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引 言

 

雙組分水性環(huán)氧涂料廣泛運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)，如軌道交通、鋼結(jié)構(gòu)和工程機(jī)械等。隨著新的環(huán)保法規(guī)的實(shí)施，新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布，國(guó)家對(duì)涂裝企業(yè)的VOC控制越來(lái)越嚴(yán)格，這些新法規(guī)迫使原來(lái)的涂裝企業(yè)進(jìn)行油改水的生產(chǎn)線改造。如山東五征集團(tuán)農(nóng)用車部分完成生產(chǎn)線的水性化改造，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。工程機(jī)械生產(chǎn)制造商三一重工不斷嘗試新型水性漆涂裝線代替原有的油性涂裝線，多家水性涂料制造商進(jìn)入了三一重工集團(tuán)的使用產(chǎn)品名錄。

 

油改水的過(guò)程中一方面生產(chǎn)線的改造要適應(yīng)新的工藝要求，另一方面也對(duì)水性涂料提出了更高的要求。使用雙組分水性環(huán)氧涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油性涂料后，漆膜的性能不能有大幅度的下降，比如耐水、耐鹽霧、耐化學(xué)品性能等?，F(xiàn)有的水性雙組分環(huán)氧涂料多少存在某項(xiàng)性能缺失，如耐水性能與耐鹽霧性能無(wú)法兼得、適用期過(guò)短影響施工、耐化學(xué)品性能特別是耐酸性能較差等。部分水性環(huán)氧涂料使用含鉻類防銹顏填料，雖然此類原料能迅速在工件表面形成鈍化膜，防銹能力好，且用量少，但是由于其對(duì)生物的毒害性，新的環(huán)保法規(guī)對(duì)含鉻類顏料做出了更加嚴(yán)格的限制，迫使涂料技術(shù)人員在涂料配方設(shè)計(jì)中采用新型改性磷酸鹽類防銹顏填料。

 

針對(duì)以上這些問(wèn)題，迫切需要設(shè)計(jì)一種綜合性能較優(yōu)秀的雙組分環(huán)氧涂料。通過(guò)對(duì)比不同的水性環(huán)氧乳液和水性胺固化劑發(fā)現(xiàn)，乳液對(duì)于漆膜的影響相對(duì)較小。這是由于水性環(huán)氧乳液中絕大部分是環(huán)氧樹脂，區(qū)別是乳化劑的不同。而水性胺固化劑對(duì)漆膜性能的影響較大。這是因?yàn)?，不同廠家研發(fā)的胺類固化劑的側(cè)重點(diǎn)不同, 生產(chǎn)配方和工藝相差大。本研究通過(guò)對(duì)比多種水性雙酚A型環(huán)氧乳液和水性胺固化劑，篩選出了一種綜合性能優(yōu)秀的乳液和固化劑組合。并通過(guò)調(diào)整分散劑的使用量、環(huán)保型顏填料的使用量得到了一種綜合性能優(yōu)良的水性環(huán)氧雙組分涂料。

 

1、實(shí)驗(yàn)

 

水性色漿與涂料制備

 

將去離子水、分散劑、消泡劑、防閃銹劑依次加入研磨桶中，攪拌均勻，依次加入炭黑、鈦白粉、滑石粉、沉淀硫酸鋇，高速分散機(jī)分散均勻，隨后研磨，研磨至細(xì)度≤30µm。隨后加入水性環(huán)氧乳液和基材潤(rùn)濕劑攪拌均勻，采用300目濾網(wǎng)過(guò)濾，得到水性環(huán)氧涂料A組分。將水性胺固化劑加入A組分中并加入一定的水分散均勻，調(diào)整黏度至45~55s（涂4杯）。

 

漆膜的制備

 

冷軋鋼板（145 mm×60mm）除油，300目砂紙打磨后采用工業(yè)酒精擦拭干凈。隨后采用空氣噴涂的方式均勻噴涂到鋼板上，80℃烘烤30min，漆膜厚度控制在50~60µm。

 

2、結(jié)果與討論

 

2.1 乳液的選型

 

本研究所采用的乳液均為雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液，按照乳液的供應(yīng)形式其環(huán)氧當(dāng)量均為900~1100，此類環(huán)氧樹脂的應(yīng)用較為廣泛。采用亨斯曼的Aradur 38-1作為固化劑，以耐水性、耐中性鹽霧性作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)篩選乳液。結(jié)果如表1所示。耐40℃熱水浸泡時(shí)均可達(dá)到6d，耐沸水性能均可超過(guò)1h，耐中性鹽霧性能均超過(guò)500h。采用同一固化劑時(shí)，不同乳液漆膜的性能相差較小。

 

這是因?yàn)樗原h(huán)氧乳液是由環(huán)氧樹脂中加入乳化劑后在高速分散制成，乳液中含有少量的乳化劑和大部分的環(huán)氧樹脂。各個(gè)生產(chǎn)廠家的乳化劑不同，環(huán)氧樹脂用量大致相同，使得乳液對(duì)于水性環(huán)氧涂料的影響較小。CTW-6062乳液具有較高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，后續(xù)的試驗(yàn)均采用CTW-6062乳液。

 

表1 不同乳液搭配Aradur 38-1固化劑性能

 

2.2水性環(huán)氧固化劑的選型

 

