集装箱用水性环氧富锌底漆的制备与性能研究

2022-07-05顾海峰李水秀张佳佳上海豪立涂料有限公司上海201708

上海涂料 2022年3期

顾海峰，李水秀，张佳佳，董君（上海豪立涂料有限公司，上海 201708）

0 引言

近年来，随着公众对环保问题的日益关注、相关机构对VOC（挥发性有机化合物）的限制、各类环保法律法规的推动以及各种水性树脂技术的成熟，水性涂料已成为环保涂料的重要发展方向。

环氧富锌涂料对基材具有优异的保护性能，尤其是防腐蚀性能突出。并且对基材的前期处理要求相对较低，涂膜的附着力强、硬度高，不易开裂、受损，与中间漆、面漆配套相容性好，施工方便，因此在集装箱涂料领域得到了广泛的应用。但目前常用的体系为溶剂型环氧富锌底漆，涂料中存在大量有害和有刺激性气味的溶剂，在制备和施工过程中对人体危害较大，所以采用环保、气味小的水性环氧富锌涂料替代溶剂型涂料已成为集装箱行业的发展趋势。由于锌粉较活泼，目前市场上的水性环氧富锌体系多为三组分，施工工艺复杂。此外，由于原材料的选择不当，在贮存和使用过程中还会出现结块、胶化、沉淀、喷涂流挂等现象。

针对当前的环保要求和技术发展，本研究通过一系列的原材料筛选，最终制得了一款适用于集装箱防腐的水性双组分环氧富锌底漆，它具有VOC含量低、快干、防流挂性能好、耐盐雾性能优异及施工便捷等特点。

1 试验部分

1.1 试验仪器

BSA 4202S电子天平（0.01 g），Sartorius；BGD 740/2分散机、BGD 225流挂仪、BGD 503附着力划格板、BGD 302漆膜冲击器、BGD 880盐雾试验箱，标格达；HWS-80B恒温干燥箱，宏诺。

1.2 试验原材料

环氧树脂STW 600（成膜树脂），华谊精化；胺固化剂KW-8296，山东科淮新材料有限公司。

颜料：锌粉，市售。

各种助溶剂（工业级）：丙二醇甲醚（PM）、乙二醇单丁醚（BCS）等，市售。

助剂：分散剂A、分散剂B，市售；分散剂SN-1728A、润湿剂SN-3704、锌粉稳定剂SN-7520、防闪锈剂SN-9776，上海深竹化工；膨润土SD-2，海名斯；气相二氧化硅TS-720，卡博特。

1.3 水性环氧富锌底漆的制备

水性环氧富锌底漆的配方见表1。

表1 水性环氧富锌底漆的配方Table 1 Formula of waterborne epoxy zinc rich primer

A组分的制备：将环氧树脂、分散剂、润湿剂、助溶剂按比例加入到容器中，低速搅拌10 min，继续按比例加入流变助剂、锌粉稳定剂，高速搅拌10～20 min，再将锌粉加入到上述混合物中，高速分散至细度合格。

B组分的制备：依次向固化剂中加入水、助溶剂、防闪锈剂，低速分散至均匀。

将A、B组分按质量比10∶1混合均匀，即可制得双组分水性环氧富锌底漆。

1.4 分析与测试

1.4.1 样板的制备

将A、B组分按质量比10∶1混合搅拌均匀后，加入适量的水稀释至合适的施工黏度，并按照相关的测试标准进行制板。实验室测试样板为2～3 mm厚的喷砂钢板，采用有气喷涂，干膜厚度为50～70 μm。固化条件为60 ℃烘烤1 h。室温（23 ℃）养护14 d后对漆膜进行性能测试。

