水性环氧防腐涂料的研制

水性环氧防腐涂料的研制

周立新1，杨卓如2

（1..湖北大学化学化工学院，湖北武汉 430062；2.华南理工大学化工与能源学院，广东广州 510641）

摘 要：以自制的环氧树脂乳状液为漆基、磷酸锌作为活性防

锈颜料合成了水性环氧防腐涂料。研究了涂料中颜基比、固化

剂与环氧树脂的当量比等对涂膜性能的影响。结果表明，颜基

比小于1，固化剂CEN-537与环氧树脂E-44的当量比为1或

稍大于1时，所得涂膜的各项性能指标可达到较好的平衡；涂

料的防绣性能与以硅铬酸铅为防绣颜料的传统涂料相当。新研

制的水性环氧防腐涂料性能达到了国外同类产品的水平。

关键词：水性环氧防腐涂料；防绣颜料；研制；性能；磷酸锌

中图分类号：TQ630.7 文献标识码：A

文章编号：1004 – 227X (2007) 04 – 0028 – 04

Preparation of waterborne epoxy anticorrosive coatings∥ZHOU Li-xin, YANG Zhuo-ru Abstract: Waterborne anticorrosive coatings was prepared with home-made waterborne epoxy resin emulsion as varnish base and zinc phosphate as antirust pigment. The influence of pigment to varnish base ratio and the ratio of epoxy resin to curing agent on film’s performance were studied. Results show that coating’s film has a preferable comprehensive performance when the mass ratio of epoxy resin to pigment and filler is less than one, and the equivalent ratio of curing agent to epoxy resin is equal to or slightly greater than one. The antirust capacity of the coatings is equivalent to the traditional coatings with silicon lead chromate as antirust pigment. The newly prepared waterborne epoxy anticorrosive coatings’ properties are up to the level of the same products made abroad. Keywords: waterborne epoxy anticorrosive coatings; antirust pigment; preparation; performance; zinc phosphate First-author’s address: College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei University, Wuhan 430062, China

1 前言

涂料挥发性有机物（VOC）对大气的污染是仅次于车辆尾气污染的第二大污染源，随着社会环保意识的增强以及环保法规的日益严格，非溶剂型环保涂料尤其是水性涂料得到了快速发展[1]。水性涂料的配方相对比较复杂，通常包含多种助剂，而这些助剂常常影响到涂膜的性能[2-3]，尤其是耐水性与耐化学品性能，水性涂料的成膜过程也与溶剂型涂料不同，非均相的乳胶成膜是其主要的成膜方式，这些因素往往会影响到涂膜的物理化学性能。而防腐涂料对涂膜的附着力、耐水、耐化学品等性能要求通常较高，因此水性防腐涂料的技术难度较大，其发展相对于其他水性涂料品种而言比较缓慢[4]。水性环氧涂料由于具有良好的耐水、耐化学品性，尤其具有优异的附着力，从而成为国外发展最快的水性防腐涂料，也是当前最主要的水性防腐涂料产品。本实验利用自制的环氧树脂乳液研制了水性环氧防腐涂料配方，并得到了性能良好的防腐涂料产品。

2 实验部分

2. 1 主要实验材料

环氧树脂乳液WEP-1、WEP-2是环氧树脂E-44、E-20的乳状液产品，固含量为50%，由自制的专用乳化剂乳化制得[5]；EPI-REZ Resin 3520-WY-55为Shell 公司产品，固含量为55%，环氧当量（以固含量计）为485 ~ 555，与WEP-2（其环氧当量为450.5 ~ 500）相当；固化剂CEN-537，水性聚酰胺，固含量60%，胺氢当量174，Shell公司产品；颜填料磷酸锌、硫酸钡、氧化锌、硅铬酸铅、氧化铁红、滑石粉皆为国产工业级；消泡剂BYK-034、BYK-1615与润湿分散剂Disperbyk-191为德国BYK-Chemie公司产品，润湿分散剂DP-518为台湾德谦公司产品，pH值调节剂AMP-95为美国ANGUS公司产品，增稠剂HX-5500为广州番禺华夏助剂公司产品。

