作者 | 左慧明，刘明，张汉青，等
（中海油常州涂料化工研究院有限公司）
引 言
随着可持续发展的倡导，环保法规的日益严格，水性环氧涂料因其低污染，环保性强，防腐性能优异，已然成为涂料发展的一个重要方向。在水性环氧涂料中，环氧树脂作为成膜物质，水作为分散介质，其溶剂含量低，对环境污染小，便于贮存和施工。但由于水性涂料中水的蒸发潜热较大，挥发速率慢，在施工过程中与金属基材接触的时间较长，往往会产生闪锈现象，对涂膜的耐腐蚀性能有很大的影响。
因此，水性环氧涂料体系中往往会添加防闪锈助剂。目前，传统防闪锈助剂的主要成分以亚硝酸钠、钼酸钠、铬酸锶等为主，这类产品价格便宜，用量小，效果明显，但缺点是不环保、毒性大。所以，欧美各助剂厂家率先研究有机高分子胺复配的产品，国内一些厂家也开始跟进，这一类产品是在传统产品的基础上开发的替代品，或对其性能进一步的提高和拓宽。
本研究主要针对涂层防闪锈性以及耐盐雾等性能，对水性环氧体系中的树脂、防锈颜料、不同类型防闪锈助剂及施工工艺等方面进行了探讨。
不同水性双组分环氧体系对金属表面涂膜性能的影响
基体树脂作为主体的成膜物质，其乳液粒径、分子结构、乳化工艺以及跟固化剂之间的反应交联固化程度都极大的影响着涂膜的性能，不同环氧体系之间的差异性更是明显，因此选择合适的环氧体系对涂层满足性能要求是最基础的保障。本研究选择几种自制及市售的水性环氧体系为主体（制空白清漆样板，干膜厚度40～60 μm），探讨了不同类型的环氧体系对涂膜性能的影响。
表1 不同水性环氧体系对涂层性能的影响
由表1数据可知，Araldite-PZ-3891配套Aradur-3951环氧树脂体系，其树脂乳液采用外乳化法，需要外加一定量的乳化剂对其进行乳化，并且由于其树脂本身的干燥速度较慢，所以防闪锈性不好；Epikure-8538-Y-68固化剂配套Epikote-6520-WH-53环氧乳液体系和CTW-6062环氧体系整体的耐腐蚀性能相对来说较差；
CTW-6064配套CTW-6061环氧体系和Beckopox-EP-387w/52WA配套Beckopo-EH-2150w/70EP环氧体系的防闪锈性以及耐盐雾和耐水性能相对于其他几种树脂体系都比较好，干燥速度也较快。但是Beckopox-EP-387w/52WA配套的环氧体系的价格偏高，因此本研究选择CTW-6064配套CTW-6061环氧体系作为主体，研究其防闪锈性及耐腐蚀性能。
水性双组分环氧涂料中活性防锈颜料对防闪锈性能的影响
在确定了主体环氧体系的情况下，为了增加涂膜对金属基体表面的钝化和防锈能力，必须在配方中添加适量的活性防锈颜料。活性防锈颜料在水性环氧涂料中需要有一定的溶解度。过低的溶解度不能有效的钝化金属基体；过高的溶解度，涂膜遇水则会产生较大的渗透压，产生起泡现象。本研究探讨了不同种类的活性防锈颜料对水性双组分环氧涂料漆膜的防闪锈性能、耐盐水以及耐中性盐雾性能的影响。
表2 活性防锈颜料对水性环氧涂料性能的影响
由表2可知，磷酸锌的腐蚀结果是板面无明显的锈蚀，但是划线处的扩蚀＞2.5mm，说明只有在腐蚀发生的初期，金属表面才会产生阴极和阳极，使溶解的铁盐和亚铁盐被水解。磷酸锌与三价铁离子具有很强的缩合能力，这种磷酸根离子与铁阳极反应，形成磷酸铁盐和难溶的络合物，是先腐蚀后防护类型，具有一定的闪锈抑制能力，但是对于涂膜的前期耐腐蚀效果不佳；
三聚磷酸铝防锈颜料具备有一定的酸性，它会导致水性环氧涂料在贮存期间的pH不断降低，容易导致瞬时锈蚀的发生，进而影响涂膜的耐腐蚀性能；磷硅酸锶防锈颜料对金属底漆有较好的钝化和封闭作用，可以有效地提升涂膜的耐腐蚀性，但相对来说，其过高的价格限制了它一般只在要求相对严格的领域进行使用。
经过测试对比后发现，水性环氧体系中采用磷酸锌铝+钼酸锌复配组合使用时防腐性能最佳。主要是由于磷酸锌铝在水性体系中可以释放出更多的锌离子和磷酸根离子，和钼酸锌配合有协同增效作用，能够对金属基材起到很好的钝化作用，不仅解决了水性涂料在金属基材上发生闪锈的问题，成膜后又能缓慢的释放出缓蚀离子，提升长效防腐蚀的效果。
防闪锈助剂的快速筛选及辨别方法
