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嘉峪檢測網 2021-11-04 12:06
引 言
雙組分水性環氧涂料廣泛運用于各個行業，如軌道交通、鋼結構和工程機械等。隨著新的環保法規的實施，新的國家標準的頒布，國家對涂裝企業的VOC控制越來越嚴格，這些新法規迫使原來的涂裝企業進行油改水的生產線改造。如山東五征集團農用車部分完成生產線的水性化改造，取得了良好的經濟效益和環保效益。工程機械生產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入了三一重工集團的使用產品名錄。
油改水的過程中一方面生產線的改造要適應新的工藝要求，另一方面也對水性涂料提出了更高的要求。使用雙組分水性環氧涂料代替傳統的油性涂料后，漆膜的性能不能有大幅度的下降，比如耐水、耐鹽霧、耐化學品性能等。現有的水性雙組分環氧涂料多少存在某項性能缺失，如耐水性能與耐鹽霧性能無法兼得、適用期過短影響施工、耐化學品性能特別是耐酸性能較差等。部分水性環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，但是由于其對生物的毒害性，新的環保法規對含鉻類顏料做出了更加嚴格的限制，迫使涂料技術人員在涂料配方設計中采用新型改性磷酸鹽類防銹顏填料。
針對以上這些問題，迫切需要設計一種綜合性能較優秀的雙組分環氧涂料。通過對比不同的水性環氧乳液和水性胺固化劑發現，乳液對于漆膜的影響相對較小。這是由于水性環氧乳液中絕大部分是環氧樹脂，區別是乳化劑的不同。而水性胺固化劑對漆膜性能的影響較大。這是因為，不同廠家研發的胺類固化劑的側重點不同, 生產配方和工藝相差大。本研究通過對比多種水性雙酚A型環氧乳液和水性胺固化劑，篩選出了一種綜合性能優秀的乳液和固化劑組合。并通過調整分散劑的使用量、環保型顏填料的使用量得到了一種綜合性能優良的水性環氧雙組分涂料。
1、實驗
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，高速分散機分散均勻，隨后研磨，研磨至細度≤30µm。隨后加入水性環氧乳液和基材潤濕劑攪拌均勻，采用300目濾網過濾，得到水性環氧涂料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型環氧樹脂乳液，按照乳液的供應形式其環氧當量均為900~1100，此類環氧樹脂的應用較為廣泛。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價標準篩選乳液。結果如表1所示。耐40℃熱水浸泡時均可達到6d，耐沸水性能均可超過1h，耐中性鹽霧性能均超過500h。采用同一固化劑時，不同乳液漆膜的性能相差較小。
這是因為水性環氧乳液是由環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氧樹脂。各個生產廠家的乳化劑不同，環氧樹脂用量大致相同，使得乳液對于水性環氧涂料的影響較小。CTW-6062乳液具有較高的性價比優勢，后續的試驗均采用CTW-6062乳液。
表1 不同乳液搭配Aradur 38-1固化劑性能
2.2水性環氧固化劑的選型
選定乳液之后進行固化劑的比較。耐化學品性結果如圖1所示，縱坐標軸為天數，可見水性胺固化劑均有不錯的耐堿性，但是耐酸性能差距較大。3986耐酸堿性能均優。耐水性能如圖2所示，圖中對比了40℃溫水和100℃沸水兩種情況下的耐水性能。發現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。適用期試驗結果如圖4所示，經過模擬高溫存儲后，3986的保光率可以達到40%。由以上實驗分析可知，不同廠家的水性胺固化劑對水性環氧漆膜的影響較大，這是由于不同廠家配方和工藝相差較大，固化劑性能的側重點有所不同所致。
38-1固化劑側重低的活潑氫當量，以降低固化劑用量，達到節約成本的目的；TOD 3EC-150Y側重耐水性能，其耐40℃熱水可達9d；CTW-6062固化劑側重漆膜的耐腐蝕性能。各個固化劑都有自己的優點，但是性能不夠全面。而采用Aradur 3986固化劑時其耐水性、耐鹽霧性能、耐化學品性和適用期都較好，漆膜性能均衡沒有短板。選取Aradur 3986作為固化劑。
圖1 不同水性胺耐化學品性能對比
圖2 不同水性胺固化劑耐水性能對比
圖3 不同固化劑耐鹽霧性能
圖4 不同固化劑適用期對比
2.3 防銹顏料的選型
含鉻類防銹顏料毒性較大，對環境危害大。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。采用磷酸鋅類顏填料可以獲得較好的防腐蝕效果，添加量一定時可以達到甚至超過含鉻類顏填料的效果。不同種類防銹顏料的鹽霧性能結果如表2所示。
但是實驗中發現顏料漿在熱存儲一段時間之后其防腐蝕性能發生了下降，特別是采用固化劑樹脂研磨色漿時，隨著熱存儲時間增加，防腐蝕性能顯著下降。這是因為，磷酸鋅類顏填料可與固化劑中的活性胺和銨鹽發生反應。采用改性磷酸鹽代替普通磷酸鋅提高了顏料漿的穩定性，但仍然無法達到要求。采用改性磷酸鹽復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，并驗證不同添加量對鹽霧性能的影響。隨著防銹顏料的用量增加，其防腐蝕性能增加。當使用量達到改性正磷酸鹽/多磷酸鋁水合硅酸鹽6%/2%時，涂層的耐鹽霧性能最佳。進一步增加防銹顏料時耐鹽霧性能變化不明顯。采用5%/1%或者6%/2%的添加量較優。
2.4 漆膜性能分析
根據前面的實驗結果，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。再次驗證該水性環氧涂料各項性能。結果顯示，耐鹽霧性能、耐40℃熱水性能、適用期、耐化學品性和熱貯存性能均達到了實驗的預期，制備了一種綜合性能優良的雙組分水性環氧涂料。
結 語
水性雙酚A環氧乳液對水性雙組分環氧涂料的影響較小，水性胺固化劑對水性雙組分涂料的影響較大。通過對比采用不同水性胺固化劑的漆膜的耐水性能、耐化學品性能、耐鹽霧性能和適用期，優選出了CTW-6062乳液和Aradur3986固化劑制備水性雙組分環氧涂料。通過對比不同磷酸鋅和改性磷酸鋅類防銹顏填料，優選了改性磷酸鹽/多磷酸鋁鈣水合硅酸鹽作為防銹顏填料。該水性雙組分環氧涂料各項性能均優良沒有短板，應用范圍廣泛。
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