伍小军,曾超,王意松 浙江鱼童新材料股份有限公司
摘要：开发了一种适用于浪溅区的环氧湿固化涂料。介绍了环氧树脂、固化剂、助剂的选择,制备的涂料具有优异的防腐蚀效果和机械性能,并以嘉绍大桥为案例,证明了其可适用于浪溅区。
关键词：湿固化 酮亚胺 腰果壳油改性胺类环氧固化剂 浪溅区
0 前 言
海洋浪溅区是最苛刻的海洋环境，该区域供氧充足，浪花不断冲击和湿润，再加上日光照射，干湿交替，盐分浓缩，使得该区域的结构腐蚀非常严重。据研究，在浪溅区厚度6.35 mm的钢板，5 a即穿孔，而大型桥梁涂层的使用寿命一般要求大于15 a，需要涂层具有优异的耐腐蚀和机械性能。
桥梁混凝土结构多孔，表面会渗水，且底材经常处于高度潮湿的状态。在这种表面直接涂装普通涂料，得不到预期防腐效果，其寿命通常只有原设计寿命的一半甚至更低。浪溅区需要使用特殊的湿固化涂料，具有干燥速度快、能在水下继续固化、耐磨性、耐盐水性能优异等性能。本文研究并制备了一种可在浪溅区施工且具有优异的机械性能、防腐蚀性和耐化学品性的环氧湿固化涂料。
1 实验部分
1.1 实验原材料和设备
实验原材料：828环氧树脂，酮亚胺固化剂，腰果油固化剂，触变剂，附着力促进剂，长石粉等。
1.2 配方和工艺
甲组分按表1配方先称取树脂、触变剂、气相二氧化硅、附着力促进剂、颜料、填料，高速分散15 min，细度至60 μm，加入其他原料，然后调整黏度、流挂等指标。
按表2配比，加入相应固化剂。
1.3 性能指标
湿固化涂层在桥梁上应用有着明确的技术指标要求，表3摘录自JT/T 695—2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》，列明了配套涂层在混凝土结构表面所需要满足的技术指标。同时对湿固化涂料的机械性能等进行了测试，见表4。
本涂料按照相应设计，经过测试，最终的配套涂层的技术指标完全满足标准要求，在混凝土结构中能达到好的效果。同时其体积固含量高、抗流挂佳，一次涂装可达到较高的膜厚，可减少工序。另外其VOC可低至160 g/L，符合国内外法律法规，节能和环保效益突出。
2 配方设计及分析
2.1 树脂的选择
环氧树脂具有众多的特性，诸如良好的附着力、突出的抗化学品性能，与不同的固化剂灵活搭配使用，可以获得满足不同性能要求的涂膜，同时环氧类涂料其与聚氨酯、丙烯酸、环氧、氟碳、聚硅氧烷等多种类型面漆均有良好的配套性。低分子量的828环氧树脂具有较低的黏度，用之易于制得高固体分和低VOC的涂料品种。高固体分涂料涂布率高、性价比高，其低VOC能确保产品达到相关法律法规的要求，保护环境，同时它与固化剂形成较为致密的交联结构，具有极佳的耐溶剂性和耐酸碱性。
2.2 固化剂的选择
腰果壳油改性胺类环氧固化剂分子结构非常特别，既有苯环结构，同时还有一个含不饱和键的侧长碳链，苯环边上还接有一个弱酸性的羟基结构。稳定性极好的苯环结构使得产品防化学腐蚀和快速固化的性能非常优异，长链又使得固化体系的柔韧性很好。弱酸性的酚羟基则是环氧树脂固化反应的催化剂，使得固化反应在低温下也可以快速进行，这些优势是传统的聚酰胺类固化剂无法比拟的。其结构上的长碳链，不仅提高了固化体系的柔韧性，而且提高了固化体系的憎水性，降低了水的表面张力，从而增大了该固化体系在被涂表面的流动性和渗透性，对湿表面有很好的附着力，从而适用于带湿表面的涂装。
酮亚胺即酮类封闭的多元胺，它是由酮类和多元伯胺反应制得的缩聚物，此反应是可逆的，一旦酮亚胺遇到水和潮气就解离出多元胺及相应的酮类，该多元胺就可以和环氧树脂起固化反应，适宜于潮湿条件和水下固化。酮亚胺的反应机理见图1。
酮亚胺结构必须在有水的存在下水解才能释放出参与固化反应的活泼氢，参与固化反应，在越潮湿的环境，固化剂水解越迅速，释放活泼氢的速度越快，能越迅速地固化环氧树脂。
