李静静、张月红、宋海明、吉俊军、颜绿铱
（李静静浙江丰虹新材料股份有限公司高级工程师）
摘要：双组份水性环氧富锌涂料在集装箱行业有着巨大的市场需求。传统有机膨润土在溶剂型环氧富锌涂料中应用广泛，涂料水性化对有机膨润土提出了新的质量要求。本文通过实验对比分析不同改性剂改性有机膨润土在丙二醇甲醚中的分散性能，为有机膨润土使用改性剂种类的选择提供参考。对比国外与国内市售的两款有机膨润土样品在双组份水性环氧富锌涂料配方中的应用性能，为有机膨润土在双组份水性环氧富锌涂料中的应用提供参考。
一、概述
近年来，随着我国环保政策的不断加强和深入，对涂料行业提出了更高标准的环保要求，其中一项是油漆VOC排放指标。国内油漆行业纷纷向水性化、高固含、无溶剂化等方向转型升级，尤其是涂料水性化方向发展迅速。国内集装箱行业协会以行业自律公约方式，在全国分区限时统一推行新型水性环保涂料，大力推动涂料水性化发展历程。
集装箱体要应对海上的恶劣气候，所以对箱体本身的耐腐蚀程度要求很高，国家对集装箱体表面的防腐层有着严格的标准要求。目前世界集装箱年产量超出350万只，年需涂料量约40万吨，价值超过60亿元。水性集装箱涂料将集装箱防护、防腐涂料从传统的溶剂型涂料转变为水性环保的防腐涂料，环保与防腐相结合，减少因大量VOC排放所导致的环境污染问题。环氧富锌防腐涂料在集装箱漆的使用中占较大比例，是集装箱涂料水性化重点研发的方向之一。
有机膨润土作为环氧富锌底漆常用的增稠流变剂，一直在溶剂型的环氧富锌涂料中发挥着积极有效的悬浮防沉降作用。随着涂料水性化发展，对有机膨润土在其中的应用提出了新的技术要求。本文通过对有机膨润土在水性环氧富锌涂料中应用评价，为有机膨润土在应用中的选择提供参考。
二、试验部分
2.1实验原料
水性环氧树脂（市售），水性环氧固化剂（市售），分散剂4010（市售），消泡剂5300（市售），锌粉800目（市售），丙二醇甲醚（工业级，市售），水（去离子水，自制）有机膨润土（FH-1~FH-6）（自制），有机膨润土FH-7（进口品牌），有机膨润土FH-8（浙江丰虹）。
2.2有机膨润土的制备
浙江安吉产膨润土原矿经湿法提纯工艺得到钠基膨润土悬液。分别以十二烷基三甲基氯化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，十八烷基三甲基氯化铵，双十八烷基二甲基氯化铵，十八烷基三甲基酯基季铵盐，双十八烷基二甲基酯基季铵盐作为有机插层剂，对蒙脱石进行有机改性处理[2-6]，得到不同改性剂插层的有机膨润土样品，标号分别为：FH-1，FH-2，FH-3，FH-4，FH-5，FH-6。
2.3试验方案
2.3.1有机膨润土在丙二醇甲醚及其水混合溶剂中的分散方法
丙二醇甲醚是目前水性环氧富锌涂料常用的环保溶剂，将有机膨润土直接分散于丙二醇甲醚溶剂中，分析有机膨润土在其中的分散规律。
准确称取12.0g有机膨润土于88g丙二醇甲醚溶剂中，用分散机搅拌，转速2000转搅拌30分钟，使得有机膨润土在丙二醇甲醚充分润湿分散，得到有机膨润土-丙二醇甲醚凝胶体，测试粘度和刮板细度。然后向上述胶体中加入88g去离子水稀释，并用分散机搅拌，转速2000转搅拌10分钟测试流变粘度。
2.3.2有机膨润土在水性环氧固化剂中的分散方法
双组份水性环氧富锌涂料为解决锌粉遇水反应的问题，一般将锌粉加入到固化剂组分中，有机膨润土的主要作用是提高锌粉的悬浮稳定性，因此在应用时也需要加入到固化剂组分中。评价有机膨润土在水性环氧固化剂中直接分散的性能，比较不同类型有机土的应用效果。
准确称取5.0g有机膨润土于120g固化剂中，用分散机搅拌，转速2000转，搅拌10分钟，测试流变粘度。
2.3.3有机膨润土在双组份水性环氧富锌涂料配方中的分散方法
按照表1所述双组份水性环氧富锌涂料配方，对有机膨润土在配方中的应用性能进行评价。双组份水性环氧富锌涂料制备方法：A组份制备：按照配方称取水性环氧固化剂、分散剂和消泡剂，1000rpm搅拌分散3分钟；然后加入有机膨润土，2000rpm搅拌分散20分钟；再加入锌粉，2000rpm搅拌分散20分钟；最后加入丙二醇甲醚，1500rpm搅拌分散3分钟得到A组份。B组份制备：按照配方称取水性环氧树脂、去离子水和消泡剂，1000rpm搅拌分散30分钟，并调体系pH至8.5-9，得到B组份。将A:B组分按照3:10进行混合，测试抗流挂性能。
