水性環(huán)氧防腐涂料

1、摘要目前，金屬腐蝕已經(jīng)給世界各國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，長(zhǎng)期以來(lái)為了減少腐蝕的損失，人們采取了各種措施，但迄今為止最普遍、最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的保護(hù)措施還是涂料保護(hù)。近年來(lái)各種環(huán)境友好型涂料如水性涂料、粉末涂料以及高固體份材料等越來(lái)越多的受到人們的青睞和市場(chǎng)的認(rèn)可。在這些環(huán)境友好型涂料中使用最多最廣泛的是水性涂料。本文概述了國(guó)內(nèi)外水性環(huán)氧涂料的研究進(jìn)展，介紹了水性環(huán)氧防腐涂料的制備方法，對(duì)涂膜性能的影響因素進(jìn)行的探討。由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)量比是11時(shí)，其涂膜綜合性能是最好的。隨著PVC的值增大，涂膜的耐鹽水性能提高，在PVC為30時(shí)，涂膜的耐鹽性達(dá)到一個(gè)最大值。PVC為30的涂膜附著力性能較為

2、優(yōu)異。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；水性防腐涂料；涂膜性能；顏填料體積濃度AbstractAt present, metal corrosion has brought a huge economic loss to the whole world, long-term since in order to reduce the corrosion loss, people have taken all kinds of measures, but at present the most common, the most economical, the most practical protective m

3、easures or protective coating.In recent years a variety of environmental friendly coatings such as waterborne coatings, powder coatings and high solid materials by more and more people of all ages and market recognition. In these environmental friendly coatings used in the most extensive is water-ba

4、sed paint.This article provides an overview of the domestic research progress of water-borne epoxy coatings, introduced waterborne epoxy anticorrosive paint preparation method. We have discussed the effect factors of film coating performance, according to the research , we can see that when the equi

5、valence ratio of epoxyamine hydrogen is 11，this coating shares the best performance.Key Words: Epoxy resin; Waterborne anticorrosive coating material; Pigment volume concentration; Coating performance目錄前言4第一章金屬防腐涂料的相關(guān)理論51.1目前采用金屬防腐蝕的方法51.2金屬防腐涂料的組成51.3水性防腐涂料的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)61.4水性環(huán)氧防腐涂料81.5課題的提出及研究?jī)?nèi)容8第二章實(shí)驗(yàn)

6、102.1原料的準(zhǔn)備102.2基料的選擇102.3原料的制備102.4性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)112.5性能測(cè)試方法11第三章結(jié)果與討論133.1性能測(cè)試結(jié)果分析133.2影響涂膜性能因素的分析133.3顏料體積濃度對(duì)涂膜性能的影響143.3.1 PVC對(duì)涂膜耐鹽性的影響143.3.2 PVC對(duì)涂層附著力的影響153.4結(jié)語(yǔ)16參考文獻(xiàn)17謝辭19前言金屬受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或者電化學(xué)作用而損壞的現(xiàn)象稱為金屬腐蝕。在電力、冶金、化工、機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)企業(yè)大量使用鋼鐵等金屬設(shè)備、金屬構(gòu)件和金屬埋沒(méi)件，這些設(shè)備和構(gòu)件在其周圍的氧、水、電解質(zhì)離子等介質(zhì)的作用下，日積月累地出現(xiàn)腐蝕、嚴(yán)重腐蝕或損壞，甚至造成重

7、大事故和巨大經(jīng)濟(jì)損失。目前，金屬的腐蝕已經(jīng)給世界各國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)公布的一些腐蝕損失資料，腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2.5%4.2，而且據(jù)估計(jì)，世界上約有20的金屬材料因被腐蝕而無(wú)法回收1，因而金屬的腐蝕及防護(hù)問(wèn)題引起了世界各國(guó)的普遍重視。我國(guó)每年金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的42，每年腐蝕損失超過(guò)火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震造成損失的總和3。長(zhǎng)期以來(lái)，為了減少腐蝕的損失，人們采取了很多措施，如金屬的電化學(xué)保護(hù)法、腐蝕介質(zhì)處理法、覆蓋層保護(hù)法等等。但迄今為止最普遍、最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的保護(hù)措施還是涂料保護(hù)，涂料防腐以其施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適用、不受設(shè)備面積

8、、形狀的約束以及具有一定的裝飾效果等特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。目前普通金屬表面涂敷的防腐蝕涂層常采用的是溶劑型涂料，盡管它們具有抑制腐蝕的作用，但由于它們含有對(duì)人體易造成損害的有害氣體和重金屬，造成了環(huán)境污染問(wèn)題4，同時(shí)溶劑易燃、易爆的特點(diǎn)給環(huán)境帶來(lái)了不安全的隱患。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，水性涂料成為涂料發(fā)展的重要方向和研究熱點(diǎn)。在水性防腐涂料中，水性環(huán)氧防腐涂料因其突出的防腐性能而成為水性涂料中的研究重點(diǎn)。第一章 金屬防腐涂料的相關(guān)理論1.1目前采取的金屬防腐蝕的方法金屬的腐蝕是由于金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用的結(jié)果。因此，防止金屬腐蝕的主要方法必須考慮金屬和介質(zhì)兩個(gè)方面。鋼鐵是使用量

