高性能水性環氧防腐涂料的研究

黃矞慧 ，李安寧 ，沈志明 ，朱殿奎 ，張新生 ，李 晴

（1.東南大學建筑學院，江蘇 南京 211100；2.江蘇豐彩新型建材有限公司，江蘇 南京211100；3.江蘇省既有建筑綠色化改造工程技術研究中心，江蘇 南京211100）

近年來，我國的城市建設發展很快，環城路、立交橋、高架橋、過江大橋等都要求長期防腐保護。城市煤氣管道和儲氣罐、自來水管道、城市建筑地坪涂裝、內墻外墻材料等對高性能防腐涂料的需求十分迫切。隨著環保意識的增強，相應的對污水處理、污水管道設施所要求的水性高性能防腐涂料的需求也日益增大[1-2]。高性能水性環氧樹脂防腐涂料已成為金屬基材表面防腐涂料研究的重要發展方向之一。

1 實驗部分

1.1 實驗原料和制備方法

原料：自制環氧乳液及固化劑；顏填料（氧化鐵紅，磷酸鋅粉）；滑石粉；硫酸鋇；云母粉；潤濕劑；分散劑；增稠劑；消泡劑；成膜助劑；閃銹劑；水等。

甲組分制備方法：在攪拌釜中依次加入水、潤濕劑、分散劑、閃銹劑、消泡劑等低速（400轉/min）攪拌均勻后，開啟高速攪拌模式，轉速900轉/min。將滑石粉、磷酸鋅粉、硫酸鋇、氧化鐵紅粉、云母粉等加入反應釜中分散均勻，最后加入自制環氧樹脂乳液、成膜助劑、增稠劑制得水性環氧防腐涂料甲組分，甲組分研磨至細度≤40μm。

乙組分制備方法：在攪拌釜中加入水性環氧固化劑和消泡劑攪拌均勻即可。

1.2 水性環氧防腐涂料基礎配方

自制水性環氧防腐涂料基礎配方見表1。

1.3 水性環氧防腐涂料性能檢測

表1 水性環氧防腐涂料基礎配方

水性環氧防腐涂料依據《水性環氧樹脂防腐涂料》HG/T 4759-2014標準要求制作檢測樣板。檢測結果如表2所示。

2 結果與討論

2.1 涂料中顏基比（PVC）的含量對漆膜耐鹽霧性能的影響

在涂料中，水性環氧樹脂和顏填料的比例對漆膜的性能起到重要作用。水性環氧樹脂和顏填料共同影響著涂料漆膜的光澤、穩定性、柔韌性等，特別對漆膜防腐性能的影響占主導作用。在實驗中，通過調節涂料中顏基比情況測試漆膜的抗鹽霧性能。從圖1可以看出，隨著PVC的逐漸增加，耐鹽霧性能出現先增加后減小的趨勢，當PVC含量在25%左右時，涂料獲得最優耐鹽霧性。

表2 水性環氧防腐涂料性能

圖1 PVC的含量對漆膜耐鹽霧性能的影響

2.2 功能顏填料的加入量對漆膜耐鹽霧性能的影響

顏填料磷酸鋅粉可與金屬基材產生復雜的物理化學反應，磷酸鋅與三價鐵離子具有很強的絡合能力，可形成以磷酸鐵為主體的堅固復合屏蔽層，有效地阻止氧化離子向金屬基材擴散，因此具有良好的防銹效果[2]。

從表3可以看出，隨著磷酸鋅含量的增加，漆膜耐鹽霧性能出現先增加后減小的趨勢。磷酸鋅在涂料中含量為15%時，獲得了最佳的耐鹽霧性能。通過對比不含磷酸鋅功能填料的水性環氧防腐涂料，4天后漆膜表面發生明顯的銹斑。磷酸鋅與三價鐵離子具有很強的絡合能力，磷酸鋅的陰離子與鐵陽離子反應生成不溶的三代磷酸鹽，三代磷酸鹽沉積在腐蝕位置上，把腐蝕區域封閉形成隔離層，從而阻止進一步鋼鐵腐蝕過程[3-6]。磷酸鋅在涂料中含量在5%以上，足以滿足《水性環氧樹脂防腐涂料》HG/T4759-2014標準中耐鹽霧300h要求。