本次选用了腰果壳油改性胺类环氧固化剂、酮亚胺类固化剂以及两者按照一定比例进行混拼，制备样品进行对比试验。试验方法如下：选取已处理好的500 mm×500 mm×50 mm的混凝土试件，表面处理后浸泡在清水中24 h后捞出，用湿布抹除涂装面的水滴，标准条件下自然停放20 min；然后涂装第一道涂料，涂装后再空气中停放3 h，并测试表干时间，浸没于3%NaCl溶液中，12 h后取出，标准条件下停放9 h；再涂下一道直到完成整个涂装，并完成相应的测试。养护7 d后完成相应的测试。
试验结果如表5(其中环氧湿固化涂料一道膜厚为150 μm)。
表5可以看出，混合固化剂的干燥时间和腰果油类固化剂的干燥时间相似，明显优于酮亚胺类固化剂，主要是腰果油上带有酚羟基，对环氧基和胺的交联反应起到良好的催化作用，涂膜干燥快，可以快速固化。同时采用混合固化剂和酮亚胺类固化剂的附着力有明显优势，主要是因为涂料涂装时底材表面有水，酮亚胺类固化剂可以和水反应，而腰果油类固化剂无法将水完全排出，形成涂层与底材之间有水混入，附着力差。混合固化剂由于没有水的混入，结合腰果油类固化剂防腐性能，确保产品耐盐水性和耐盐雾性突出。
采用腰果壳油改性胺类环氧固化剂和酮亚胺类固化剂的有机结合，兼具了两者的优点，既有腰果壳油改性胺类环氧固化剂优异的防化学腐蚀和快速固化的性能，也具备了酮亚胺类固化剂在潮湿区固化的优势。
2.3 助剂(硅烷偶联剂)的选择
当涂料中含有少量硅烷偶联溶剂，在其涂布后，硅烷会迁移到涂料与底材的界面，与无机表面上的水分反应，水解生成硅醇基，进而与底材表面羟基形成氢键或缩合成—Si—M(M为无机表面)，同时硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合、齐聚形成网状结构的膜覆盖在底材表面。即使在水浸条件下，硅烷偶联剂改性的涂料在各种无机底材表面附着良好。在漆基与底材之间的交界层内，硅烷与漆基相互作用，形成硅烷与漆基相互渗透的网状结构，增强了其内聚力和耐水侵蚀的稳定性，并使应力藉以由高模量的底材向低模量的漆基转移，从而显著提高对底材的附着力。
通过试验，测试添加硅烷偶联剂对产品附着力的影响，试验方法如下：底材采用混凝土的试验；选取已处理好的500 mm×500 mm×50 mm的混凝土试件，表面处理后浸泡在清水中24 h后捞出，用湿布抹除涂装面的水滴，标准条件下自然停放20 min；然后涂装第一道涂料，涂装后再空气中停放3 h，浸没于3%NaCl溶液中，12 h后取出，标准条件下停放9 h；再涂下一道直到完成整个涂装，并完成相应的测试，养护7 d后完成相应的测试。
试验结果如表6，试验结果可以看出，添加硅烷偶联剂后，附着力有明显的提升，从而达到提升防腐性能的效果。
3 应用案例
嘉绍大桥地处钱塘江尖山河段的江海交汇处，因潮强流急、潮位涨退频繁、含沙量大等原因，防腐环境复杂，施工条件极其特殊，对配套涂料提出了很高要求。尤其是浪溅区的要求更为苛刻，针对环境和保护年限，特设计如表7配套方案。
环氧湿固化涂料具有干燥速度快，能在水下继续固化，耐磨性、耐盐水性能优异等性能，从而确保了嘉绍大桥浪溅区的顺利涂装，并保证涂层能达到最佳保护效果，涂装效果见图2。
4 结 语
本研究以双酚A的828树脂为基本树脂，采用腰果壳油改性胺类环氧固化剂和酮亚胺类固化剂进行有机结合，配以碳氢石油树脂、疏水性气相二氧化硅和硅烷偶联剂制备可在飞溅区施工应用的环氧湿固化涂料。此种涂料具有优异的防腐蚀性、机械性能和耐化学品性，在飞溅区使用效果明显优于传统的防腐蚀涂料。产品的使用寿命长，经济、环保效益明显。
文章发表于《中国涂料》2016年1月
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