9、最大，應(yīng)用范圍最廣泛的金屬。保護(hù)鋼鐵，阻緩它的腐蝕，延長(zhǎng)鋼鐵制品的壽命，是最為重要的防腐蝕工作，在腐蝕與防腐蝕領(lǐng)域中，關(guān)注最多的也就是鋼鐵的腐蝕與防護(hù)，在實(shí)踐中應(yīng)用較多的防腐蝕手段主要包括采用緩蝕劑、電化學(xué)保護(hù)（其中包含陰極保護(hù)盒陽(yáng)極保護(hù)兩種）、采用防護(hù)覆蓋層和涂裝防腐蝕涂料5。緩蝕劑能夠在腐蝕介質(zhì)中抑制鋼鐵的腐蝕，其方法有以下幾種：使陽(yáng)極極化，如使用鉻酸鹽，亞硝酸等：使陰極極化，如使用聚合磷酸鹽等，或者是在鋼鐵表面上成膜，阻止外界腐蝕因子的入侵：或者金屬產(chǎn)品裝入容器中進(jìn)行充氮封存，減少腐蝕因素進(jìn)行保護(hù)，但是只能用于一般的腐蝕環(huán)境，對(duì)于大型的鋼結(jié)構(gòu)不太適用。電化學(xué)保護(hù)根據(jù)其原理，有陽(yáng)極保護(hù)和陰

10、極保護(hù)兩種。陽(yáng)極保護(hù)主要是對(duì)其進(jìn)行鈍化，保護(hù)其在強(qiáng)氧化介質(zhì)中不受腐蝕。陰極保護(hù)法是使鋼鐵成為陰極并極化，以減小或防止腐蝕，它可以分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，是采用一種電位比所保護(hù)金屬更負(fù)，即化學(xué)性質(zhì)更為活潑的金屬或合金，與被保護(hù)的金屬聯(lián)結(jié)在一起，使其獲得陰極極化而受到保護(hù)。外加電流陰極保護(hù)法是由直流電源通過(guò)輔助陽(yáng)極對(duì)被保護(hù)體施加保護(hù)電流，使被保護(hù)體成為陰極并獲得極化，從而免受腐蝕的一種保護(hù)技術(shù)。在金屬表面噴涂有機(jī)或無(wú)機(jī)涂料，起到防銹耐腐蝕的作用，這是一種經(jīng)濟(jì)有效而又最方便的方法。金屬防腐蝕保護(hù)目前主要采用這種簡(jiǎn)便有效的方法，即使用涂料保護(hù)，這也是本文主要介紹的內(nèi)容。傳統(tǒng)

11、上將油漆分為底漆、中間漆和面漆，底漆主要作用是提供鋼結(jié)構(gòu)的防銹功能，中間漆主要是增加漆膜厚度以加強(qiáng)防護(hù)能力，面漆則既可封閉腐蝕介入鋼材表面，同時(shí)又起著裝飾美化作用。涂料防腐蝕有諸多的優(yōu)點(diǎn)：涂料供選擇的品種多，適用于多種用途；涂料的涂裝工藝方便，特別適用于面積大，結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜的設(shè)備保護(hù)，涂層的修整，重涂和更新都相對(duì)容易，可以在設(shè)施和生產(chǎn)不停止運(yùn)行的情況下進(jìn)行施工；涂料顏色齊全，能滿足不同工程的規(guī)范要求，在一些復(fù)雜的環(huán)境中(如工廠區(qū)的供料，供熱，供水管線)便于標(biāo)記，區(qū)分和檢查；一般情況下，對(duì)于不需要重涂的儀器設(shè)備，涂料成本和施工費(fèi)用低于其它防腐蝕措施。1.2金屬防腐涂料的組成防腐涂料有四個(gè)部分組成