1.4.2 性能测试

在容器中的状态按照HG/T 3668—2009标准进行评定；涂膜外观按照GB/T 50212—1991标准进行评定；涂料的贮存稳定性按照GB/T 6753.3—1986标准进行测试；适用期按照HG/T 3668—2009标准进行测试；漆膜的耐水性按照GB/T 1733—1993标准进行测试；耐盐雾性按照GB/T 1771—2007标准进行测试；附着力按照GB/T 9286—1998标准进行测试；涂料的抗流挂性按照GB/T 9264—1988标准进行测试；干燥时间按照GB/T 1728—1989标准进行测试；抗冲击性按照GB/T 1732—1993标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 锌粉含量的影响

在水性环氧富锌涂料中，环氧树脂和固化剂以及锌粉的选择对涂层的性能影响最大。在基于对环氧树脂和固化剂的种类和用量做过大量试验的前提下，选择环氧树脂STW 600和胺固化剂KW-8296作为成膜物质。此外，锌粉作为富锌涂料的主要防锈颜料，它的添加量对涂层性能有直接的影响。针对不同的锌粉添加量，进行了一系列试验，结果如表2所示。

表2 锌粉用量对涂层性能的影响Table 2 Effects of zinc powder amount on coating properties

由表2可以看出，当锌粉在体系中的质量分数低于40 %时，涂层耐盐雾性较差；当锌粉质量分数大于60 %时，涂层耐盐雾性均大于720 h，而80 %锌粉的涂层耐水性较差。这是由于当富锌底漆中的锌粉含量较低时，锌粉颗粒之间不能形成完整的锌粉层，锌的阴极保护作用不明显，涂层耐盐雾性较差；锌粉含量过高时，树脂含量较少，无法完全包裹锌粉，基材与涂层之间附着力减弱，也会导致漆膜起泡，耐水性降低。从性能和成本考虑，锌粉在体系中的质量分数在70 %左右时，性价比最优。

2.2 分散剂的影响

采用合适的分散剂，不仅可以降低体系黏度，提高分散效率，还可以增强颜填料的稳定性。对于水性环氧富锌涂料的分散剂选择，一方面要考虑到其分散稳定性，另一方面要探究其对漆膜耐性的影响，避免其大幅度降低漆膜的耐水、耐盐雾等性能。此外，A组分中的环氧树脂含有环氧基团，会与含有活泼氢锚定基团的分散剂发生反应，引起胶化。因此在选择分散剂时，还应与环氧树脂进行稳定性测试。本研究选取了3种不同的分散剂进行测试，试验结果如图1、表3所示。

图1 不同分散剂与环氧树脂的相容性测试Figure 1 Compatibility tests of different dispersants and epoxy resin

表3 不同分散剂对涂料性能的影响Table 3 Effects of different dispersants on properties of coatings

表3结果表明，不同的分散剂均有较好的分散降黏效果，但是分散剂A对漆膜的耐水性和耐盐雾性有明显的副作用，且热贮后颜色发生变化。分散剂B和环氧树脂直接发生反应后胶化。分散剂SN-1728A与环氧树脂相容性好，不含活泼氢，不会与环氧树脂反应从而影响稳定性，且对漆膜耐水性、耐盐雾性的影响极小，适用于各种水性环氧漆，尤其适用于水性富锌底漆，能够取得比较出色的降黏效果、展色性和贮存稳定性。

2.3 流变助剂的影响

水性环氧富锌底漆中由于加入了大量的相对密度较大的锌粉，锌粉容易沉降并且影响体系稳定性，因此加入合适的流变助剂是非常有必要的。该体系中流变助剂的选择不仅要起到优异的防沉效果，还要有一定的触变性，以及在施工时表现出较好的抗流挂性能。有机膨润土通过水分子的架桥使无数的膨润土薄片形成凝胶结构，而薄片面上的烃链通过其较强的溶剂化能力使体系增稠并产生触变效应。气相二氧化硅表面带有硅烷醇基团，通过氢键相互作用以架桥的方式形成三维结构，因而具有假塑性和触变性。本研究选用了市场上环氧体系常用的流变助剂——膨润土SD-2和气相二氧化硅TS-720进行试验，测试结果见表4。