選定乳液之后進(jìn)行固化劑的比較。耐化學(xué)品性結(jié)果如圖1所示，縱坐標(biāo)軸為天數(shù)，可見(jiàn)水性胺固化劑均有不錯(cuò)的耐堿性，但是耐酸性能差距較大。3986耐酸堿性能均優(yōu)。耐水性能如圖2所示，圖中對(duì)比了40℃溫水和100℃沸水兩種情況下的耐水性能。發(fā)現(xiàn)3986和3EC150 Y的耐水性能較好，且耐溫水的性能和耐沸水的性能趨勢(shì)保持一致。

 

耐中性鹽霧性能如圖3所示，鹽霧性能以6062和3986較優(yōu)。適用期試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，經(jīng)過(guò)模擬高溫存儲(chǔ)后，3986的保光率可以達(dá)到40%。由以上實(shí)驗(yàn)分析可知，不同廠家的水性胺固化劑對(duì)水性環(huán)氧漆膜的影響較大，這是由于不同廠家配方和工藝相差較大，固化劑性能的側(cè)重點(diǎn)有所不同所致。

 

38-1固化劑側(cè)重低的活潑氫當(dāng)量，以降低固化劑用量，達(dá)到節(jié)約成本的目的；TOD 3EC-150Y側(cè)重耐水性能，其耐40℃熱水可達(dá)9d；CTW-6062固化劑側(cè)重漆膜的耐腐蝕性能。各個(gè)固化劑都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但是性能不夠全面。而采用Aradur 3986固化劑時(shí)其耐水性、耐鹽霧性能、耐化學(xué)品性和適用期都較好，漆膜性能均衡沒(méi)有短板。選取Aradur 3986作為固化劑。

 

圖1 不同水性胺耐化學(xué)品性能對(duì)比

 

 

 

圖2 不同水性胺固化劑耐水性能對(duì)比

 

 

 

圖3 不同固化劑耐鹽霧性能

 

 

 

圖4 不同固化劑適用期對(duì)比

 

2.3 防銹顏料的選型

 

含鉻類防銹顏料毒性較大，對(duì)環(huán)境危害大。使用磷酸鋅、改性磷酸鹽和改性硅酸鹽等防銹顏填料代替含鉻類防銹顏填料是主流趨勢(shì)。采用磷酸鋅類顏填料可以獲得較好的防腐蝕效果，添加量一定時(shí)可以達(dá)到甚至超過(guò)含鉻類顏填料的效果。不同種類防銹顏料的鹽霧性能結(jié)果如表2所示。

 

但是實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)顏料漿在熱存儲(chǔ)一段時(shí)間之后其防腐蝕性能發(fā)生了下降，特別是采用固化劑樹脂研磨色漿時(shí)，隨著熱存儲(chǔ)時(shí)間增加，防腐蝕性能顯著下降。這是因?yàn)?，磷酸鋅類顏填料可與固化劑中的活性胺和銨鹽發(fā)生反應(yīng)。采用改性磷酸鹽代替普通磷酸鋅提高了顏料漿的穩(wěn)定性，但仍然無(wú)法達(dá)到要求。采用改性磷酸鹽復(fù)配多磷酸鋁鈣水合硅酸鹽的方式可獲得較好的耐鹽霧性能和貯存穩(wěn)定性能。

 

表2 采用不同種類防銹顏料的鹽霧性能

 

采用上述最優(yōu)的改性正磷酸鹽/多磷酸鋁水合硅酸鹽防銹顏料制備涂料，并驗(yàn)證不同添加量對(duì)鹽霧性能的影響。隨著防銹顏料的用量增加，其防腐蝕性能增加。當(dāng)使用量達(dá)到改性正磷酸鹽/多磷酸鋁水合硅酸鹽6%/2%時(shí)，涂層的耐鹽霧性能最佳。進(jìn)一步增加防銹顏料時(shí)耐鹽霧性能變化不明顯。采用5%/1%或者6%/2%的添加量較優(yōu)。

 

2.4 漆膜性能分析

 

根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，CTW-6062乳液和Aradur 3986搭配使用，確定了確定了防銹顏料的種類和用量。再次驗(yàn)證該水性環(huán)氧涂料各項(xiàng)性能。結(jié)果顯示，耐鹽霧性能、耐40℃熱水性能、適用期、耐化學(xué)品性和熱貯存性能均達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的預(yù)期，制備了一種綜合性能優(yōu)良的雙組分水性環(huán)氧涂料。

 

結(jié) 語(yǔ)

 

水性雙酚A環(huán)氧乳液對(duì)水性雙組分環(huán)氧涂料的影響較小，水性胺固化劑對(duì)水性雙組分涂料的影響較大。通過(guò)對(duì)比采用不同水性胺固化劑的漆膜的耐水性能、耐化學(xué)品性能、耐鹽霧性能和適用期，優(yōu)選出了CTW-6062乳液和Aradur3986固化劑制備水性雙組分環(huán)氧涂料。通過(guò)對(duì)比不同磷酸鋅和改性磷酸鋅類防銹顏填料，優(yōu)選了改性磷酸鹽/多磷酸鋁鈣水合硅酸鹽作為防銹顏填料。該水性雙組分環(huán)氧涂料各項(xiàng)性能均優(yōu)良沒(méi)有短板，應(yīng)用范圍廣泛。