高性能水性环氧富锌底漆的制备

        富锌涂料可分为无机富锌涂料和有机富锌涂料。无机富锌涂料采用碱性硅酸盐和硅酸烷基酯作为成膜物质，具有极好的附着力、防锈性、耐候性及一定的耐热性等；有机富锌涂料主要指环氧富锌涂料，以环氧树脂作为主要成膜物质，具有附着力良好，对材的处理要求不高，施工方便等特点。正因为具有上述优点，目前它们在工业防护领域中各自发挥着极其重要的作用，如：集装箱防护普遍选用环氧富锌底漆；船舶的车间底漆防护普遍选用醇溶性无机硅酸锌底漆。但是它们都属于溶剂型涂料，生产和施工过程中使用了大量的有机溶剂，具有较高的挥发性有机化合物（VOC）排放量，不能满足环保的要求。因此，研发环保型富锌底漆显得尤为重要。本研究以水性环氧乳液为基料，改性胺为固化剂，制备了一种双组分水性环氧富锌底漆，其机械性能和耐盐雾性与溶剂型环氧富锌底漆相当，同时减少了VOC 排放，值得推广。

1 试验部分

 

1.1 主要原材料

         水溶性环氧乳液、改性胺固化剂，美国迈图化工；助溶剂，陶氏化学；附着力促进剂，美国道康宁公司；分散剂、消泡剂、流平剂，BYK 公司；防闪锈剂，美国瑞宝公司；触变剂，海明斯公司；锌粉、云母粉，国产；工业去离子水。

 

1.2 试验配方

        根据技术要求和各组分的搭配、经过多次试验，确定了水性环氧富锌底漆的基本配方，如表1 所示。

 

 

 

1.3 制漆工艺

A 组分：将助溶剂、助剂、改性胺投入调漆罐中，搅拌均匀后，加入锌粉和云母粉，搅拌均匀。再进行高速分散，待细度≤ 20 μm 后，停止分散，根据产品的指标调整黏度至规定要求，过滤，待用。

B 组分：在调漆罐中加入水溶性环氧乳液、助剂、去离子水，搅拌均匀后，过滤，待用。

 

1.4 样板的制作及性能测试

将A 组分与B 组分按照质量比4∶1 混合，搅拌均匀后，待用。

 

按GB/T 9271—2008《色漆和清漆 标准试板》规定打磨马口铁板和冷轧钢板，用400# 砂纸沿着样板任何一边的平行方向平直均匀地来回打磨，打磨等级≥ Sa 2.5 级，然后用酒精擦拭试板，用去离子水将水性环氧富锌底漆稀释至适当黏度，喷涂样板，用于机械性能和耐盐雾性的检测。

 

        耐盐雾性测定：将喷涂后的样板放置于空气干燥箱中，干膜厚度在80~100 μm，喷涂样板后进行目测观察，要求涂膜表面平整、无颗粒，光洁度好，然后在规定条件下放置7 d 后进行封边，采用GB/T 1771—2007《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》中推荐的GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》中的单刃切割器进行“划线”。按照GB/T 1771—1991 中规定，使划痕离试板的任一边缘距离大于20 mm，划线时应划至露出金属基体，产生1 条或数条不带毛刺的均匀亮线，然后进行耐盐雾性测试。

 

2 结果与讨论

 

2.1 水溶性环氧乳液的选择

        在底漆配方中，主体树脂不仅要具有良好的耐腐蚀性，而且要能与底材产生优异的粘附性，不仅如此，水溶性环氧乳液本身还应具备良好的稳定性，如果乳液的稳定性差，会造成涂料的稳定性下降，导致分层等缺陷，因此水溶性环氧乳液的选择显得尤为重要。本研究分别选用了国产水溶性环氧乳液和进口水溶性环氧乳液进行了对比试验，结果如表2 所示。

 

 

 

       由表2 可见：国产水溶性环氧乳液在机械性能和耐盐雾性方面都不及合资和进口环氧乳液。虽然合资的环氧乳液在机械性能上和进口环氧乳液相差不大，但其耐盐雾性稍差。因此，本研究选用的是美国迈图化工的水性环氧乳液6520-WH-53。

 

2.2 固化剂的选择

        固化剂对环氧涂料的机械性能和耐腐蚀性能影响极大，在溶剂型环氧涂料中，最常用的固化剂为聚酰胺，其涂层的综合性能优良，但黏度偏大，施工中需要一定的活化期；改性脂环胺、改性芳香胺的应用日趋广泛，其涂层耐化学品性及防腐性能好，但柔韧性稍差，另外涂层易发白，影响重涂性等。通过试验发现，使用同一公司的环氧乳液和固化剂不仅呈现优异的性能，而且具有良好的相容性。本研究最终确定使用美国迈图化工的改性胺固化剂8538-Y-68。

 

2.3 填料的选择

        填料的选择对涂层的防腐性能影响很大，合理、适当地选择填料不仅能够降低涂料的成本，而且能够改善涂膜的机械性能、耐磨性等。填料的种类很多，有硫酸钡、滑石粉、云母粉、碳酸钙等。本试验选用了片状云母粉，因为云母粉的片状结构不仅能够改善涂膜的机械性能，而且能够增强涂膜的致密性，进而提高涂膜的耐腐蚀性。

 

2.4 锌粉的粒径选择

        不同的富锌涂料对锌粉粒径的选择是不一样的，例如：溶剂型环氧富锌涂料一般选用500 目的锌粉，通过高速分散，细度在60 μm 左右为宜，呈现出较好的耐腐蚀性；水性无机硅酸锌底漆，一般选择锌粉粒径为325 目，因为锌粉的粒径越细，反应越快，适用期越短。通过试验发现：在水性环氧富锌涂料中，涂料细度越细，耐腐蚀性越好，板面外观也越好，当涂料细度达到20 μm 时表现最佳。为了节省分散时间，本试验选用了1 250 目的超细锌粉。涂料细度对漆膜性能的影响如表3 所示。

 

 

 

2.5 与溶剂型环氧富锌底漆的性能对比

        为了得到性能优异的水性环氧富锌底漆，研发人员将开发出的产品与国外知名公司的溶剂型环氧富锌底漆进行了性能对比。据了解，此产品的锌粉含量为80%，具有优异的耐腐蚀性和机械性能，专门用于海运集装箱、工业钢结构等的防护。性能对比结果如表4所示。

 

 

 

        由表4 可见：本研究开发的水性环氧富锌底漆，无论在耐腐蚀性方面，还是在机械性能方面都不逊于溶剂型环氧富锌底漆。同时，该底漆在生产和施工过程中大大减少了有机溶剂的加入，具有极低的VOC 排放，保护了环境，符合国家可持续发展战略，可以作为溶剂型环氧富锌底漆的替代产品，用于工业防护领域。

 

3 结语

（1） 采用美国迈图化工的水溶性环氧乳液6520-WH-53 和改性胺固化剂8538-Y-68，制得的水性环氧富锌底漆具有良好的耐腐蚀性和机械性能。

（2） 对比试验结果表明：该底漆可以替代溶剂型环氧富锌底漆用于集装箱、工业钢结构等的防护。在制备和使用该水性底漆的过程中大大减少了VOC的排放，保护了环境，适应了国家可持续发展的需要，其具有广阔的应用前景。