水性环氧底漆耐盐雾性能影响因素的探讨

掌婷婷 （上海华谊精细化工有限公司，上海 200062）

0 引言

众所周知，工程机械、轨道交通，钢结构等长期暴露在户外环境[1-3］中的金属基材容易被腐蚀，造成资源浪费，严重时甚至会危及生命。工业防腐一直是备受人们关注的课题。随着人们环保意识的增强及各行各业环保政策的出台，工业漆水性化已成为工业防腐研究的一个重要发展方向。在工业涂料金属基材表面防护中，水性环氧底漆因其优异的防腐性及机械性能，备受欢迎[4］。

水性双组分环氧底漆[5］以水作为分散介质，以环氧乳液[6］与环氧固化剂[7］为成膜物质，在固化过程中形成三维立体网状结构，表现出优异的附着力、耐水性和耐腐蚀性能。STW602环氧乳液是通过相反转工艺制得的，具有乳液粒径小且分布窄，形成的漆膜均匀性好，成膜性佳等特点。本研究以STW602环氧乳液为成膜物质，探究了固化剂种类、环氧基与活泼氢的物质的量之比、颜基比、防锈颜料用量等对水性环氧底漆耐盐雾性能的影响。

1 试验部分

1.1 主要原料

STW602环氧乳液，华谊精化；乳液型脂肪胺类固化剂（1#）、水溶性脂肪胺加成物固化剂（2#）、水溶性增韧改性胺固化剂（3#），均为自制；助溶剂、分散剂、消泡剂、钛白粉、氧化铁黑、防锈颜料（磷酸锌）、重晶石粉、超细滑石粉、基材润湿剂、增稠剂、去离子水等，均为市售。

1.2 仪器

JA5001电子天平，上海精天电子仪器有限公司；高速分散机，上海赛杰化工设备有限公司；篮式砂磨机，上海现代环境工程技术有限公司；Q-FOG盐雾箱，上海翁开尔仪器有限公司。

1.3 配方

水性环氧底漆的参考配方见表1。

表1 水性环氧底漆的参考配方Table 1 Basic formula of waterborne epoxy primer

1.4 水性环氧底漆的制备工艺

A组分的制备：

研磨水浆：将去离子水、助溶剂、分散剂、消泡剂加入到研磨缸中，在搅拌状态下加入钛白粉、氧化铁黑、防锈颜料、重晶石粉、超细滑石粉等颜填料，待无粉状物时，将研磨缸放置到篮式砂磨机上，通循环冷却水，研磨分散至细度＜30 μm后，过滤备用。

制漆：在研磨缸中加入环氧乳液、颜填料水浆、基材润湿剂、增稠剂，充分搅拌1 h，过滤，出料。

B组分的制备：

水溶性固化剂用去离子水兑稀，然后加入防闪锈剂，搅拌均匀，备用；乳液型固化剂直接使用。

将A、B组分按一定比例混合，搅拌均匀，并用去离子水稀释至涂-4杯黏度30～40 s，然后用120目（125 μm）滤布过滤，即制得水性环氧底漆。

1.5 性能测试

1.5.1 样板制备

机械性能测试样板：采用马口铁板，先用180目（80 μm）砂纸打磨，再用乙醇擦拭干净。

耐盐雾性测试样板：采用1 mm厚的冷轧板，先用乙醇除去其表面的油污，然后用180目（80 μm）砂纸打磨，再用乙醇擦拭干净。

水性环氧底漆采用空气喷涂，在喷涂前，用去离子水将底漆黏度调整至30～40 s。

喷涂后的样板在温度（23±2）℃、湿度（50±5）%的恒温室中养护7 d后，进行封边处理。

1.5.2 性能测试

检测项目与检测方法见表2。

表2 涂层检测项目与检测方法Table 2 Test items and methods of the coating

2 结果与讨论

2.1 水性胺类固化剂的选择

作为水性环氧底漆的重要组分，固化剂的品种和用量对涂层性能的影响很大。水性胺类固化剂[7］可分为乳液型和水溶性两类，二者各有优势，乳液型固化剂相对分子质量大，表干较快，但相互接触渗透困难；而水溶性固化剂分散均匀，与环氧乳液粒子渗透性好，反应比较充分，但分子亲水性强。本研究挑选了具有代表性的3种固化剂进行对比，它们分别是：1#，乳液型脂肪胺类固化剂；2#，水溶性脂肪胺加成物固化剂；3#，水溶性增韧改性胺固化剂。研究这3种固化剂对涂层性能的影响，结果如表3所示。

表3 不同固化剂对涂层性能的影响Table 3 Effect of different kinds of curing agents on the properties of the coating

