張 原 （迪恩特涂料（上海）有限公司，上海 201619）

0 引言

近年來，隨著國家和人民對環(huán)境保護越來越重視，國家與地方政府陸續(xù)頒布了許多關(guān)于環(huán)境保護的法律法規(guī)，其中特別是對VOC（揮發(fā)性有機化合物）排放的控制變得越來越嚴格，對涂料生產(chǎn)廠商來說，傳統(tǒng)涂料產(chǎn)品的升級換代迫在眉睫。一般采用以下兩種方法來減少VOC的排放：第一種方法是通過提高產(chǎn)品的固含量來減少VOC的排放，比如溶劑型高固體分涂料、無溶劑涂料與粉末涂料等；第二種方法是生產(chǎn)水性產(chǎn)品來減少VOC的排放。

環(huán)氧樹脂以其耐化學腐蝕性優(yōu)異、與金屬底材的附著力強、剛性強、耐磨性好等特點成為涂料中被應(yīng)用的主要樹脂品種之一，尤其是在鋼結(jié)構(gòu)上被廣泛使用。水性環(huán)氧乳液除了具有溶劑型環(huán)氧樹脂的諸多優(yōu)點之外，還大大降低了有機溶劑的用量，同時以水作為分散介質(zhì)，氣味更低，運輸和使用過程中安全性也大幅提高，更符合環(huán)保的要求。本研究制備了一種鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧底漆，并對影響漆膜性能的各種因素進行了探討。

1 試驗部分

1.1 原材料

水性環(huán)氧乳液，Huntsman；水性環(huán)氧固化劑，Huntsman、同德樹脂；金紅石型鈦白粉，東方鈦業(yè)；硫酸鋇，陜西富化；碳酸鈣，江西廣源；滑石粉，合山化工；氣相二氧化硅，贏創(chuàng)；三聚磷酸鋁，廣西新晶；潤濕分散劑，畢克；防沉劑，贏創(chuàng)；消泡劑，贏創(chuàng)、畢克、上海蒼洪；底材潤濕劑，空氣化學等；成膜助劑，上海嘉榮；增稠劑，陶氏化學、海名斯；防閃銹劑與防腐劑，上海宜添。

1.2 試驗儀器

振蕩機、高速分散機、電子天平、25 μm細度板、烘箱、玻璃板、150 μm濕膜制備器、250 μm濕膜制備器、鐵質(zhì)膜厚儀。

1.3 試驗方法

（1） 根據(jù)配方（見表1）將水與潤濕分散劑、pH調(diào)節(jié)劑預(yù)先攪拌混合均勻，然后在攪拌下加入消泡劑，待充分攪拌后，邊攪拌邊緩慢添加鈦白粉，持續(xù)攪拌至鈦白粉均勻地分散在樹脂溶液中，最后緩慢地加入硫酸鋇、碳酸鈣、三聚磷酸鋁、滑石粉與氣相二氧化硅，攪拌均勻，制得顏料漿。

（2） 把玻璃珠放入預(yù)攪拌好的顏料漿中，并置于振蕩機中振蕩至細度<20 μm，取出，過濾。

（3） 攪拌的情況下，依次緩慢地加入剩余的原料，并且在每個原料添加完畢后，保持攪拌3 min，直至最后一個原料添加完畢，制得A組分，過濾，待用。

（4） 在環(huán)氧固化劑中加入少量的水，一邊攪拌一邊進行稀釋，制得B組分，過濾，待用。

表1 水性環(huán)氧底漆（白漆）的配方Table 1 The formulation of waterborne epoxy primer（white）

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

將A、B組分按照質(zhì)量比10∶1的比例進行混合，并靜置5 min后，采用符合SPCC（美國防護涂料協(xié)會）標準的鋼板進行噴涂，然后在恒溫恒濕室放置7 d后，按照國標的試驗方法進行性能檢測，檢測結(jié)果如表2所示。

2.2 環(huán)氧樹脂與固化劑的配比對漆膜性能的影響

環(huán)氧樹脂與固化劑的配比對最終的漆膜性能有很大影響。當環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基與固化劑的活潑氫的物質(zhì)的量比為1∶1時，成膜后漆膜的交聯(lián)密度較高，漆膜硬度較高，耐化學品性與耐溶劑性好，但是此時的漆膜很脆，耐沖擊性不好，附著力也一般。通常的做法是使環(huán)氧樹脂稍過量，這樣形成的漆膜既有一定的柔韌性，又有很好的耐化學品性與耐溶劑性。環(huán)氧基與活潑氫的物質(zhì)的量比與漆膜柔韌性之間的關(guān)系詳見表3。

