掌婷婷，朱结东（上海华谊精细化工有限公司，上海 200062）
摘要：采用水性环氧乳液STW602和水性胺类固化剂作为成膜物质，制备水性双组分环氧底漆。探讨水性胺类固化剂种类，环氧与活泼氢的计量比例，颜基比对最终涂层性能的影响。
关键词：双组分；水性环氧乳液；水性胺类固化剂；水性环氧漆；
中图分类号：TQ637 文献标志码：A 文章编号：
1 引言
随着人们环保意识的增强及各行各业环保政策的出台，工业漆水性化已成为工业防腐研究的一个重要发展方向。在工程机械，轨道交通，钢结构等领域内[1]，水性化程度越来越高。在工业涂料金属基材表面防护中，水性环氧底漆[2-3]因其优异的防腐性及机械性能，备受欢迎[4]。
水性双组分环氧底漆[5]是以水作为分散介质，以环氧乳液[6]与胺类环氧固化剂[7]为成膜物质，在固化过程中形成三维立体网状结构，表现出优异的附着力，耐水，耐腐蚀性能。然而水性环氧底漆要具有优异的防腐性能，需要做好配方设计。本文选用的STW602环氧乳液是通过相反转工艺制备，乳液粒径小，且分布窄，形成的漆膜均匀性好，成膜性佳。故本文以STW602环氧乳液为成膜物质，探究固化剂种类，环氧/胺的比例，颜基比对水性环氧底漆性能影响。
2试验部分
2.1 主要原料
主要原料：STW602环氧乳液，华谊精化；水性环氧固化剂1#为乳液型脂肪胺类固化剂；水性环氧固化剂2#为脂肪胺加成物固化剂，水性环氧固化剂3#为增韧改性胺固化剂，均为自制；助溶剂，分散剂，消泡剂，钛白粉，氧化铁黑，磷酸锌，重晶石粉，超细滑石粉，基材润湿剂，增稠剂，去离子水等均市售。
2.2 涂料参考配方
水性环氧底漆的参考配方见表1。
表1 水性环氧底漆的参考配方
2.3 水性环氧底漆制备工艺
1） A组分制备
将环氧乳液，去离子水，助溶剂，分散剂，消泡剂加入到带冷却水夹套的研磨缸中，在搅拌状态下，加入钛白粉，氧化铁黑，磷酸锌，重晶石粉，超细滑石粉颜填料，研磨分散，待细度小于30微米后，加基材润湿剂，增稠剂，充分搅拌1h，过滤出料。
2） B组分制备
固化剂用去离子水兑稀，搅拌均匀，备用。
乳液型固化剂直接使用。
2.4 性能测试
（1）样板制备
将A，B组分按一定比例混合，搅拌均匀，然后喷涂。
机械性能测试样板：采用马口铁，先用砂纸打磨，再用乙醇擦拭干净。
耐盐雾性测试样板：采用冷轧板，先用乙醇除去表面的油，然后砂纸打磨，再用乙醇擦拭干净。喷涂后的样板在(23±2)℃,( 50±5)%湿度的恒温室养护7天。
（2）检测项目与检测方法
检测项目与检测方法见表2。
表2 涂层检测项目与检测方法
检测项目 |
检测方法 |
样板 |
划格附着力，1mm |
GB/T 1720—1979（1989） |
膜厚（20±3）μm |
柔韧性 |
GB/T 1731—1993 |
膜厚（20±3）μm |
耐冲击性 |
GB/T 1732—1993 |
膜厚（20±3）μm |
耐盐雾性 |
GB/T 1771—2007 |
膜厚（60±5）μm |
3 结果与讨论
3.1 水性胺类固化剂的选择
固化剂对漆膜的性能影响很大。
水性胺类固化剂[7]可分为乳液型和水溶性。乳液型固化剂分子量大，表干速度快，但相互接触渗透较困难；而水溶性的固化剂分散均匀，与环氧乳液粒子渗透型好，反应比较充分，但分子亲水性较强。本文自制三种固化剂进行对比，它们分别是：1#乳液型脂肪胺类固化剂；2#水溶性脂肪胺加成物固化剂；3#水溶性增韧改性胺固化剂；
在实验过程中对这三种固化剂的主要性能进行了对比，结果见表3。在表中可以看出，1#号乳液型的固化剂表干速度明显快于2#号和3#，10min即可表干；划格附着力，正冲等性能三者相当；但仅有3#固化剂能通过反面冲击50cm，未出现开裂剥落，表明其涂层的韧性要好于1#和2#；3#固化剂的耐盐雾性能表现也最佳，400h后单边扩蚀（剥离）为2mm。分析原因，是3#固化剂经过增韧改性，与纯的通用环氧乳液STW602交联后的漆膜柔韧性比较好，能有效释放因水和溶剂挥发漆膜收缩产生的应力，从而具有更高的附着力和更强的抗剥离强度，同时能有效阻隔水和氧气的渗透，涂层的耐盐雾性能较好。这三种固化剂在实际的应用中，各具优势。1#乳液型脂肪胺类固化剂因其快干特点，可以应用在“湿碰湿”工艺中，覆上的面漆具有较好的外观。2#水溶性脂肪胺加成物固化剂可以满足一般工业的防腐要求。3#水溶性增韧改性胺固化剂因其优异的防腐性能，可以应用在有C4要求的桥梁钢结构中。
