无溶剂环氧涂料的性能与应用

无溶剂环氧涂料的性能与应用

摘要：本文主要介绍了无溶剂环氧涂料的环保节能、防腐能力高等特性和它在船舶和石油中的应用，并对其合成与制备做了简单叙述。

关键词：无溶剂环氧涂料环保特性应用合成与制备

引言：

环氧树脂类涂料具有防腐能力强，附着力强、硬度高、耐磨、耐盐雾、耐酸碱、光泽高、固含量高、丰满度高等优点。因此,广泛用作工业重防腐漆、防锈底漆、地坪漆、油罐漆、饮用水箱漆等。但传统的溶剂型涂料约含50%的有机溶剂,在涂料的制造、施工、干燥、固化成膜过程中,向大气中散发出大量的VOC,对人类的生态环境构成极为严重的污染和威胁"，且经济效益低。而无溶剂环氧涂料无挥发型有机溶剂，无毒，环保，采用低相对分子质量的环氧树脂、活性稀释剂为基料【1】。使用时与固化剂均匀混合,在室温或升温烘烤下固化成膜,它不仅具有溶剂型环氧涂料的优异性能,而且一次成膜厚度可达100pm以上，防腐能力强。

1无溶剂环氧涂料简介与特性

1.1无溶剂环氧涂料简介

无溶剂涂料，又可称活性溶剂涂料，指溶剂最终成为涂膜组分，在固化成膜过程中不向大气中排放VOC。而无溶剂环氧及改性涂料是一种新型的高性能涂料，目前国外很多著名的涂料公司均有生产。如IP的Intergoord144、Interline154系列，Sigma 的mag-uardCSF7443、7475等【2】。它主要包括有：无溶剂环氧地坪涂料、丙烯酸酯改性环氧树脂、多官能团环氧树脂【3】。

1.2. 无溶剂环氧涂料的特性

无溶剂环氧涂料与溶剂型环氧涂料产品的最大区别在于涂料制造及施工应用过程中不需采用挥发性有机溶剂作为分散介质，低粘度的胺固化剂、液态的环氧树脂经交联反应固化而形成的涂层具有非同一般的特性。

1.2.1施工安全和环保节能

由于普通溶剂型环氧漆含有超过30%以上的可挥发性有机溶剂，即使是高固体分

的环氧漆，挥发性有机物含量（VOC）也在10%以上。这些有机溶剂在涂装和干燥过程中挥发，与空气混合可形成爆炸性混合气体。在一些密闭场所（如储罐内壁等）进行涂装施工作业时，必须进行强制大量通风，安全管理部门需定期测量施工过程中罐内的氧气含量和可燃气体浓度，氧含量在18%以上，可燃气体浓度低于爆炸下限10%方可进行涂装作业，这样方能避免类似独山子储油罐爆炸事件的发生。漆中因无溶剂挥发，可消除涂层针孔，提高抗渗透性和耐腐蚀性能，消除中毒和火灾的危险，还可减少通风设备，避免溶剂挥发造成的资源浪费，减少对环境的污染。

无溶剂环氧涂料最突出的优点在于能够减少有机溶剂挥发对空气的污染。当前世界各国对环保的要求越来越高，尤其是一些发达国家，对涂料中的挥发性有机化合物的含量（VOC）均进行限制，对VOC的排放也予以限制。我国作为一个发展中国家，为了赶超世界先进水平，走可持续发展的道路，避免走先污染后治理的弯路，越来越重视环境保护。因此严格限制涂料中的VOC，以至最大程度地减少对环境的破坏，达到零排放将是今后的方向。在重防腐涂料中，无溶剂化、水性化都将是未来的发展方向，而无溶剂环氧涂料在当前条件下更具实用性。

1.2.2 优异的物理机械性能

由于环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面金属原子反应形成极为牢固的化学键，这保证了涂层与基材的优异附着力，特别值得一提的是无溶剂环氧防腐涂层具有极佳的湿附着力，从而保证了涂层在液态介质腐蚀环境下优异的耐久性。无溶剂环氧涂料在交联固化后能够形成类似瓷釉一样的光洁涂层，由于交联密度高和分子链中的苯环结构，使涂层坚硬且柔韧性好、耐磨性优、抗划伤性好、耐撞击性优。无溶剂环氧涂料在反应固化过程中收缩率极低，具有一次性成膜较厚、边缘覆盖性好、内应力较小，不易产生裂纹等特点。

1.2.3 优异的耐化学品性

高度交联的无溶剂环氧防腐涂层具有优异的耐化学品性，能耐海水、中度的酸、碱、盐、各种油品、脂肪烃等化学品的长期浸泡。

1.2.4 优异的防腐性能

无溶剂环氧涂料由于不含挥发性有机溶剂，在干燥成膜过程中不会形成因溶剂挥发留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性极佳，能有效抵挡水、氧等腐蚀性介质透过涂层而腐蚀钢材。

1.2.5 经济性

目前无溶剂环氧涂料的单价虽然略高于溶剂型环氧涂料，但无溶剂环氧涂料的固体分近100%，在达到相同涂膜厚度的情况下，所需的涂料量比采用溶剂型环氧涂料要少；可制成厚浆型防腐涂料，涂刷厚度可达100~700μm，涂层结合强度高，收缩率小【4】。另外，由于无溶剂环氧涂料一道可达高膜厚，可减少施工道数，从而降低涂装施工费用，且固化时不需要空气存在，甚至有些特殊改性的涂料可在水下固化。大阪涂料公司典型的无溶剂环氧防腐涂层的主要性能指标见表1【5】

表1 无溶剂环氧防腐涂层的性能指标

2.无溶剂环氧防腐涂料的制备

2.1 实验原料

环氧树脂WSR618，环氧值0.51，蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂；固化剂D-230，胺值60，美国亨斯迈公司；锌粉，北京益利精细化学品有限公司；云母氧化铁325 目，安徽铜陵坤大矿业发展有限公司；磷酸锌，天津市光复精细化工研究所；流平剂BYK-330，BYK-Chemie GmbH。

2.2 实验方法

以环氧树脂为基体树脂，取100 份，固化剂、锌粉、磷酸锌、云母氧化铁质量份数如表2 所示，BYK-330流平助剂用量为涂料总质量的0.1%～0.5%。采用正交实验L16（45）确定优化涂料配比。

表2 无溶剂环剂环氧防腐涂料配方

按表1 各组分比例分别称取，在搅拌器高速搅拌30 分钟后加入流平剂再高速搅拌30 分钟，制备无溶剂涂料。将涂料涂涮在马口铁片上，放入烘箱中80℃固化150 min。涂料固化后放置一周，然后用20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和3.5%NaCl 溶液浸泡，分析涂料的优化配方。用电化学阻抗谱研究优化配方涂料的防腐性能。将涂刷在马口铁上的固化后试样分别用20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和 3.5%NaCl 溶液在室温下测试浸泡不同时间的电化学性能。电解池采用 3 电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。工作电极有效面积是12.5 cm2，测量频率范围为0.01×105～1.00×105Hz，测量信号为幅值10 mV 的正弦波。

2.3配方的确定

根据所确定的技术路线和各组分的理论用量、经验用量，经过多次的配方试验确定了基本配方：涂料防腐性能较好组份的优化配比就是涂料耐酸性能较好的优化配比，即锌粉70 份，云母氧化铁100 份，磷酸锌50 份，固化剂30.78 份【6】。2.3制备工艺

按上面最佳方案比例称取所需各种原材料的用量，于调漆罐中高速搅拌均匀后，于三辊机上研磨至细度合格，搅拌、过滤、包装即可。其工艺流程如图1所示【7】。