张达志， 王 立， 谭海龙， 易智宏， 颜维虎， 任江涛
（中昊北方涂料工业研究设计院有限公司）
摘要：在水性环氧涂料体系中，针对不同树脂组合和不同填料组合进行筛选，测试其相关性能。研究结果表明，国外的产品组合性能要优于国内自制的产品组合性能，重晶石粉和滑石粉性价比较好。
关键词：水性环氧涂料；树脂组合；填料组合；性能比较
0 引言
近年来，国家对环境保护的要求逐步提高，各级政府陆续推出了一系列的相关政策和法规。因水性涂料具有绿色环保的优点，其市场占有量逐年增加，目前占整体涂料总产量的30% ~ 40%。目前，水性涂料在C3及以下腐蚀环境中被广泛应用，主要领域包括汽车、集装箱、轨道交通、工程机械和钢结构行业等。但水性涂料也具有一定的缺点，如其应用效果较溶剂型涂料还有一定的差距。主要原因如下：1）水性树脂及水性相关助剂本身具有亲水性，使得漆膜的耐水和防腐性能不太理想；2）水的蒸发潜热大，挥发速率慢，影响漆膜的干燥时间和涂料的施工性能[1-2]。在我国大力发展基础设施建设和旧机保有量更新等需求背景下，工程机械行业发展迅速。工程机械行业倾向于使用只需稍微改变部分施工工艺、并且VOC排放量显著降低的水性环保涂料，但水性涂料存在原材料成本高、施工窗口窄、性能较差、基材处理要求高、废水处理成本高、容易产生漆膜弊病等一系列问题，亟待通过优化配方或施工技术来解决。
本文通过优化设计涂料配方，研究不同水性树脂和固化剂组合、不同填料类型等对水性涂料防腐性能的影响[3]，以筛选性价比最优的涂料配方[4]，最后测试工程机械配套涂层的性能。
1 试验部分
1.1 参考配方
参考配方如表1所列。
1.2 涂料制备
1）按照表1配方，在容器中依次加入1 ~ 8组分，机械搅拌均匀后进行研磨，使细度≤30 μm。
2）准备好上述细度合格的研磨浆，按照顺序边搅拌边加入9 ~ 16组分，全部加入后继续搅拌大约15 min，过滤包装，得到主剂组分。
3）按照顺序加入17和18组分，混合搅拌大约15 min，过滤包装，得到固化剂组分。
1.3 漆膜制备
1）基材处理：按照GB/T 9271标准要求进行处理。样板在进入喷砂机前应保持干燥且无油污，喷砂的样板应色泽一致，喷砂等级应达到Sa2.5级。
2）环境要求：温度宜为10 ~ 35 ℃，相对湿度不宜大于70%，工件表面不应有结露。
3）涂料配制：涂料开罐后，按照设计配比混合，用高速搅拌仪器搅拌至均匀，同时检查涂料的外观，不得有析出、结块等现象。
4）养护要求：流平时间 20 ~ 30 min，40 ℃低温烘烤15 min，70 ℃高温烘烤30 min，养护7 d后，测试漆膜相关性能。
1.4 漆膜性能要求
漆膜性能要求和测试标准如表2所列。
2 结果与讨论
2.1 不同树脂体系的性能
研究设定3个产品组合：组合A，外企进口产品（美国亨斯迈）；组合B，外企国内生产产品（南亚）；组合C，国内产品（自制）。3个产品组合的具体组成及说明如表3所列。其中，测试样板膜厚为（50±5） μm，PVC为（29±1）%，细度≤30 μm，当量比为0.80，固体分≥50%。
不同树脂漆膜性能检测结果如表4所列。
由表4可知，组合A（630 h）与组合B（630 h）耐水性能一致，优于组合C（420 h），并且所有组合体系均优于HG/T 4759标准（240 h）；组合A（770 h）的耐盐雾性能等于组合B（770 h），优于组合C（500 h）。
理论上，一般水性树脂成膜需要3个过程：第一步，水的挥发；第二步，乳胶粒聚集；第三步，固化剂分子向乳胶粒内层扩散并参与固化。树脂组合要在一定的干燥时间范围内固化成膜才会达到最佳的物理化学状态[5]。
本研究主要的变动因素是树脂和固化剂组合，从试验结果可以看出，国外进口产品和外企国内生产产品的性能一致，并且优于国内自制产品。
2.2 填料对漆膜性能的影响
本文采用单一填料筛选的方法，保持颜基比不变，研究填料对漆膜性能的影响，结果如表5所列。
由表5可知，填加滑石粉的铅笔硬度较低（H），耐盐雾较差（120 h），可能原因是滑石粉本身莫氏硬度小。另外，单独使用形成的漆膜不致密，空隙多，屏蔽效果一般。填加沉淀硫酸钡、重晶石粉的耐盐雾效果比较好，且数据一致（360 h）。沉淀硫酸钡和重晶石粉化学成分都是BaSO4，由于密度比较大，形成漆膜的PVC很小，漆膜较致密，因此效果最好。填加云母粉耐盐雾260 h，性能一般，其原因是云母粉的屏蔽性非常好，防腐性好于滑石粉，但由于相同颜基比情况下单独采用云母粉的PVC会高很多，导致漆膜致密性变差，因此防腐性比沉淀硫酸钡和重晶石粉差。
2.3 填料组合对工程机械涂料配套性能的影响
研究设定3种填料变动因素组合：方案一，对于价格要求低、性能要求不高的应用环境，可采用重晶石粉和滑石粉组合；方案二，对于价格要求一般、性能有一定要求的应用环境，可采用单独重晶石粉或者以重晶石粉为主掺少量滑石粉；方案三，如果对性能要求较高，可采用云母粉和重晶石粉组合。确定因素：树脂组合采用性价比较高的B组合方案；采用自制白色水性聚氨酯面漆。具体试验方案和测试结果如表6所列。
由表6可知，3种配套涂层的性能均能满足设计技术指标要求。测试数据中只有耐盐雾性有差异，方案三（1 300 h）＞方案二（1 200 h）＞方案一（1 000 h）。从结构角度来说，云母粉的防腐性要好于滑石粉。配方设计的目的是逐渐减少滑石粉使用量，逐渐提高云母粉使用量，本次试验结果与理论规律一致。从成本角度来说，滑石粉比云母粉低得多，对于性能要求一般的应用领域，可以选择提高滑石粉的用量，制作性价比较高的产品。总之，要根据实际应用领域要求，调整设计填料组合搭配。
3 结语
1）水性环氧树脂组合对比研究结果表明，国外产品的性能要优于国内自制的产品，自制产品能满足最基本的性能要求。
2）在水性涂料体系中，不同种类填料对漆膜性能影响不同。研究结果表明：重晶石粉≈沉淀硫酸钡＞云母粉＞滑石粉。
3）在实际生产过程中，建议选择适合应用环境需求的树脂组合和填料组合，达到配方设计的性价比最大化。
（详见《现代涂料与涂装》2021-11期）
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