表3不同固化剂对涂层性能的影响
测试项目 |
1# |
2# |
3# |
表干（轻触无指痕），min |
10 |
16 |
30 |
划格，1mm |
通过 |
通过 |
通过 |
弯曲，1mm |
通过 |
通过 |
通过 |
正冲，50cm |
通过 |
通过 |
通过 |
反冲，50cm |
开裂，剥落 |
开裂，剥落 |
通过 |
耐水性，7d |
无异常 |
无异常 |
无异常 |
划线耐盐雾，400h |
剥离2.7mm |
剥离2mm |
剥离1mm |
3.2 环氧与活泼氢的计量比例
在双组分的水性环氧底漆中，环氧与活泼氢的计量比例对耐盐雾性能有着较大的影响。胺若过量，则未参与反应的过量胺会迁移至漆膜表面，影响耐水和耐盐雾性能。所以配方中一般会设计为环氧适当过量，尤其是水性体系中，环氧乳液呈粒子形态，与胺的相互反应程度比油性更差，所以通常会环氧过量。但环氧过量太多，涂层致密性下降，反而降低最终涂层的各种抗性。实验结果如表4。当环氧/胺的计量比为1：1时，发现涂层耐盐雾性能不是最高的。提高环氧与活泼氢的计量比为1.2时，发现耐盐雾会有明显提高。再提高计量比为1.4时，耐盐雾性能稍有所下降，但也能满足要求。固化剂量适当的下降，使得环氧基团过量，可尽量将亲水性的胺反应完全，在漆膜中残留的较少，亲水性降低，抗水渗透性和耐盐雾性会相应提高。同时更多的环氧可以保证与基材有更好的键合，提高附着力。
表4环氧与活泼氢的计量比对涂层耐盐雾性能的影响
环氧/活泼氢计量比 |
1：1 |
1.2：1 |
1.4：1 |
耐水性，7d |
无异常 |
无异常 |
无异常 |
划线耐盐雾，500h |
剥离2.8mm |
剥离1.8mm |
剥离2mm |
3.3 颜基比
本文以STW602环氧乳液和3#水溶性增韧改性胺固化剂为成膜物质，颜填料选钛白粉，氧化铁黑，磷酸锌防锈颜料，硫酸钡，超细滑石粉，研究颜基比对耐盐雾性能影响。试验结果见表5。从表中可以看出，当颜基比从1.5提高到2时，剥离宽度下降，耐盐雾性能有所提高，这是因为，颜基比控制在CPVC范围内时，干膜中基体树脂占比减少，漆膜整体的疏水性会增加，同时颜料起到了很好的屏蔽，涂层机械性能和耐盐雾性能会有所提高。
表5 颜基比对耐盐雾性能的影响
颜基比 |
1.5：1 |
1.75：1 |
2：1 |
耐水性，7d |
无异常 |
无异常 |
无异常 |
划线耐盐雾，700h |
剥离3.9mm |
剥离3.2mm |
剥离2mm |
4 结论
（1）针对水性固化剂的选择，通过研究发现，1#乳液型脂肪胺类固化剂因其快干特点，可以应用在“湿碰湿”工艺中，覆上的面漆具有较好的外观。2#水溶性脂肪胺加成物固化剂可以满足一般工业的防腐要求。3#水溶性增韧改性胺固化剂因其优异的防腐性能，可以应用在有C4要求的桥梁钢结构中。
（2）采用水性环氧乳液STW602和水性胺类固化剂作为成膜物质，制备双组分水性环氧底漆。结果表明，选用水溶性增韧改性的脂肪胺类固化剂、环氧/活泼氢为1.2，，颜基比为2，最终漆膜的耐盐雾性能最佳，优化配方的涂层划线耐盐雾性能可达到500h以上，能满足工程机械、轨道交通等行业的防腐要求。
参考文献
1 戴惠新，赵世红，郑云昊，等.水性环氧底漆在城轨车辆上应用的难点[J].中国涂料, 2014，29（1）：53-55.
2 闫世友，郝斌，张杰强，等.新型水性环氧防腐涂料的制备与性能研究[J].化学工程与装备, 2014（9）：1-4.
3 刘成楼.高性能水性环氧防腐底漆的研制[J].上海涂料，,2014,52(2):20-23.
4 虞兆年.涂料工艺[M].北京：化学工业出版社，1997：258-302.
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6 白康.水性环氧乳化剂的合成及乳液性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2015.
7 段穎，伍青春，庄一鸣，等.新型非离子型水性环氧固化剂的制备[J].涂料工业, 2012，42（1）：32-35.
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