表1、双组份水性环氧富锌涂料试验配方
2.4分析测试
流变粘度测试采用brookfiledDV2T旋转粘度计进行测试。
抗流挂采用ASM-4型流挂仪进行测试。
凝胶或油漆细度采用刮板细度计进行测试。
三、数据分析与讨论
3.1有机膨润土在丙二醇甲醚中分散性能分析
有机膨润土样品在丙二醇甲醚中分散后得到凝胶，用旋转粘度计测试不同转速条件下的粘度值，结果如图1所示。
图1、有机膨润土在丙二醇甲醚中分散形成凝胶的流变曲线图
有机膨润土分散于丙二醇甲醚中形成凝胶的流变粘度值越高，表明其在丙二醇甲醚中的分散增稠性能越好。从图中可以看出，双十八烷基二甲基酯基季铵盐改性的有机膨润土（FH-6）在丙二醇甲醚中的分散悬浮性能最差，其次是双十八烷基二甲基氯化铵改性的有机膨润土（FH-4）。十八烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基酯基季铵盐改性的有机膨润土（FH-3和FH-5）在丙二醇甲醚中分散的流变粘度数据接近，其中FH-3略高。十二烷基二甲基苄基氯化铵改性有机膨润土（FH-2）流变粘度数据低于十二烷基三甲基氯化铵改性有机膨润土（FH-1）。粘度值最高的样品是FH-8样品，FH-7样品的粘度要略低于FH-1样品。
分析认为丙二醇甲醚属于极性较高的溶剂，有机膨润土改性所用的改性剂碳链越短，越有利于其在该溶剂中的分散悬浮和增稠。随着有机膨润土改性所用季铵盐碳链长度和数量的增加，其在丙二醇甲醚溶剂中的增稠能力降低。符合有机物-溶剂间的“相似相容”原理。
图2、有机膨润土在丙二醇甲醚-水混合溶剂中分散形成凝胶的流变曲线图。
将在丙二醇甲醚中增稠悬浮较好的三个样品FH-1、FH-7和FH-8分散于丙二醇甲醚-水混合溶剂中，测试流变粘度，结果如图2所示。从图中可以看出，FH-1在丙二醇甲醚（PM）中分散形成凝胶的粘度与其在丙二醇甲醚-水（PM-W）中分散形成凝胶的粘度值接近；FH-7在丙二醇甲醚-水混合溶剂中分散形成凝胶的粘度明显高于其在丙二醇甲醚中分散形成凝胶粘度；FH-8在丙二醇甲醚-水混合溶剂中分散形成凝胶的粘度低于其在丙二醇甲醚中分散形成凝胶的粘度。在丙二醇甲醚-水混合溶剂中，FH-7表现出更高的流变粘度。说明FH-7所用的改性剂有更好的乳化稳定性能，抗水稀释性能较好。
3.2有机膨润土在水性环氧固化剂中分散性能
将FH-7和FH-8两个样品分散于水性环氧固化剂中进行流变性能测试，结果如图3所示。从图中可以看出FH-8在水性环氧固化剂中分散的流变粘度明显高于FH-7样品。与样品在丙二醇甲醚中分散表现出相同的规律性。说明FH-7在水性环氧固化剂中直接分散的性能优于FH-8。
图3、有机膨润土样品在水性环氧固化剂中分散形成胶体的流变曲线图
3.3有机膨润土在双组份水性环氧富锌涂料中的应用性能
按照表1的配方将FH-7和FH-8两个有机膨润土样品用于双组份水性环氧富锌涂料，评价水性漆性能，结果如表2所示。从表中可以看出，两个有机膨润土样品在组份中分散，分散后细度均能做到40-50um，粘度值也接近，FH-8的防沉性能略优于FH-7。抗流挂性能FH-8样品更佳。
表2、有机膨润土在双组份水性环氧富锌涂料分散实验结果
四、结论
1、有机膨润土丙二醇甲醚中分散性与其所用改性剂有密切关系，在相同碳链长度情况下，烷基季铵盐的增稠效果略高于酯基季铵盐样品。碳链长度短的样品增稠效果优于碳链长度长的样品，单链季铵盐的增稠效果优于双链季铵盐。
2、有机膨润土样品在丙二醇甲醚溶剂中分散性能与其在水性环氧固化剂中的分散性能表现出相似的规律性。
3、进口和国产有机膨润土在双组份水性环氧富锌涂料配方中的使用效果进行比较，性能接近，国产样品的抗流挂性能略好。
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