改性环氧低表面处理底漆

工业用改性环氧低表面处理底漆的研制摘要：合成一种分子结构较大的异氰酸酯组份，作为环氧防腐底漆的固化剂，用以改性环氧底漆，使用漆膜具有聚氨酯的柔韧性和环氧树脂的附着力，配以磷酸盐活性防锈颜料，使该防锈漆具有良好的防锈性能、高度的弹性和柔韧性、优异的附着力，用于低表面处理的钢铁表面，可直接刷涂在旧的漆膜上，对底材处理不彻底的钢铁表面也表现出优异的防腐性能。

关键词：改性环氧，低表面处理，防锈底漆，修补底漆1引言钢铁表面所用的防锈底漆始终是涂料防腐中最为关注的问题之一，而环氧涂料是目前防腐涂料中应用最多的品种之一。

环氧树脂具有优异的粘结性、耐磨性、力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、耐高低温性，以及收缩率低、防腐性能好的特点，在船舶、工业钢结构、桥梁等领域应用广泛，但环氧涂料固化后表面光滑、交联密度高、呈三维结构状、内应力大、表面能高，对下道涂层的复涂提出了严格的要求，必须有涂装间隔限制。

从多异氰酸酯固化环氧树脂作为防腐底漆，目前也有多种方法，用异氰酸酯固化化的环氧树脂漆，高分子量的环氧树脂中的羟基与多异氰酸酯反应可制成常温下甚至低温下的防腐涂料，干燥后的漆膜具有优异的附着力、柔韧性、耐水性和防腐性，可用在钢铁表面的防腐保护。

对异氰酸酯组分，有人把三羟甲基丙烷与TDI反应制成固化剂，再与高分子量的环氧树脂如E-03反应，这样制成的漆膜交联密度大，漆膜性能也很优异，但是这种固化剂本身的分子量比较小，只能与E-03这样的大分子量环氧树脂反应，而与中等分子量的E-20或E-12环氧反应所形成的漆膜就有点较脆。

在环氧防腐漆中，用得最多的就是E-20环氧树脂，E-03因其分子量过大，只能溶解在环己酮等特殊的溶剂中，而且固体含量也较低，不是防腐涂料发展的方向。

在防腐漆使用中，良好的底材处理是保证涂膜发挥良好防腐性能的最重要的要求，但是由于钢结构的复杂化，很多部位难以进行彻底的表面清理，干喷砂的方式又带来了大量的粉尘，污染环境，机械打磨又无法彻底根除锈蚀物，而且效果很慢，所以很需要一种能适应钢结构低表面处理的防腐底漆，这种涂料即使在底材处理不彻底的表面上涂装，也能达到预期的防腐效果，以减轻处理表面的压力，适应工程维修的需要。

在钢结构的表面处理中，一般要求是机械打磨到St3级或喷砂至Sa2.5级，这样的要求是处理后的表面无锈蚀物、氧化铁皮等，要露出钢板的“金属白”色；而低表面处理的概念是机械打磨接近St2级（不用喷砂方法），表面可以有少量的附着牢固的氧化物或旧漆膜，但不得有较厚的氧化皮、锈蚀物或旧漆膜。

低表面处理并不等于不处理，而是少量处理，在满足涂层施工性和防护性能的条件下尽可能降低表面处理工作量，加快施工进度，完成涂料的涂装和防护任务。

本文将聚醚多元醇和三羟甲基丙烷一起，与TDI反应，合成一种柔韧的固化剂，其固含量可高达75%以上，提高了涂料的固含量，降低了挥发份含量，符合涂料向高固体份发展的方向，是一种相对环保型的涂料。

该固化剂再与E-12或E-20反应，形成良好性能的防腐漆膜，环氧树脂中配以磷酸锌、磷酸铝等活性防锈颜料，使该防腐底漆可用在低表面处理的钢铁表面，而且没有覆涂间隔的限制，会成为一种很好的改性环氧低表面处理防腐底漆。

