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謝亦富 張虎 李國榮 馮俊 郭達晨 劉其海
(廣州秀珀化工股份有限公司，廣東廣州511495)
摘要：以環氧樹脂為基料，以聚酰胺為固化劑，采用復合無毒環保防銹顏料并配以硅鈦防銹增強劑，制備了一種環境友好型無溶劑環氧防腐涂料。討論了顏料質量分數、固化劑種類及用量、活性稀釋劑用量、流變助劑、不同環保防銹顏料組合、硅鈦防銹增強劑對涂料性能的影響。
關鍵詞：無溶劑環氧涂料;防腐涂料;無毒防銹顏料;硅鈦防銹增強劑
中圖分類號：TQ630.7文獻標識碼：A文章編號：1009-1696(2013)01-0009-04
0·引言
近年來，隨著國家對綠色生態技術的重視及人們環保意識的增強，環境友好型高性能防銹防腐涂料已成為防腐涂料技術發展的重要方向和研究熱點。防銹顏料是防銹防腐涂料的基本成分之一。傳統防銹顏料可分為活性類與惰性類。惰性顏料在涂層中充當填料僅起屏蔽作用而不起化學作用，且不受氣候的影響，如氧化鐵紅、鋁粉、石墨等。而活性顏料通過在被保護的金屬表面上形成鈍化膜，或形成金屬皂來阻止腐蝕，如紅丹、鋅鉻黃、氧化鋅、堿性碳酸鉛等[1]。紅丹和鉻酸鹽顏料雖然防銹效果良好但都有毒性。紅丹會使人鉛中毒，并損傷孩童智力;六價鉻鹽致癌，已被歐美各國禁用，而在鏟除該類舊漆皮時，必須用大幅幕布將整個物體包封，收集舊漆皮以免鉛鉻屑落入江水或土壤中[2]。鑒于含鉛、鉻防銹顏料對環境產生嚴重污染并危害人類的健康，采用環境友好型復合防銹顏料替代傳統防銹顏料已成為研制環保型防銹防腐涂料的重要手段。另外，無溶劑化和水性化也已成為環保型防銹防腐涂料的研發方向。
環氧涂料是目前世界上最重要、應用最廣泛的防腐涂料品種之一[3]。其中，無溶劑環氧防腐涂料具有諸多優點，如對多種基材具有極佳的附著力、固化后涂膜的耐腐蝕性和耐化學品性優異、涂膜收縮性好、硬度高等，特別是其無VOC(揮發性有機化合物)排放，不造成環境污染，符合環保要求[4-5]。無溶劑環氧防腐涂料的突出優勢還表現在該混合體系可以室溫固化，固化時間合理，固化劑添加量寬且可調。本文以環氧樹脂為基料、以聚酰胺為固化劑、采用復合無毒環保防銹顏料并配以硅鈦防銹增強劑，制備了一種環境友好型無溶劑環氧防腐涂料。討論了顏料質量分數、固化劑種類及用量、活性稀釋劑用量、流變助劑、不同環保防銹顏料組合、硅鈦防銹增強劑對涂料性能的影響。
1·實驗部分1.1原材料
聚酰胺固化劑：Versamid140、Versamid115、Versamid125，德國科寧;環氧樹脂：EPON-828，殼牌;活性稀釋劑：XY748，安徽恒(新)遠化工有限公司;顏填料：鐵紅、改性三聚磷酸鋁、絹云母、鈦白粉;防銹增強劑;助劑：畢克、海明斯;非活性稀釋劑：NX-2020，卡德萊。
1.2涂料配方
涂料配方見表1。
防銹增強型無溶劑環氧防腐涂料的研制
1.3制備工藝
A組分制備工藝：先將部分環氧樹脂與消泡劑、分散劑混合均勻，然后加入顏填料，經砂磨機研磨至細度合格，制得色漿。在攪拌狀態下，向色漿中加入配方中剩余量的環氧樹脂、閃蝕抑制劑、觸變劑及流平劑，攪勻，過濾。
B組分制備工藝：將配方量的聚酰胺固化劑與非活性稀釋劑攪拌均勻。1.4涂膜性能測試
漆膜硬度測試參照GB/T673;馬口鐵上的附著力測試參照GB/T1720—1979;漆膜柔韌性測試參照GB/T1731—1993;耐沖擊性測試參照GB/T1732—1993;耐鹽水浸泡試驗參照GB/T1763;耐鹽霧試驗參照GB/T1771—2007。
2·結果與討論
2.1顏料用量對涂膜性能的影響
以EPON-828環氧樹脂、XY748活性稀釋劑和環氧固化劑Versamid140為基料，顏填料選用鐵紅、絹云母、防銹增強劑和改性三聚磷酸鋁[6-7]，考察了顏料用量對涂膜性能的影響，結果見表2。
防銹增強型無溶劑環氧防腐涂料的研制
