业级，山东佳鹏石化有限公司)；改性三聚磷酸铝(工业级，山东佳鹏石化有限公司)；氧化铁红(高纯度，淄博鲁创颜料有限公司)；云母粉(涂料专用，海城市兴鑫石粉厂)；沉淀硫酸钡(优等级，宏昌电子材料股份有限公司)；DS-195L(天津赫普菲乐新材料有限公司)；水性环氧树脂W-60(浙江安邦新材料发展有限公司)。

2.2 制备工艺

将预先称量好的水、分散剂、润湿剂和消泡剂加入容器中，开动搅拌机转速至500r/min，按照配方比例顺次加入磷酸锌、改性三聚磷酸铝、氧化铁红、滑石粉、云母粉及沉淀硫酸钡，提高搅拌转速至1500-2000r/min，等待研磨成浆后，再加入基材润湿剂、增稠剂、流平剂、水性环氧树脂等其他原料，至此水性环氧防腐涂料已经制成，对已经制备好的试剂，按照我们所需要分析的方向，进行定点分析稳定性、粘度、细度及动态与张力等四个方面。

表1 单组份水性环氣防腐底漆配方参考配方

3 性能测试

3.1 稳定性测试

分别取出四种样品加入一定量的水，放置于试管中，将两种样品在离心机下进行离心分离，转速在2000-3000/h，分离20～30min，观察对比。

3.2 粘度测试

将已经制备好的试剂放置到25℃常温下，进行储存，定期对试剂的粘度(单位/KU)情况分析，并对粘度变化做好记录。

3.3 动态与张力测试

按照试剂处理中的要求，将其与KrussB-100动态表面张力仪结合，测量试剂表面张力。

3.4 细度测试

以刮板细度测量为基础，对试剂细度测试工作作出科学分析。

4 结果与讨论

4.1 分散剂对涂料稳定性的影响

水性环氧防腐材料制备的过程中分散剂的添加用量较为重要[3]。添加分散剂(即助剂)的过程中需要以水作为助溶剂进行搅拌，在搅拌过程中分散剂自身能够对粉料颗粒进行吸附包裹，这样会使得粉料颗粒周围产生了空间位阻，防止浆料产生二次凝聚现象，对提高涂料的整体稳定性和长期稳定状态具有极大的帮助。后期研究分散剂还能提高涂料的展色性和色泽上的饱满度。添加分散剂与不添加分散剂是有本质区别的，添加分散剂可以极大提升涂料的稳定性，我们筛选了市面的A,B,C三种分散剂和我们公司的分散剂NOPCALL W-2730进行了稳定性测试对比，结果如表2。

表2 分散剂结构对涂料稳定性的影响

4.1.1 分散剂对涂料稳定性的优势

添加分散剂的优势很明显，目的就是为了使整个的粉料物质分开，打散，使得体系中的粉料物质更加均匀地分散于水和环氧树脂中，提高整体涂料的稳定性和均一性，而且后期研究表明，对涂料的喷涂施工极为有利，在色泽上也有利于后期色浆的调色和饱满度。

4.1.2 分散剂对涂料稳定性的劣势

分散剂是提高涂料稳定性的必需品，但是需要对其进行合理控制，主要把控好分散剂的添加量以及添加方式。分散剂量的多少直接影响整个水性环氧防腐涂料的分散、展色和稳定性能以及综合成本高低，过多的分散剂会造成体系破乳及资源浪费。而添加方式和搅拌速率能直接影响制备过程的成败，所以对于控制添加量以及添加方式上，需要做更详细的部署。

经过研究，选择我们公司专门用于开发水性工业漆的非理性分散剂NOPCALL W-2730，它不但能提高涂料体系的稳定性，也能提高涂层的光泽度，非常适合于水性工业漆的要求，产品指标如表3。

表3 NOPCALL W-2730性能参数

4.2 分散剂对涂料相容性的影响

涂料的生产过程中一般需要用到分散剂对无机颜料和有机颜料进行分散，因此分散剂不仅对涂料的稳定性产生影响，同样也会对水性环氧防腐涂料的相容性产生影响。在制备好的涂料粘度变化中发现，不同种类的分散剂对涂料中的乳液树脂具有不同的相容性，原则上来说环氧树脂更适合非离子分散剂。在这种条件下，需要按照不同防腐涂料进行不同的分散剂比较选择，比如选择与颜料和树脂具有更好相容性的分散剂，将防腐剂与助剂的量加以控制，并根据实际施工工艺做好调整，才能从稳定性和相容性上做到整体上的改变。我们对上述试剂做了粘度变化曲线以分析分散剂其对涂料相容性的影响如图1。