实际上，该底漆在某化工厂的管道表面防腐配套中，已表现了良好的效果。

2试验部分2.1主要原材料双酚A环氧树脂E-20：岳阳化工厂生产，工业化产品；双酚A环氧树脂E-12：岳阳化工厂生产，工业化产品；三羟甲基丙烷：进口品；TDI：进口品；聚醚多元醇：天津石化三厂，分子量=2000，含两个羟基官能度，含水量小于0.5%；多聚磷酸铝：广西南宁化工厂生产；其它颜填料：国产工业化产品。

2.2试验配方固化剂组份：（重量份）环氧树脂组份：2.3色漆体系的制备工艺按照配方，先将环氧树脂与部分溶剂混合溶解成均一的、透明的液体，可使用加热法溶解，这种方法较快，效果很好；也可用高搅法溶解。

之后将各种助剂、颜填料高搅加入，用砂磨或三辊将混合料磨细，细度最好为50微米以下。

2.4固化剂的合成将聚醚多元醇、三羟甲基丙烷加入反应瓶中，适当加热将三羟甲基丙烷溶解，再加TDI 和部分溶剂，将温度保持在80±5℃4小时以上，等游离TDI反应基本完毕后，补加剩余的溶剂，降温出料。

2.5制成漆膜将色漆与固化剂混合，配比以NCO/OH=1.05左右最好，混合后的漆液适用期为2小时，可以0℃到40℃的钢板上施工，也可涂刷在旧的环氧底漆、醇酸防锈底漆、聚氨酯防锈底漆上，该漆膜一般涂刷两道，干膜要求厚100微米以上，再配以面漆，可很好地保护钢材。

2.6漆膜技术指标2.7用该改性环氧底漆与普通环氧防锈底漆涂在低表面处理的底材上效果对比。

钢板涂漆前的状态是经过机械打磨，有少量浮锈和氧化皮，表面处理的结果接近St2级，比St2级效果稍差。

3结果与讨论3.1环氧树脂和溶剂的选择在工业防腐漆中，环氧防腐漆用量最大的是E-20双酚A环氧树脂，它与聚酰胺反应表现出了良好的机械性能和防腐性能，但对于和NCO能反应的羟基而言，环氧分子量越大，其羟其含量越大，与NCO的反应更充分，小分子的环氧如E-44，其羟基含量非常少，常温下不与NCO反应。

所以我们主要选择了E-20环氧（另外还加少量E-12环氧），而不是大分子量的609环氧，也不是小分子的E-44环氧。

溶剂对树脂的溶解性对漆膜的性能也有影响，良溶剂制成的树脂液能使树脂均一地分散在聚合物中。

一般说来，高沸点的溶剂如环己酮相对挥发较慢，对环氧的溶解性比较好。

醇类溶剂能很好地溶解环氧树脂，但醇类溶剂与NCO基团也反应，所以本体系中不能选择醇类溶剂，而是选用了二甲苯和酮类的混合溶剂。

3.2防锈颜料的选择一般防锈漆中，都是加云母氧化铁、氧化铁红等作为主要防锈颜料的，实际上这种防锈颜料的防锈效果并不是太好，主要是靠环氧树脂的封闭作用和云母氧化铁的层状屏蔽作用来实现防腐效果的，而且对底材处理的要求比较苛刻，有时达到Sa2.5级。

本配方中的防锈颜料以多聚磷酸铝为主，再配以云母氧化铁，磷酸铝是一种活性防锈颜料，在水合状态下能形成PO43-，PO43-离子与钢铁轻微反应，使钢铁发生钝化，形成一种组成复杂、致密而又具有牢固附着力的磷化膜，使金属底材表面发生钝化。

而且该防锈颜料还可能与填料中的羟基或某些离子发生反应，形成络合物，这些络合物再与腐蚀产物发生反应，形成附着性良好的保护膜。

本文中云母氧化铁防锈颜料，是一种很好的惰性颜料，价格低廉，呈片状结构，在漆膜中能起到很好的屏蔽作用，可有效地阻止水、油等小分子物质侵入底材。

3.3固化剂的选择对于大多数环氧防锈漆而言，其固化剂一般选择聚酰胺树脂，但为了适应更广泛的施工温度，为了使漆膜具有更柔软的分子结构，本文合成了一种含NCO的固化剂。