12、：成膜物質(zhì)、顏填料、助劑及溶劑。1) 成膜物質(zhì)。成膜物質(zhì)是組成涂料的基礎(chǔ)，可以做為涂料成膜物質(zhì)的種類很多，樹脂是一類無(wú)定型狀態(tài)存在的有機(jī)物，通常指未經(jīng)加工的高分子聚合物?，F(xiàn)代樹脂經(jīng)常采用幾種樹脂相互補(bǔ)充或相互改性，以適應(yīng)各方面的要求。成膜物質(zhì)具有粘結(jié)涂料中的其它成分形成涂膜的作用，它對(duì)涂膜的性質(zhì)有決定作用。2) 顏料。顏料是涂料中一個(gè)重要組成部分，它們通常是極小的固體粉末，分散于成膜樹脂中，主要賦予涂料豐富的色彩，具有遮蓋涂層、阻擋光線、提高漆膜的耐水性、耐候性、增加機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐磨性、延長(zhǎng)漆膜的使用壽命等作用。顏料一般是不溶于水的無(wú)機(jī)化合物，如金屬及非金屬元素的氧化物、硫化物及鹽類。在涂

13、料中有時(shí)也使用某些不溶于水的有機(jī)顏料和溶于水及醇類的有機(jī)顏料。這些顏料能與金屬基體表面或涂料成膜物質(zhì)中的某些成份起化學(xué)反應(yīng)，從而使金屬表面鈍化或生成保護(hù)性物質(zhì)。3) 助劑。助劑的作用是對(duì)涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改進(jìn)作用。助劑的使用是根據(jù)涂料和涂膜的不同要求而確定的。助劑是涂料輔助材料組分，不能單獨(dú)形成漆膜在涂料成膜后可作為漆膜的一個(gè)組分而在漆膜中存在。現(xiàn)代用作涂料助劑的物質(zhì)包括多種無(wú)機(jī)和有機(jī)的化合物，其中包括高分子化合物，4) 溶劑。溶劑是不包括無(wú)溶劑涂料在內(nèi)的各種液態(tài)涂料中所含有的，為使這些類型液態(tài)涂料完成施工過(guò)程所必需的一類組分。它原則上不構(gòu)成漆膜，也不應(yīng)存留在漆膜之中。溶劑組分通

14、常是可揮發(fā)液體，做為溶劑組分包括能溶解成膜物質(zhì)的溶劑，能稀釋成膜物質(zhì)溶液的稀釋劑和能分散成膜物質(zhì)的分散劑，習(xí)慣上稱之溶劑?，F(xiàn)代的某些涂料中開(kāi)發(fā)應(yīng)用了一些既能溶解或分散成膜物質(zhì)為液態(tài)又能在施工成膜過(guò)程中與成膜物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成新的物質(zhì)而存留于漆膜中的化合物，它們?cè)瓌t上也屬于溶劑組分，通稱為反應(yīng)性溶劑或活性稀釋劑。現(xiàn)代很多化學(xué)藥品包括水、無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物都可以用作涂料的溶劑組分。其中以有機(jī)化合物品種最多，通常有脂肪烴、芳香烴、醇、酯、醚、酮、含氯有機(jī)物等，總稱為有機(jī)溶劑。1.3水性防腐涂料的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)水性涂料是以水作為溶劑和稀釋劑，克服了傳統(tǒng)溶劑型涂料易燃、易爆、有毒、有害的缺點(diǎn)，

15、無(wú)毒害且無(wú)刺激性氣味，安全環(huán)保，使用方便，用水代替高價(jià)格的有機(jī)溶劑，也節(jié)省了資源并且降低了生產(chǎn)成本。但與溶劑型涂料相比，水性涂料的配方較為復(fù)雜，通常包含有多種添加劑，而這些添加劑常常影響到涂膜的性能，導(dǎo)致涂膜的性能下降，尤其是耐水性與耐腐蝕性，而作為防腐涂料，通常對(duì)其性能要求較高，因此水性防腐涂料的技術(shù)難度較大，發(fā)展比較緩慢，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)幾乎沒(méi)有大的突破。但國(guó)內(nèi)外對(duì)水性防腐涂料的研究一直沒(méi)有停止過(guò)，隨著技術(shù)水平的提高和生態(tài)環(huán)境法規(guī)的制約以及人們對(duì)自身健康要求的提高，在防腐蝕領(lǐng)域，水性防腐涂料逐漸被人們所接受。從歐洲涂料市場(chǎng)來(lái)看，防腐涂料中水性涂料的使用比例正在不斷增加，水性涂料的平均增長(zhǎng)率正在超

16、過(guò)傳統(tǒng)的溶劑型涂料，越來(lái)越多的成功應(yīng)用案例也表明，即使在惡劣條件下，水性涂料也可為鋼材提供良好的防腐蝕性能。另外，水性涂料的干燥覆涂時(shí)間短，無(wú)稀釋劑成本，停工時(shí)間短(使用較少的涂層和產(chǎn)生較少溶劑氣味問(wèn)題)，所以其真正的優(yōu)點(diǎn)是涂料的高性能和高效施工帶來(lái)的低成本。水性防腐蝕涂料的發(fā)展經(jīng)過(guò)了四個(gè)階段6，具體如下：第一階段：在水性防腐涂料發(fā)展的初期，這一時(shí)期對(duì)環(huán)保的要求不高，人們更關(guān)心水性體系的低易燃性、較低的氣味及使用水清洗設(shè)備的低成本：另一方面所使用的領(lǐng)域較窄，防銹顏料也較簡(jiǎn)單。第二階段：20世紀(jì)60年代中期，苯丙共聚物乳液開(kāi)始出現(xiàn)，這些樹脂顯著的特點(diǎn)是低吸水率。而且與各種防銹顏料的相容性較好。這