由于水性环氧防腐涂料是一个非常复杂的组合物，组分中的各个原料或多或少都会对闪锈产生一定的影响。在实验过程中如果将闪锈抑制剂按照推荐添加量加入到水性环氧涂料中去进行一次或者几次的实验测试，发现效果不佳后再摒弃不用是十分不科学的，不仅费时费力，还会造成材料的浪费。
因此介绍一种防闪锈助剂的快速筛选和辨别方法：将闪锈抑制剂按照其推荐添加量加入到去离子水中，搅拌均匀后，滴加到已进行正常处理的基材上，保持液滴24 h不干，如果这种方法测试下不产生锈蚀的抑制剂则可以进行下一步验证实验。这种方法不仅排除了水性涂料中其他组分对闪锈抑制性的干扰，而且简单、成本低廉以及高效。结果如图1所示。
图1 闪锈抑制剂快速辨别方法
从图中可知，所筛选的闪锈抑制剂与空白样对比后，均可有效抑制金属基材表面的锈蚀的发生，因此，可进行后续的闪锈抑制性能的测试及性能评价。
防闪锈助剂对双组分水性环氧涂料的防闪锈性能的影响
闪锈是水性涂料中特有的现象，是在金属基材表面发生的瞬时锈蚀。漆膜未干燥时产生的锈蚀，严重影响了涂膜的耐腐蚀性能和附着力。通过对在金属表面涂装水性环氧涂料产生闪锈的原理分析可知，需要在水性涂料涂装前，对金属基材表面进行钝化保护，因此，需要在水性涂料配方中添加一定量的防闪锈助剂。本研究分析了不同的防闪锈助剂对涂膜性能的影响。
表3 防闪锈助剂对漆膜性能的影响
金属基材在涂装防护之前，都会经过表面处理如喷砂打磨等。由于金属基材前处理跟涂装施工之间会有一个时间差，因此，部分基材表面在涂装前就已经产生轻微的锈蚀，一般的闪锈抑制剂不能起到很好的钝化防护效果。
由表3可知，亚硝酸钠（NaNO2）溶液作为传统的酸盐类防闪锈助剂，具有强还原性，对金属基材有很好的钝化和防护作用，但这类具有还原作用的物质由于离子性太强，会导致漆膜的长期耐水性下降，并且会对涂料的贮存稳定性有一定的影响，同时其耐盐雾性能相对来说较差。改性有机螯合物FR-355和氨基羧酸盐Halox-515中都不含有亚硝酸钠，对一般的金属基材有较好的闪锈抑制能力，但是对已有部分锈蚀的金属基材表面的防闪锈抑制效果较差；有机无机混合物Halox-150,其自身有一定抑制腐蚀的促进作用，但是不能有效提升对金属基材的防腐蚀效果。
Raybo-60和FA-179都属螯合物系列，这两种防闪锈助剂均可以解决水性涂料涂装在金属表面产生闪锈的问题，并且在干燥后绝大部分都以不溶于水的络合物的形式吸附在金属表面，所以不仅可以有效抑制闪锈产生，而且还提升了漆膜的耐盐雾性能和防锈性能。经过测试对比，本实验选用FA-179作为双组分水性环氧体系中的防闪锈助剂，并研究了FA-179的添加量对双组分水性环氧涂料的性能影响。
表4 FA-179闪锈抑制剂用量对涂膜性能的影响
由表4可知，当防闪锈助剂FA-179的添加量逐渐提高时，涂膜的防闪锈性、耐盐雾性能以及耐水性能都有了很明显的提升效果，但当其用量＞1.2％时，涂膜的各项性能呈下降趋势。因此确定FA-179的最佳添加量为1.2％。
漆膜厚度对防闪锈性的影响
本实验考察了水性双组分环氧涂料在施工过程中，不同的湿膜厚度和漆膜的表干时间对防闪锈性能的影响。
表5 不同的湿膜厚度对涂层闪锈性能的影响
由表5可知，随着湿膜厚度的增加，双组分水性环氧涂料的表干时间不断的延长，抗闪锈性逐渐下降。通过分析可知，湿膜厚度的增加，减缓了水分挥发的速率，间接的延长了水分跟金属基材之间的接触时间，提高了涂膜产生闪锈的风险。因此，在双组分水性环氧涂料施工过程中，应严格控制一次成膜的厚度，降低闪锈产生的几率。对一些防腐蚀性能要求严格，需要高膜厚的领域，可降低单次成膜的厚度，分多次涂装以此达到性能要求。
结 语
通过选用特殊工艺制备的水性环氧乳液CTW-6064配套改性脂肪胺类固化剂CTW-6061环氧体系作为主体的成膜物质，以磷酸锌铝和钼酸锌复配使用作为环境友好型的防锈颜料，能有效的对金属基材进行钝化防护，并提升涂膜的耐腐蚀性能。选择有机锌螯合物类型的闪锈抑制剂FA-179，并添加配方总量的1.2％，能提高双组分水性环氧涂料体系的防闪锈性能。在涂装过程中为了降低闪锈发生的机率，尽量控制单次成膜厚度，对于有漆膜厚度要求的，应分2次或多次涂装来达到所需膜厚。
参考文献（略）
文章发表于《涂层与防护》2020-11期
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