由表3可以看出，采用1#乳液型固化剂的涂层的表干速度明显快于采用2#和3#固化剂的涂层，10 min即可表干；划格附着力、正冲等性能三者相当；但仅有采用3#固化剂的涂层能通过反面冲击50 cm，未出现开裂剥落，表明其涂层的韧性要好于采用1#、2#固化剂的涂层；采用3#固化剂的涂层的耐盐雾性能表现也最佳，400 h后单边扩蚀（剥离）为2 mm（图1）。究其原因，这是由于3#固化剂经过增韧改性，与STW602交联后形成的漆膜柔韧性较好，能有效舒缓因水和溶剂挥发导致的漆膜收缩应力，从而具有与底材更好的附着力和更强的抗剥离强度，同时能有效阻隔水和氧气的渗透，涂层的耐盐雾性能较好。这3种固化剂在实际应用中各具优势。1#乳液型脂肪胺类固化剂因其快干特点，可以应用在“湿碰湿”工艺中，赋予面漆较好的外观；2#水溶性脂肪胺加成物固化剂可以满足一般工业防腐的要求；3#水溶性增韧改性胺固化剂因其优异的防腐性能，可以应用在有C4要求的桥梁钢结构中。

图1 涂层的耐盐雾性Figure 1 The salt spray resistance of the coating

2.2 环氧基与活泼氢的计量比例

在双组分水性环氧底漆中，A组分里的环氧基与B组分里的胺的活泼氢的物质的量之比对涂层的耐盐雾性有较大影响。当胺过量时，未参与反应的过量的胺会迁移至漆膜表面，影响涂层的耐水性和耐盐雾性能。所以配方中一般会设计为环氧适当过量，尤其是在水性体系中，环氧乳液呈粒子形态，与胺的相互反应程度比油性体系更差，所以通常会让环氧基团过量。但并不是环氧基团过量越多越好，环氧基团过量太多，将降低交联网络的致密度，反而会降低最终涂层的各种抗性。试验结果也证明了这一点（表4）。适当降低固化剂的用量[n（环氧基）∶n（活泼氢）= 1.2∶1］，使得环氧基团过量，使亲水性的胺尽量反应完全，在漆膜中残留较少，漆膜亲水性降低，抗水渗透性和耐盐雾性会相应提高。同时更多的环氧基可以保证与基材有更好的键合，提高漆膜的附着力。

表4 环氧基与活泼氢的物质的量之比对涂层耐盐雾性的影响Table 4 Effect of the molar ratio of epoxy group and active hydrogen on salt spray resistance of the coating

2.3 颜基比

以STW602和3#水溶性改性胺固化剂为成膜物质，以钛白粉、氧化铁黑、磷酸锌防锈颜料、硫酸钡、超细滑石粉为颜填料，研究了颜基比对漆膜耐盐雾性能的影响，试验结果见表5。

表5 颜基比对涂层耐盐雾性能的影响Table 5 Effect of the ratio of pigment and resin on salt spray resistance of the coating

从表5中可以看出，当颜基比从1.46提高到2.07时，漆膜剥离宽度下降，耐盐雾性能有所提高，这是因为颜基比控制在CPVC（Critical Pigment Volume Concentration，临界颜料体积浓度）范围内时，干膜中基体树脂占比减少，漆膜整体的疏水性会增加，同时颜料起到了很好的屏蔽作用，漆膜的机械性能和耐盐雾性能会有所提高。

2.4 防锈颜料的用量

本研究以磷酸锌为防锈颜料，考察了磷酸锌的用量对漆膜划线耐盐雾性的影响，结果见表6。

表6 防锈颜料的用量对涂层耐盐雾性的影响Table 6 Effect of the amount of antirust pigment on salt spray resistance of the coating

由表6可以看出，随着磷酸锌的质量分数从6 %增加到11 %，漆膜划线耐盐雾性的剥离程度相当，表明此配方中，防锈颜料的用量对漆膜耐盐雾性影响不大，考虑成本的问题，防锈颜料的质量分数在6 %～7 %较适宜。

3 结语

采用STW602环氧乳液与自制的不同种类固化剂和市售防锈颜料，制备了水性环氧底漆，考察了影响最终漆膜耐盐雾性的各种因素。结果表明，选用水溶性增韧改性的脂肪胺类固化剂、n（环氧）∶n（活泼氢）为1.2∶1，防锈颜料磷酸锌的用量选择在6 %～7 %（质量分数），颜基比为2左右时，最终漆膜的耐盐雾性能最佳，划线耐盐雾性可达500 h以上，能满足工程机械、轨道交通等行业的防腐要求。