17、一時(shí)期逐步形成典型的防腐涂裝體系為：二道底漆、二道面漆或者三道無(wú)氣噴涂。第三階段：70年代末，人們發(fā)現(xiàn)鉛系(如紅丹)、鉻酸系(鋅黃)等傳統(tǒng)防銹顏料對(duì)人體及環(huán)境有較大的危害，新型低毒防銹顏料開(kāi)始成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。自交聯(lián)聚合物分散體也是在這一時(shí)期開(kāi)始出現(xiàn)，它有較好的濕附著力、防閃銹性及抗化學(xué)品性。第四階段：80年代后期，人們對(duì)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，水性樹脂開(kāi)始向多元化發(fā)展，近幾年高性能的聚氨酯分散體、含氟聚合物、聚酯、有機(jī)硅樹脂等基料的研究開(kāi)發(fā)也引起了很大關(guān)注。當(dāng)今涂料與塑料、黏合劑、合成橡膠、合成纖維成為五大合成材料涂料工業(yè)屬于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)水平的標(biāo)志之一 。

18、2000年世界涂料產(chǎn)量達(dá)22002400萬(wàn)噸（中國(guó)180萬(wàn)噸，排名第4），其中溶劑型涂料約占涂料總量的30%。涂料在干燥成膜時(shí)向空氣中散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)化合物對(duì)人類生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。傳統(tǒng)的溶劑型涂料中加進(jìn)了大量的有機(jī)溶劑如苯、甲苯、二甲苯等，占到涂料總量的60以上，排放到空氣中在紫外線的輻射下會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、形成酸雨，對(duì)大氣造成很嚴(yán)重的污染，同時(shí)造成了資源的極大浪費(fèi)。從上世紀(jì)六十年代以來(lái)涂料的污染問(wèn)題就已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，隨著整個(gè)社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，世界各國(guó)相繼制定了限制VOC排放的法律法規(guī)。如美國(guó)關(guān)于VOC排放的國(guó)家建筑和工業(yè)保護(hù)（AIM）法規(guī)1999年9月13日正式起

19、作用；北歐、丹麥、瑞典、荷蘭等地規(guī)定，內(nèi)墻涂料最大含量標(biāo)準(zhǔn)為75gL-1（包括水），2000 年1月1日起生效7；我國(guó)則于2001年針對(duì)10種室內(nèi)建筑裝修材料制定了強(qiáng)制性的安全標(biāo)準(zhǔn)8。當(dāng)今世界涂料發(fā)展潮流是向“5E”邁進(jìn)，即提高涂膜質(zhì)量（Excellence of finish）、方便施工（Easy of application ）、節(jié)省資源（Economics）、節(jié)省能源（Energy saving）和適應(yīng)環(huán)境（Ecology）涂料的研究應(yīng)向水性化、高固體分化、高性能化和功能化方向發(fā)展，環(huán)境友好涂料（或稱綠色涂料）是人們的共同期待。1.4水性環(huán)氧防腐涂料環(huán)氧樹脂是平均每個(gè)分子含有兩個(gè)或兩個(gè)以

20、上環(huán)氧基的熱固性樹脂。由于環(huán)氧樹脂因易于加工成型、固化物性能優(yōu)異而得到廣泛應(yīng)用，通過(guò)環(huán)氧和進(jìn)化、填充無(wú)機(jī)填料、環(huán)氧結(jié)構(gòu)改性、膨脹單體改性等高性能化后可以制成防腐涂料。環(huán)氧樹脂也因此成為目前應(yīng)用數(shù)量最多、應(yīng)用范圍最廣的重防腐涂料用樹脂。環(huán)氧樹脂涂料具有優(yōu)異的防腐蝕性及耐化學(xué)品性能和耐油性，對(duì)眾多底材具有極佳的附著力，能與多種固化劑固化，可根據(jù)需要采用靈活多樣的配方，環(huán)氧涂料的這些優(yōu)異性能使得環(huán)氧樹脂作為漆基在防腐涂料中占有主導(dǎo)地位，在溶劑型防腐涂料中，環(huán)氧樹脂的優(yōu)異性能得到了充分體現(xiàn)，當(dāng)前環(huán)氧防腐涂料主要是溶劑型涂料，但環(huán)氧樹脂在水性防腐涂料的研究與應(yīng)用中也一直具有十分重要的地位，水性環(huán)氧防腐涂