顏填料的加入可影響涂膜固化過程中產生的內應力，內應力又是影響涂層附著力的重要因素。隨著顏填料的加入，平衡了涂膜固化過程中產生的收縮內應力，提高了附著力，改善了漆膜的柔韌性;繼續增加顏填料的用量，導致顏填料不能被樹脂全部包裹，進而使涂料的物理力學性能下降。綜合考慮，選擇顏填料質量分數為30%~40%為宜。
2.2不同環氧固化劑的影響
采用德國科寧Versamid系列固化劑進行試驗。Versamid固化劑是一種二聚體脂肪酸與聚酰胺反應形成的活性聚酰胺樹脂。它可與環氧樹脂反應，在室溫下固化形成具有優良柔韌性和各種抗性的熱固性涂膜。配方中其他因素不變，采用不同的Versamid環氧固化劑，試驗結果見表3。
防銹增強型無溶劑環氧防腐涂料的研制
由表3可見：各種環氧固化劑制得的漆膜都有極好的附著力和物理機械性能，鹽霧試驗的破壞主要表現為起泡。防起泡效果的順序為Versamid140>Versamid115>Versamid125。綜合考慮，選擇Versamid140作為固化劑。
2.3固化劑與環氧樹脂配比對涂料防腐性能的影響
以德國科寧Versamid140為固化劑，改變其與環氧樹脂的當量比進行配漆，對涂膜性能的影響見表4。由表4可見：適當增大固化劑和環氧樹脂的當量比，有助于提高涂膜的固化速度、交聯密度、干燥速度、附著力、耐溶劑性等。但是，聚酰胺固化劑本身具有一定的水溶性，如其用量太多，會影響漆膜的物理化學性能，如漆膜發黏，耐鹽水性、耐鹽霧性下降等。表4結果表明，固化劑與環氧樹脂當量比在(0.9~1.05)∶1為宜。
防銹增強型無溶劑環氧防腐涂料的研制
2.4活性稀釋劑用量對涂料性能的影響
環氧樹脂EPON-828配制色漆的黏度較大，為便于使用必須適當稀釋。如果使用有機溶劑，會增加涂料的有機揮發物含量，降低涂層的致密性;活性稀釋劑是低黏度的含單環氧官能團的長鏈化合物，既能降低環氧樹脂的黏度，與固化劑混合后又可參與交聯反應，同時起到增韌的作用[8-9]。試驗中采用低氣味、低揮發的C12-14烷基縮水甘油醚XY748作為活性稀釋劑，考察其用量對涂料相關性能的影響，結果見表5。
防銹增強型無溶劑環氧防腐涂料的研制
由表5可見：隨著活性稀釋劑用量的增加，A組分的黏度下降，膠凝時間延長，硬度降低。活性稀釋劑XY748為單官能度化合物，其用量增加會降低固化交聯密度，但其用量適宜則既可降低黏度、提高漆膜柔韌性，又可保證漆膜有較高的硬度。綜合考慮，XY748的用量以5%~15%(質量分數)為宜。
2.5流變助劑對涂料性能的影響
流變助劑主要影響涂料貯存的抗沉降性和施工過程的抗流掛性。由于防腐工程施工作業面大多是立面，且環氧防腐涂料的單道干膜厚度為40~60μm，這就要求涂料必須有良好的抗流掛性，因此，我們對用于配方的流變助劑進行了篩選，結果見表6。
由表6可見：在環氧涂料體系中，膨潤土的防沉降性和抗流掛性優異，對涂料狀態和固化無不良影響，適合噴涂施工;BYK-410開罐狀態好，適合刷涂。
2.6復合防銹顏料對涂料防腐性能的影響
防銹顏料可分為物理性防銹顏料和化學性防銹顏料。單獨靠一種惰性防銹顏料不能滿足要求，必須采用活性防銹顏料復配使用。試驗中采用的防銹增強劑是一種經特殊處理的硅鈦復合物，復配添加可進一步提高涂膜的防銹能力。一方面，該防銹顏料中的微細活性成分能與空氣中的水汽介質發生化學反應，形成一種不溶物，將漆膜中的毛細孔、微裂紋進行堵塞和封閉，阻隔了水分等有害物質對底材的侵蝕;另一方面，該防銹顏料可中和游離酸，大氣中二氧化碳進入漆膜時，阻止了鐵表面堿式碳酸鹽的生成，并能與鐵底材表面形成鈍化膜而使底材受到保護。試驗考察了不同復合防銹顏料對涂膜防腐性能的影響，結果見表7。
由表7可見：相比而言，鐵紅、改性三聚磷酸鋁、防銹增強劑配合時防腐性能最好，三者具有協同防銹增效作用。
3·結語
(1)通過配方優化，采用無毒復合防銹顏料和低氣味、低揮發活性稀釋劑，研制了一種環境友好型環氧防銹防腐涂料，測試結果表明：該涂料防腐性能優良。
(2)采用硅鈦復合物防銹增強劑，進一步增強了涂料的防銹性能。
參考文獻
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