表2 水性環(huán)氧底漆的性能檢測結(jié)果Table 2 The performance test results of waterbore epoxy primer

表3 環(huán)氧基與活潑氫的物質(zhì)的量比與漆膜柔韌性之間的關(guān)系Table 3 The relationship between the molar ratio of epoxy group and active hydrogen and the film flexibility

表3結(jié)果表明，當環(huán)氧基過量20%~30%時，漆膜柔韌性較好。

2.3 顏料體積濃度（PVC）對漆膜性能的影響

體系的PVC對最終的漆膜性能也有一定的影響。理論上，隨著體系PVC的增加，涂料的成本會降低，起泡率與漆膜柔韌性也逐漸降低。當PVC

表4 體系PVC對漆膜柔韌性與耐鹽霧性的影響Table 4 Effect of system’s PVC on the flexibility and salt fog resistance of the film

表4結(jié)果表明，體系的PVC在35%~40%時，漆膜的綜合性能最優(yōu)。

2.4 消泡劑對漆膜性能的影響

在水性環(huán)氧涂料體系中，水性乳液與潤濕分散劑中均含有表面活性劑的成分，經(jīng)過高速攪拌后，易產(chǎn)生大量的氣泡，同時體系中的增稠劑也起到穩(wěn)泡作用。而這些氣泡如果不及時消除，會影響涂料的開罐性，在施工過程中，還會影響漆膜的性能，尤其當噴涂漆膜過厚時，會出現(xiàn)細微的針孔，從而影響漆膜的防腐性能，所以消泡劑的選擇至關(guān)重要。同時需要嚴格控制消泡劑的用量，消泡劑過量，可能會導致最終漆膜出現(xiàn)縮孔、魚眼、重涂性差等問題；消泡劑添加量不足，起不到徹底的消泡效果。

本研究分別對贏創(chuàng)、畢克與上海蒼洪實業(yè)公司的幾款消泡劑進行了篩選試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦物油類消泡劑在水性環(huán)氧乳液中的消泡效果不明顯，并且在施工后漆膜容易產(chǎn)生微泡；有機硅氧烷類消泡劑在水性環(huán)氧乳液體系中的消泡效果明顯，特別是將畢克與贏創(chuàng)的消泡劑復配使用時，能達到消泡快，抑泡時間長的效果，同時在施工后，微泡快速消失。

2.5 增稠劑對漆膜性能的影響

增稠劑用于解決涂料貯存和施工過程中的問題，它可分為中、低剪切增稠劑與高剪切增稠劑。增稠劑在涂料配方中主要起到兩方面的作用：一是在涂料靜置時防止顏填料沉降，提高開罐性能；二是在施工時，使涂料具有良好的流平性和抗流掛性。

在水性環(huán)氧乳液中加入水性環(huán)氧固化劑后，整個體系的黏度會有明顯的下降，而用于鋼結(jié)構(gòu)上的水性環(huán)氧底漆通常要求1道噴涂的膜厚需達到40~50 μm以上，這就對底漆的抗流掛性要求更加苛刻，對增稠劑的增稠效果要求更高。

市售的增稠劑一般有4種：第1種是纖維素類增稠劑；第2種是堿溶脹型增稠劑；第3種是聚氨酯締合型增稠劑；第4種是無機類增稠劑，如膨潤土和氣相二氧化硅。第1種和第2種增稠劑會影響最終漆膜的耐水性，一般在工業(yè)涂料中不常用。在工業(yè)涂料，特別是鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧涂料中一般采用中、低剪切增稠的聚氨酯締合型增稠劑或氣相二氧化硅來防止顏填料的沉降，用膨潤土來改善涂料噴涂后的抗流掛性。

試驗表明，采用贏創(chuàng)的氣相二氧化硅、陶氏化學的聚氨酯增稠劑與海名斯的膨潤土進行復配，在適宜的施工黏度下，涂料的抗流掛性達到275 μm。

3 結(jié)語

通過水性環(huán)氧乳液/水性環(huán)氧固化劑的合理搭配，各種助劑的選擇及顏料體積濃度的計算，研制出滿足標準要求的鋼結(jié)構(gòu)用水性環(huán)氧底漆。該水性底漆的VOC含量低，符合國家對環(huán)保的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。