21、料在國(guó)外是發(fā)展最快的水性防腐涂料品種。國(guó)外從七十年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)水性環(huán)氧樹脂9，水性環(huán)氧體系的制備是通過(guò)在環(huán)氧樹脂分子上接上陰離子基團(tuán)通常是胺(或氨)中和的梭基，使環(huán)氧樹脂具有自乳化能力10，但這類水基體系的制備需要經(jīng)過(guò)化學(xué)接枝反應(yīng)，工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本增加11。Robinson在1981發(fā)表的文章中指出，要獲得好的環(huán)氧樹脂水基分散體系，需要先對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行接枝改性，對(duì)樹脂直接乳化獲得好的水性體系是不可能的。相反轉(zhuǎn)乳化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用使得環(huán)氧樹脂乳液的制備取得長(zhǎng)足進(jìn)步12,13，到八十年代末，相繼發(fā)表了采用相反轉(zhuǎn)法制備環(huán)氧樹脂水基乳狀液的專利14-17，當(dāng)前環(huán)氧樹脂水性體系的制備在國(guó)外已經(jīng)比

22、較成熟。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于水性環(huán)氧防腐涂料的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)環(huán)氧樹脂水性化技術(shù)的研究；(2)環(huán)氧樹脂的改性；(3)水性固化劑的合成與篩選；(4)乳化劑及固化劑對(duì)水性防腐涂料防腐性能的影響；(5)水性環(huán)氧防腐涂料防腐機(jī)理；(6)無(wú)毒害防腐顏料的研究與開(kāi)發(fā)；(7)助劑對(duì)涂料防腐性能的影響等。1.5課題的提出及研究?jī)?nèi)容長(zhǎng)期以來(lái)大多數(shù)采用溶劑型防腐涂料，傳統(tǒng)的溶劑型涂料不僅易燃，易爆，在貯存、運(yùn)輸、施工時(shí)帶來(lái)諸多不安全因素。此外，溶劑的價(jià)格昂貴，在成膜以后溶劑全部揮發(fā)到空氣中，這不僅是一種能源的浪費(fèi)，并且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。傳統(tǒng)溶劑型防腐涂料會(huì)排放大量的有機(jī)溶劑，長(zhǎng)期吸入VOC會(huì)

23、導(dǎo)致疲勞、喪失記憶和協(xié)調(diào)功能以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病；VOC在太陽(yáng)紫外光線的輻射下會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧或形成酸雨；VOC中有許多是致癌物或?qū)χ袠猩窠?jīng)有麻醉作用；某些VOC具有光化學(xué)臭氧產(chǎn)生潛能或具有高臭氧排空潛能18。但是目前在國(guó)內(nèi)，防腐涂料仍然以溶劑型為主，主要是由于水性樹脂的制備技術(shù)還不成熟，制備出的水性涂料性能比溶劑型的要差一些，同時(shí)水性涂料的涂膜的致密性比溶劑型涂料差，從而影響了各項(xiàng)性能的發(fā)揮。如何提高涂膜致密性，賦予涂膜更加優(yōu)異的性能成為研究水性涂料的關(guān)鍵。本文旨在為了得到優(yōu)異性能的防腐蝕涂料而對(duì)涂料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)水性環(huán)氧涂料進(jìn)行研究：（1） 對(duì)涂料的組成進(jìn)行研究

24、，包括成膜物質(zhì)、固化劑及部分助劑，確定涂料組成。（2） 對(duì)涂膜的性能進(jìn)行研究：1) 檢測(cè)其固含量、吸水率、附著力、耐沖擊力、柔韌性、硬度等;2) 環(huán)氧胺氫當(dāng)量比對(duì)涂膜性能的影響;3) 顏料體積濃度對(duì)涂膜性能的影響。第二章 實(shí)驗(yàn)2.1原料的準(zhǔn)備水性環(huán)氧樹脂：3520一WY一55(55)卓越產(chǎn)品公司；水性環(huán)氧固化劑：HTW一208(60)，蘇州圣杰特種樹脂司；消泡劑、分散劑：迪高公司；磷酸鋅防銹顏料：凱佰公司；氧化鐵紅：工業(yè)品，國(guó)產(chǎn)；金紅石型二氧化鈦：工業(yè)品，國(guó)產(chǎn)；炭黑(pH 68)：工業(yè)品，國(guó)產(chǎn)；填料：工業(yè)品，國(guó)產(chǎn)；二丙酮醇：工業(yè)品；去離子水：工業(yè)品。2.2基料的選擇作為雙組分涂料，顏填料可以加