异氰酸酸固化剂能赋予环氧漆膜更好的机械性能，而且用该固化剂固化环氧所形成的漆膜没有涂装间隔的要求。

TDI-TMP加成物在市场上也有很多产品，这类加成物分子量太小，固化后的漆膜仍脆，多是三羟甲基丙烷与TDI直接反应的产物，本文没有选择这些产品，是为了使固化剂具有更大的分子量、更长的分子链，与环氧树脂反应后形成的漆膜更具有柔韧性。

本文在固化剂合成过程中引进了聚醚多元醇，目的是增加分子的长度，使分子链具有更好的柔顺性和低粘度性，这样可能适当提高固化剂的固体含量。

这类加成物呈长链结构，有一定的支链，所以再与环氧树脂固化后的漆膜相当较柔软，能够适应钢板的热胀冷缩的形变。

本文选择这种自己合成的固化剂，主要是考虑固化剂中的-NCO基团与环氧树脂中-OH反应，这是该体系中的主反应，即使是低温下（-5℃）也能固化，从而改善了普通环氧漆低温不能固化的特点，所以适用环境更为广泛。

另一方面，-NCO和-OH反应生成的氨基甲酸酯（NH2NCO）如果在处理不彻底的表面上遇到少量水汽，可以分解反应，这种反应非常缓慢，但可以消耗掉少量水汽，同时也保护了钢板不受腐蚀。

3.4多种助剂的选择为了使涂料具有更好的施工性能，涂料中还要加些防沉剂、分散剂、消泡剂和表面流平剂，这类助剂品种非常多，而且技术比较成熟，如德国BYK、台湾德谦公司、荷兰埃夫卡公司等等，他们每一家都有比较齐全的助剂，特别是环氧涂料体系的助剂更加完善。

本文选择的防沉剂是有机陶土和德谦的202P，消泡剂是BYK公司的141，其每个品种的加量是色漆组份的2%以下。

3.5 改性环氧底漆对底材处理的要求通过前表“用该改性环氧底漆与普通环氧防锈底漆涂在低表面处理的底材上效果对比”可以看出，对于同样用于低表面处理的钢铁表面，改性环氧底漆比普通环氧防锈底漆有更好的防护效果，特别是漆膜的柔韧性、抗冲击力以及划X试验的耐盐水性，比普通环氧云铁底漆有更好的技术性能，这就说明，改性环氧底漆有更好的使用环境。

4结语在钢结构防腐过程中，底材处理是一个非常重要且又非常麻烦的工艺，说它非常重要，是因为涂料防腐的失败有60%的原因在于底材处理不合格，说它非常麻烦，是因为钢结构非常复杂，有的太高不易打磨，有的角落太多打磨不到位，所以很需要一种既能防锈良好又能适合方便修补涂装的底漆，本文所试验的产品就是符合这种要求，在某化工厂的管线上已大量应用。

该化工厂原来配套是环氧云铁底漆和丙烯酸面漆，但经过半年后发现，环氧云铁不大适应平面弯曲且又多角的钢结构，由于环氧云铁底漆应力的作用，致使这种云铁底漆过早地产生裂纹，有的成张揭下。

该化工厂的管系钢结构外表面，原来已涂有醇酸、环氧、氯化橡胶等防锈漆，这次钢结构防腐维护工作不可能彻底除锈，环氧云铁底漆容易“咬底”，所以施工环氧云铁不到半年的时间，就出现漆膜脱落情况，又造成了新的腐蚀。

而自从改换成本试验的产品后，经过半年的时间还未出现任何的漆膜脱落或锈蚀现象，施工过程中也未发现“咬底”、附着不良的问题。

所以本试验中的一种异氰酸酯改性环氧防腐底漆是一种很好的防锈底漆，而且要求是低表面处理，所以在船舶、钢结构等部位的涂料的维护保养中具有很好的应用领域。

参考资料1.杨宗志，磷酸锌系无毒防锈颜料的发展，中国涂料，2001（6）：38~40；2. 秦国治，大型钢结构的腐蚀与长效涂层防护，现代涂料与涂装，2000（3）：10~11，2000（4）：15~16；3.刘登良，重防腐涂料及其在工程中的应用，现代涂料与涂装，2000（4）：10~11；4.朱爱萍，聚氨酯防腐蚀涂料，涂料技术，2000（4），36~39；5.《涂料工艺》（第三版），化学工业出版社。

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