图1 分散剂对涂料相容性的影响

根据试验分析发现，分散剂对涂料相容性的影响，主要体现在涂料粘度的变化上，试剂制备过程中发现3天后涂料粘度变大，14天以后试剂的粘度达到最高值，之后逐渐下降。在实际应用中，涂料在80-100KU以下更有利于涂料保存和施工，低于80KU容易产生流挂和沉淀，高于100KU粘度过高不利于施工。更稳定的粘度对涂料体系的稳定性很重要。相容性差的分散剂，涂料长期保存后，分水比较严重，粉料产生沉淀，严重影响涂料性能和施工[1]。

4.3 消泡剂对涂料表面性能的影响

水性环氧防腐漆一般以喷涂进行施工，在空气压力下，会在涂层表面产生大量的微小气泡，良好的消泡剂既能在涂料制备过程中，消除机械泡，有利于生产、包装和运输，又能在施工过程中抑制大量的气泡，提高涂层成膜后的表观效果[2]。我们通过对比发现消泡剂SN-DEFOAMER 1311相比其他有机硅类型的消泡剂对环氧树脂相容性更好，在其成膜过程产生气泡少、表观光滑，如图2。

图2 消泡剂对涂料表面性能的影响

消泡剂的种类繁多，不同类型的消泡剂适合体系不一样，一般来说矿物油、有机硅类型消泡剂更适合高PVC体系的丙烯酸涂料，而对于高树脂含量的防腐涂料，需要选择相容性和抑泡性更好的消泡剂。我们公司研发的SN-DEFOAMER 1311更适合于环氧体系的涂料体系，具有更佳的相容性和对涂层光泽影响比较小的特点，具体参数如表4。

表4 NOPCALL W-2730性能参数

4.4 基材润湿剂对材料表面性能影响

好的基材润湿剂可以利用润湿提高涂料的涂敷性能，因此在进行助剂选择时需要慎重。因为在整个水性环氧防腐材料制备过程中，高表面张力的水作为连续相，所以需要使整个涂料本身的表面张力降低到合适的范围，以利于后期的施工。那么在选择以及使用润湿剂前，需要对涂料的水溶性体系做出分析，并按照要求进行使用。实验证明，当涂料表面张力达到20-40mN/m时，涂料具有良好施工性能、更好的附着力和更优异的漆膜耐水性。

本次实验选用我们公司的SN-WET 984和SN-WET 126对比市面上的B-35、B-38、T-41进行动态表面张力测试，结果如图3。

图3 润湿剂的动态表面张力变化曲线

通过图3可以看出，SN-WET 984和SN-126具有更好的表面张力，对涂料的表面张力下降更快，能够更好的对基材进行润湿和渗透，提高漆膜的附着力。

在环氧防腐漆中，对基材润湿性能要求更高，一般来说30mN/m以下的表面张力，对各种钢材表面能进行很好的润湿，提高后期的防腐效果具有非常客观的效果[3]。因此在润湿剂的选择上，选择能够有效降低表面张力到合理范围内的基材润湿剂是重中之重[4]。两种润湿剂参数如表5。

表5 SN-WET 984和SN-126参数

5 结语

综上所述，在水性环氧防腐涂料配置过程中，使用合理和有效的水性助剂能够使整个水性环氧防腐涂料的制作更加经济化、产业化和高效化。并且能够在提升水性环氧防腐涂料使用效果上有着显著作用。通过本文的研究和分析后得出，在现有试验条件下，通过试验分析发现，分散剂对于涂料稳定性、相容性具有显著影响，消泡剂对涂料表面的美观性和光泽性有明显影响，基材润湿剂对于涂料后期的附着力，防腐性具有重要影响。总之，合适的水性助剂选择对提高水性环氧防腐涂料的性能具有极大的影响，需要进一步的深入研究。