25、在環(huán)氧組分內(nèi)，也可以加在固化劑內(nèi)，可根據(jù)兩個(gè)組分的當(dāng)量考慮，除使加入顏、填料后的兩個(gè)組分的質(zhì)量比較接近外，還要考慮其制漆工藝性，即比較顏、填料在哪個(gè)組分里分散、研磨更容易些。由于環(huán)氧固化劑HTW-208呈樹脂狀，它是水稀釋性胺加成物，對(duì)顏料、填料有潤(rùn)濕性，且在研磨過(guò)程中不受溫度的影響，也不受研磨道數(shù)的限制，易于研磨。而水性環(huán)氧脂3520-WY-55的樹脂類型為固體樹脂分散液，呈乳液狀，研磨道數(shù)不得超過(guò)2道，否則會(huì)破乳，使研磨的細(xì)度不易達(dá)到指標(biāo)要求。所以選擇環(huán)氧固化劑HTW-208為A組分中的基料，選擇水性環(huán)氧樹脂3520-WY-55作為B組分的基料。顏、填料加在固化劑組分內(nèi)。2.3涂料的制備包

26、括底漆和面漆的配方和制備方法，以及配漆方法。（1）配方：在水性環(huán)氧防腐涂料中，根據(jù)用途和性能要求的不同，分別制備底漆和面漆。底漆的顏色主要是鐵紅色，面漆的顏色可制備各色，現(xiàn)以灰色為例。底漆和面漆皆由A、B兩個(gè)組分組成。（2）制備方法：底漆。A組分：按配方量將HTw-208樹脂、鐵紅、磷酸鋅、填料、助劑和去離子水混合，分散均勻，研磨合格后，過(guò)濾，包裝即為A組分。B組分：按配方量將3520-wY-55樹脂、去離子水混合分散均勻，過(guò)濾，包裝即為B組分。面漆。A組分：按照配方量將HTw-208樹脂、二氧化鈦、炭黑、填料、助劑和去離子水混合，分散均勻，研磨合格后，過(guò)濾，包裝即為A組分。B組分：按照配方量

27、將3520-wY-55樹脂、去離子水混合分散均勻，過(guò)濾，包裝即為B組分（3）配漆比例由于水性環(huán)氧體系的組成和成膜機(jī)理的特殊性，環(huán)氧與胺氫的物質(zhì)的量之比對(duì)涂膜的性能有很大的影響。在配制環(huán)氧涂料時(shí)通常采用環(huán)氧與胺氫為等物質(zhì)的量之比，但在一定范圍內(nèi)改變物質(zhì)的量之比,可改善涂膜的某些性能。通過(guò)綜合考慮，研究中使環(huán)氧樹脂過(guò)量10，欲提高涂膜的耐鹽霧性。以上底漆和面漆的配漆比例均為n(A)：n(B)=1：115。2.4性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1）按照上述基礎(chǔ)配方和制備方法制備樣品和樣板。（2）進(jìn)行試片制備和涂裝，常規(guī)的測(cè)試基材為馬口鐵，鹽水浸泡基材為鋼板，試樣表面都要用砂紙打磨處理，除凈錫層的鐵銹或氧化層，使金屬的

28、表面呈現(xiàn)出均勻的金屬光澤，用無(wú)水乙醇擦拭試樣，當(dāng)處理的表面處于干燥狀態(tài)時(shí)既可涂。可采用手工涂刷的方式進(jìn)行涂刷。涂裝后試樣在80的恒溫干燥箱進(jìn)行固化2h即可。采用石蠟對(duì)用于做涂層浸泡試驗(yàn)的試驗(yàn)周邊進(jìn)行封邊。2.5性能測(cè)試方法常規(guī)性能測(cè)試包括涂層固含量、沖擊性、硬度和附著力的測(cè)試。按照GBT 6739_1996標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試涂膜的鉛筆硬度；按照GBT1731一1993標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試漆膜柔韌性；按照GBT9286_1998標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試漆膜附著力(劃格法)；按照GBT1732一1993標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試漆膜耐沖擊強(qiáng)度；按照GBT1763一1989標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試漆膜耐鹽水性(3氯化鈉)；按照GB/T1763一1989標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)

29、試漆膜耐酸性(3硫酸)；按照GBT1763一1989標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試漆膜耐堿性(3氫氧化鈉)。第三章結(jié)果與討論3.1性能測(cè)試結(jié)果分析水性環(huán)氧防腐涂料的物理測(cè)試性能結(jié)果如下：固含量：底漆45%，面漆40%；附著力：1級(jí)；耐沖擊力：50cm；柔韌性：1mm；硬度：底漆0.6，面漆0.6。由測(cè)試結(jié)果可以看出水性環(huán)氧防腐涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)較傳統(tǒng)的溶劑型涂料已經(jīng)有很大的提高，這是因?yàn)樵谒原h(huán)氧防腐涂料領(lǐng)域，水性環(huán)氧樹脂的不斷發(fā)展拉，水性環(huán)氧固化劑也是隨著水性環(huán)氧樹脂的不斷發(fā)展而同步發(fā)展的，使得水性環(huán)氧防腐涂料性能不斷提高。同時(shí)隨著改性防銹顏料(改性磷酸鋅、硼酸鋅等)的不斷出現(xiàn)，使水性環(huán)氧防腐涂料更加環(huán)保化，性

