作者|左慧明，张汉青，刘明，等
（中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016）
0、引言
为了应对气候变暖、生态环境恶化等全球性公共问题，2020年9月，我国提出了“碳达峰、碳中和”的目标。因此在碳减排的背景下，传统溶剂型涂料产能受到限制，行业壁垒也在不断提高。目前绿色新型环保型涂料技术主要向水性涂料、粉末涂料以及高固体分涂料方向发展。其中，水性涂料因其VOC含量低，使用安全、便于贮藏运输及施工等特点得到了快速增长，是工业防腐涂料在未来的一个重要发展趋势。
水性环氧酯涂料和水性醇酸涂料在水性单组分工业防护领域有着极为广泛的应用。与水性醇酸涂料相比，水性环氧酯涂料有着更加优异的腐蚀防护性能和耐水解性能。通过将植物油脂肪酸与环氧树脂进行酯化反应可制得环氧酯树脂，所以环氧酯树脂可同时兼具环氧树脂与干性油两者优异的特点。目前，水性环氧酯涂料已广泛应用于汽车板簧、车桥等车辆零部件领域。本研究主要选用了自制的自乳化水性环氧酯树脂，复配丙烯酸乳液作为成膜物质，对不同助剂、防锈颜料及颜基比等因素进行了条件筛选测试，研制出了一种具有高性能的水性环氧酯防腐涂料，并对其中的关键因素进行了探讨。
1、实验部分
1.1 涂料配方及制备工艺
高性能水性环氧酯防腐涂料配方如表1所示。
表1 高性能水性环氧酯防腐涂料配方
制备工艺：（1）按顺序将水性环氧酯树脂、催干剂、pH调节剂和去离子水加入到分散容器中搅拌均匀；（2）搅拌均匀后按顺序加入各种助剂、颜填料以及有机膨润土，高速分散后加入锆珠开始研磨；（3）浆料的细度≤30μm后出料；（4）将防闪锈助剂加入到研磨好的浆料中，搅拌均匀后加入聚氨酯增稠调节体系的黏度；（5）最后加入丙烯酸乳液，搅拌均匀后过滤出料待用。
1.2 样板制备
在制备好的水性环氧酯防腐涂料中加入适量的去离子水，调节至施工黏度，喷涂在规定的样板上。其中，采用马口铁板和冷轧钢板进行冲击、硬度等常规性能测试，中性盐雾性能测试采用喷砂钢板（粗糙度Sa2.5）。
2、结果与讨论
2.1 成膜物质对漆膜性能的影响
作为水性涂料体系中主要的成膜物质，水性环氧酯树脂是决定涂膜性能及涂料性质的重要因素。本研究选用水性环氧酯树脂与丙烯酸乳液作为复配的成膜树脂，并且对比测试两种成膜物质的不同配比对漆膜性能的影响，实验测试结果如表2所示。
表2 树脂复配比例对涂层性能的影响
从表2可知，随着树脂复配比例中丙烯酸乳液含量的提升，漆膜的干燥速度、冲击性能、耐候性能及耐碱性能不断提高。相对的漆膜的硬度、附着力和耐腐蚀性能不断下降。结合本实验漆膜性能测试结果，当水性环氧酯树脂与丙烯酸乳液的复配比例为6：4时，漆膜的整体性能最佳。
2.2 防锈颜料对漆膜性能的影响
防锈颜料不仅仅可以作为填料提升漆膜的致密程度，还能够增强漆膜的机械强度。本研究探讨了不同种类的防锈颜料对漆膜耐腐蚀性能的影响。测试结果如表3所示。
表3 不同种类的防锈颜料对涂膜耐腐蚀性能的影响
通过测试发现当将钼酸锌与磷酸锌铝防锈颜料复配使用时，漆膜的耐腐蚀性能最佳。因为磷酸锌铝在水性体系中可以更多的释放出Zn2+、PO43+离子，在金属基材表面发生磷化反应，同时在水性涂料固化过程中，铝离子能够与羟基进行交联形成更加致密的涂层，并且与钼酸锌协同作用时，可以降低金属基材钝化所需要的电流密度，使形成的钝化膜更加稳定。
2.3 颜料体积浓度对漆膜性能的影响
适当的颜料体积浓度（PVC），能够提升漆膜的致密程度，并且产生很好的隔氧隔水效果，可以有效抑制氧分子和水分子从漆膜内部渗透到金属基材的表面，降低其发生阴阳极反应的可能性。
表4 不同PVC对涂膜性能的影响
由表4的测试结果可以看出,颜料体积浓度（PVC）是影响水性环氧酯涂料性能的十分重要的因素。通过性能测试分析，当体系中颜料体积浓度在30％左右时，漆膜的综合性能最佳。
2.4 防闪锈助剂对漆膜性能的影响
本研究测试了不同种类的防闪锈助剂对漆膜性能的影响，如表5所示。
表5 不同种类的防闪锈助剂对漆膜性能的影响
本实验通过对比测试，筛选FA-179助剂作为水性环氧酯防腐涂料体系中的防闪锈助剂。
2.5 增稠剂对涂料体系的影响
为了提升涂料体系的遮盖力及其他性能，需要在水性防腐涂料中添加一种或多种颜填料，但在贮存过程中发生团聚、凝结、沉降现象，因此需要在体系中添加一定量的增稠剂来保持颜填料始终处于稳定分散的状态。本研究测试分析了不同种类的增稠剂对涂料体系性能的影响，如表6所示。
表6 不同种类的增稠剂对涂料体系性能的影响
本实验将有机膨润土与聚氨酯增稠剂进行复配使用，为水性环氧酯防腐涂料体系提供了优异的增稠和触变效果。
2.6 不同种类环氧树脂涂料性能测试
对配方筛选优化后，分别与市售的几款单组分水性环氧酯防腐涂料进行了性能测试对比。按照相同的标准进行制板测试，其性能结果如表7所示。
表7 不同种类的水性环氧酯防腐涂料性能测试
通过测试对比发现，自制的水性单组分环氧酯涂料的性能在各方面都明显优于市售的两款水性环氧酯涂料。特别是在腐蚀防护方面，自制水性环氧酯涂料的防腐性能要远远高于市售同类产品以及大部分客户对盐雾性能的要求。
3、结 语
本研究通过选用自乳化型水性环氧酯树脂CTW-6070和特定的水性丙烯酸乳液作为主要成膜树脂及辅助成膜物质，添加适量环保型的防锈颜料，调整体系的最佳颜填料体积浓度（PVC），同时添加合适的涂料助剂，研制出了具有高性能的水性环氧酯防腐涂料：
（1）选取水性环氧酯树脂复配丙烯酸乳液作为成膜基料，可以同时兼具环氧酯树脂优异的耐盐雾性、耐水性、附着力性能以及丙烯酸乳液干燥快、耐候性和耐碱性好的特点，综合性能优异。
（2）研制出的高性能水性环氧酯防腐涂料，通过采用水性环氧酯树脂对颜填料进行分散研磨，添加磷酸锌铝和钼酸锌防锈颜料复配使用，在制漆过程中加入有机锌螯合物防闪锈助剂FA-179，并调整涂料的颜填料体积浓度至30％，辅以有机膨润土和聚氨酯增稠剂来提高体系的流变性能，可以很好的综合涂料的物理机械及防腐性能。可充分地满足汽车板簧、车桥等车辆零部件对腐蚀防护性能的要求，并且体系采用水性化更加安全环保，应用前景十分广泛。
参考文献（略）
完整内容请见《涂层与防护》2022-12期
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