收稿日期：2006–10–20 修回日期：2006–11–27

作者简介：周立新（1967–），女，博士，副教授，主要从事涂料的研究与开发。

作者联系方式：(Email) zhoulixin987@。

2. 2 实验方法

2. 2. 1 水性环氧防腐涂料的制备

将颜填料、助剂、乳液按照以下配方预混合、研磨分散、调漆等工艺步骤[6]

制备涂料产品。

水

80 ~ 100 g

HX-5500 适量 BYK-034 适量 BYK-1615 DP-518 适量 磷酸三丁酯

适量 DP-518 适量 Disperbyk-191 适量

AMP-95 适量

焦磷酸钾 适量

氧化锌 20 ~ 25 g 氧化铁红 40 ~ 50 g 磷酸锌 10 ~ 15 g 滑石粉 30 ~ 40 g 硫酸钡

30 ~ 30 g WEP-1 按颜基比添加 WEP-2

按颜基比添加 EPI-REZ Resin 3520-WY-55 按颜基比添加

2. 2. 2

涂膜的制备

按GB/T1727-1992方法，以马口铁片为底材，刷涂或刮涂。

2. 2. 3 涂料与涂膜性能测试

(1) 冻融稳定性：将涂料密封后于–18 °C 下保存

16 h ，然后取出置于23 °C 恒温8 h ，此为一周期。观察涂料是否发生反粗、沉淀、胶凝、结块等现象。如无以上现象发生，则为此周期通过。

(2) 涂料细度：按GB1724-79方法。

(3) 漆膜光泽：60 °光泽，KGZ-IB 型光泽度仪，

天津科器高新技术公司制造。

(4) 涂膜硬度：铅笔硬度，按GB/T6739-1996

方法。

(5) 涂膜抗冲击性：按GB/T1732-1993方法。

(6) 涂膜附着力：漆膜划格实验，按

GB/T9286-1998方法。

(7) 涂膜抗弯曲性能：按GB6742-86方法。

(8) 涂膜防锈性能：用耐水性与耐盐水性表示，

参照GB/T1733-93方法，用清水和3%的NaCl 溶液浸

泡漆板，观察漆膜的变化情况。

(9) 漆膜耐化学品性能：用10%的HCl 和10%的NaOH 溶液浸泡漆板，观察漆膜的变化情况。

3 结果与讨论

3. 1 颜基比对涂膜光泽度的影响

颜基比在涂料配方研制中是确定漆基与颜填料比例的具有实际意义的指标。以WEP-1、WEP-2为漆基，

CEN-537为固化剂，在不同的颜基比下涂膜的光泽度变化如图1所示。

光泽度 (60º)

颜基比

图1 颜基比对涂膜光泽度的影响

Figure 1 Effect of the weight ratio of epoxy resin and pigment

and filler on gloss of film

从图1可知，在颜基比较小时，水性环氧防腐涂料形成的涂膜其光泽度很高，当颜基比小于0.5时，光泽度可达到近80%，涂膜非常光亮；随着颜基比的增加，涂膜的光泽度急剧下降，光泽度变化的拐点对应的颜基比在1左右；在颜基比大于1时，涂膜的光泽度很低，此时漆基不能完全包覆颜填料颗粒表面，颜填料颗粒之间存在空隙，导致涂膜的致密性与平整度降低，光的反射作用减弱，涂膜表面的光泽度下降。由于对防腐涂料涂膜的抗渗性要求较高，根据图1光泽度–颜基比曲线，颜基比应在1以下，本实验涂料配方颜基比确定为0.7。

3. 2 固化剂与环氧树脂当量比对涂膜性能的影响

以CEN-537为固化剂，与环氧树脂乳液WEP-1

按不同的当量比混合，涂膜的物化性能如表1所示。

从表1可以看出，固化剂与环氧树脂之间的当量比对

涂膜的物理化学性能有很大影响。固化剂作为一种反

应性组分，固化后成为涂膜高分子结构中的一部分，

它的化学组成与加入量直接影响到涂膜的固化成膜过

程与涂膜的交联结构，最终会影响到涂膜的性能。对

于不同的固化剂-环氧树脂体系由于其分子量、分子结

构不同，各有其适宜的当量比。环氧树脂E-44的环氧

当量约为227，固化剂CEN-537为水性聚酰胺，其活