30、能更加優(yōu)異。3.2影響涂膜性能因素的分析環(huán)氧胺氫當(dāng)量比對(duì)涂膜的綜合性能有很大的影響，但在實(shí)際制備中，一般不會(huì)以正好反應(yīng)完全的配方進(jìn)行涂料的配制，而是根據(jù)涂膜性能的要求而使環(huán)氧過(guò)量或固化劑稍微過(guò)量以改善涂膜的某些性能。本文研究了不同環(huán)氧胺氫當(dāng)量比對(duì)涂膜性能的影響情況，結(jié)果如下表1所示。由表可見(jiàn)，不同的環(huán)氧胺氫當(dāng)量比對(duì)涂膜的干燥時(shí)間、耐化學(xué)品性、附著力等性能有明顯的影響。當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)量比為9時(shí)，涂膜的固化時(shí)間縮短，附著力為1級(jí)，耐酸堿性能及耐水性較差，不能很好的起到防腐的作用。這是因?yàn)?，環(huán)氧過(guò)少，過(guò)量的水性胺固化劑游離在涂膜中，既造成膜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不嚴(yán)密，又容易增加氧氣、水分的滲透率，造成涂膜耐腐蝕

31、性能急劇下降；同時(shí)，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的密度較小，除硬度有所下降，其他涂膜機(jī)械性能都很優(yōu)秀；胺氫過(guò)量、水性固化劑乳化融合環(huán)氧樹脂更為容易，交聯(lián)速度加快，縮短了干燥時(shí)間；同時(shí)，胺固化劑是親水的，胺的過(guò)量將會(huì)影響涂膜的耐水性能19表1 環(huán)氧胺氫當(dāng)量比對(duì)涂膜性能的影響檢測(cè)項(xiàng)目環(huán)氧胺氫當(dāng)量比0.80.91.01.11.2表干時(shí)間h557910實(shí)干時(shí)間h1.01.11.52.02.5附著力（劃格法）1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)2級(jí)耐酸性h24h起泡48 h起泡72 h起泡96 h起泡72 h起泡耐堿性h24 h起泡48 h起泡72 h起泡96 h起泡96 h起泡耐水性h240 h起泡240 h起泡360 h起泡480 h起泡

32、360 h起泡當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)量比為12時(shí)，其耐酸堿性能得到很大的提高，但其附著力有所降低，且干燥時(shí)間增加。這是由于固化劑的量相對(duì)較少，造成固化時(shí)間增加，固化時(shí)間減少后，固化不完全，固化后交聯(lián)致密度低，影響了涂膜的附著力。所以無(wú)論是環(huán)氧過(guò)量還是胺類固化劑過(guò)量，涂膜的性能都比較差。因而只有在一定的范圍內(nèi)改變環(huán)氧與固化劑的配比，才能有利于提高涂膜的性能。當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)量比是11時(shí)，此時(shí)環(huán)氧稍微過(guò)量，涂膜干燥時(shí)間、耐酸堿性及耐水性等綜合性能較好，附著力為l級(jí)；當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)量比是10時(shí)，此時(shí)固化劑與環(huán)氧正好反應(yīng)完全，但是在耐酸堿及耐水性能上不及環(huán)氧胺氫當(dāng)量比為11的試樣。通過(guò)表1，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)氧胺氫當(dāng)

33、量比是11時(shí)，其涂膜綜合性能是最好的。當(dāng)環(huán)氧稍微過(guò)量時(shí)，有利于提高涂料的耐酸堿性、耐水等性能，這是因?yàn)榄h(huán)氧是親油的，而胺固化劑是親水的，因此，減少胺固化劑的用量就提高了整個(gè)體系的親油性。而當(dāng)固化劑稍微過(guò)量時(shí)，涂料的固化速度和交聯(lián)密度將得到一定程度的提高，從而有利于提高涂膜的光澤度、耐磨性、耐溶劑性和耐污染性，附著力也會(huì)有所提高20。因而，本實(shí)驗(yàn)選擇環(huán)氧胺氫當(dāng)量比為11為比較合適，其涂膜綜合性能是最好的。當(dāng)環(huán)氧稍微過(guò)量時(shí)，有利于提高涂料的耐酸堿性、耐水等性能。而當(dāng)固化劑稍微過(guò)量時(shí)，涂料的固化速度和交聯(lián)密度將得到一定程度的提高，從而有利于提高涂膜的光澤度、耐磨性、耐溶劑性和耐污染性，附著力也會(huì)有所