2.3 功能助劑對鋼結構表面防閃性能的影響

表3 磷酸鋅含量對漆膜耐鹽霧性能的影響

水性環氧防腐涂料涂覆于金屬表面時，由于水份的存在，在數分鐘內產生金屬氧化以及銹蝕現象，被稱為“閃銹”。閃銹的顏色會依金屬的老化程度和組成的不同以及漆膜干燥前底材處于“濕態”時間的長短而發生變化[7]。經過噴砂處理和含碳量較高的金屬表面閃銹現象更為嚴重，必須加入防閃銹助劑來處理。本文試驗中通過比較市場上多種產品的防閃銹性能，在基于白色水性防腐涂料中分別添加不同的防閃銹劑后，將涂料噴涂至潔凈、未生銹、經劃痕的鐵板上，濕膜厚度為60μm，在室溫下干燥24h后，觀察漆膜表面的閃銹情況，結果如表4所示。

從表4可以看出，Synthro-cor CE 660 B或Synthro-corB為有機酸鈉鹽類防銹蝕劑，磺酸酯或磷酸酯在被氧化的金屬表面能形成化學吸附，組成一個密集排列的分子層，能有效阻止金屬離子的擴散。同時，由于呈“傘”形，具有阻擋效應，能降低水的侵入，與防腐蝕顏料一起使用能提高防腐蝕性能，因此在水性防腐底漆中具有良好的防閃銹性能。

表4 防銹蝕性能

表5 防腐性能對比測試結果

2.4 研發的水性環氧防腐涂料與市場同類產品對比試驗

本試驗通過優化上述顏填料、功能助劑等配方制備出高性能水性環氧防腐涂料，并與市場產品進行對比測試，結果見表5。試驗結果表明，4#樣品性能接近于市場油性防腐產品，且VOC含量遠低于國家標準要求。這一結果為推廣水性防腐產品提供了參考依據。

3 結論

（1）本文通過調節涂料中顏基比的含量，研究了漆膜的耐鹽霧性能。PVC量的逐漸增加，耐鹽霧性能出現先增加后減小的趨勢。當PVC含量在25%左右時，涂料獲得最優的耐鹽霧性。

（2）通過研究功能顏填料磷酸鋅對漆膜耐鹽霧性能的影響，磷酸鋅在涂料中含量在15%時，獲得了最佳的耐鹽霧性能。對比不含磷酸鋅功能填料的水性環氧防腐涂料，4天后漆膜表面發生明顯的銹斑。

（3）在涂料中加入含量為0.35%的有機酸鈉鹽類防銹蝕劑（Synthro-cor CE 660 B或Synthro-cor B）可獲得最佳的金屬抗閃銹效果。

[1]胡永玲.水性環氧防腐涂料的研究進展[J].廣東化工，2013，40（7）:72-74.

[2]周海暉，許巖，羅勝聯，等.我國防腐涂料的現狀及發展[J].表面技術，2002，31（1）：5-6.

[3]申欣，王衛.自乳化水性環氧防腐涂料乳液的探索研究[J].現代涂料與涂裝，2002（4）:11-15.

[4]黃先成，肖鑫，易翔，等.水性環氧防腐涂料的研制[J].涂料工業，2005，35（8）:22-25.

[5]唐植賢，王君瑞，菜芬峰，等.水性環氧防腐涂料的研制[J].上海涂料，2017，55（4）:32-35.

[6]菜繼權，劉江濤，吳勇.水性環氧防腐涂料的研制[J].涂料技術與文摘，2013（3）:20-24.

[7]徐佳，藍仁華.環氧磷酸酯防腐涂料乳液的合成研究[J].廣東化工，2007，65（1）:9-12.