34、提高。3.3顏料體積濃度對(duì)涂膜性能的影響3.3.1PVC對(duì)涂膜耐鹽性的影響顏料在干膜中所占的體積百分?jǐn)?shù)定義為顏料體積濃度PVC。水性環(huán)氧涂料的顏料體積濃度對(duì)涂層的防腐等性能有很大的影響。如果向乳液中加入顏料過(guò)少，顏料粒子不能連續(xù)，顏料難以發(fā)揮其應(yīng)用的作用，導(dǎo)致涂層的耐腐蝕等性能下降，如果向乳液中加入顏料過(guò)多，將導(dǎo)致樹脂不能完全包覆顏料粒子，涂膜的致密性下降，從而影響漆膜的耐久性；此外，水性環(huán)氧涂料的表干時(shí)間隨著PVC的增大而縮短，因?yàn)樗原h(huán)氧涂料的干燥涉及到兩個(gè)過(guò)程，即水分的揮發(fā)及固化反應(yīng)的進(jìn)行。水性環(huán)氧涂料的表干時(shí)間主要決定于固化反應(yīng)的進(jìn)行。PVC增大時(shí)，涂層表面基料所占的比例減少，因而表干

35、時(shí)間縮短但同時(shí)光澤度也降低。顏料體積濃度一般為3238。顏料體積濃度過(guò)高或過(guò)低，涂膜均早期失效21-23表2 PVC對(duì)涂膜耐鹽性的影響PVC%202530354045耐鹽性d7.5172318136由上表知，隨著PVC的值增大，涂膜的耐鹽水性能提高，但到了一定值的時(shí)候，其防銹性能都有一定程度的下降。這是由于隨著顏填料的增加，涂膜的封閉性升高，防腐性能升高；但隨著PVC超過(guò)一定值（臨界PVC）時(shí)，隨著顏料體積的增加，滲透性增加，涂膜中的孔隙增多，會(huì)導(dǎo)致其防腐性能下降。由實(shí)驗(yàn)可知在PVC為30%時(shí)，涂膜的耐鹽性達(dá)到一個(gè)最大值。3.32PVC對(duì)涂層附著力的影響選用兩種水性環(huán)氧樹脂乳液做成膜物，制備出

36、了水性環(huán)氧涂料，將涂料與一定量的固化劑混合后，刷涂于白口鐵片表面，于80鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)固化2h即可。根據(jù)附著力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GBT92861998對(duì)涂膜進(jìn)行測(cè)試，下表為不同PVC對(duì)涂膜附著力的影響情況。表3 PVC對(duì)涂層附著力的影響PVC%202530354050附著力000122從結(jié)果可以看出，PVC30時(shí)，其附著力十分優(yōu)異，為O級(jí)；當(dāng)PVC為35時(shí)，其附著力良好，為l級(jí)；當(dāng)PVC30時(shí)，其附著力降低，為2級(jí)。這是因?yàn)?，PVC較低時(shí)，乳液中的顏料含量較低，導(dǎo)致固化時(shí)交聯(lián)度很高，使涂層致密度提高，因而提高了涂膜的附著力；而當(dāng)PVC逐漸增加到40和50時(shí)，因?yàn)轭伭系暮窟^(guò)高，使得乳液不能很好的包裹顏料，

37、涂膜的致密度下降，導(dǎo)致涂層附著力降低。由此可知，隨著PVC的值增大，涂膜的耐鹽水性能提高，在PVC為30時(shí)，涂膜的耐鹽性達(dá)到一個(gè)最大值。PVC為30的涂膜附著力性能較為優(yōu)異。3.4結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧固化劑以及助劑等各組分的合理選擇，可以制備出性能各異的水性環(huán)氧涂料。水性環(huán)氧涂料的諸多性能優(yōu)勢(shì)決定了其與溶劑型或無(wú)溶劑型環(huán)氧樹脂涂料相比具有更為廣泛的應(yīng)用前景20。參考文獻(xiàn)1 柯偉中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，242曹楚南悄悄進(jìn)行的破壞金屬腐蝕M北京：清華大學(xué)出版社，2000，9-103耿耀宗現(xiàn)代水性涂料M北京：中國(guó)石化出版社，2003，1-24江洪申，寧超峰，陳安仁.水性防腐蝕涂料的研究與發(fā)展概況.腐蝕與保護(hù),2006,9:433-437,4425樓李華.水性環(huán)氧腐蝕涂料J.熱固性樹脂,2006,8:35-386 朱德勇水性自交聯(lián)丙烯酸防腐涂料中國(guó)涂料，2004，12：39-427Frank N J