水性环氧底漆介绍

水性涂料树脂有很多种，基本上溶剂型涂料所用的成膜树脂都可以水性化，环氧树脂分子结构中含有的环氧基、醚键、羟基及苯环结构等特征基团决定了环氧树脂涂料有许多其它树脂不可比拟的优点，如优良的附着力，良好的耐水性、耐酸性、耐碱性，涂膜收缩小，硬度高，耐磨性好，电气绝缘性优良等特点。此外，双组分水性环氧树脂涂料与单组分水性环氧树脂涂料相比，由于引入了交联结构，具有更好的耐化学腐蚀性，是底漆的优良材料。

水性环氧防锈底漆以水作为分散介质，以环氧乳液与固化剂为成膜物质，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、耐水和耐腐蚀性能。

环氧涂料因其柔韧性好、收缩率低、耐化学品性优异、在金属水泥等无机材料上的附着力优异而被广泛应用于罐头内壁、工业地坪、集装箱等领域，目前作为一种重要的工业防腐涂料占据了市场的 40% 。环氧树脂自身为热塑型的线性结构，其状态会随温度改变而发生变化，并不具有实用价值，必须与固化剂发生化学反应，最终生成一种高交联密度的热固型树脂才能展现其优异的理化机械性能.

第一代：以含胺的水性环氧固化剂和颜填料为一组分，另一组分为溶剂型液体环氧树脂。优点为成本低，制造工艺简单。缺点为两个组分混合时必须用剪切力高的机械搅拌；刷涂或辊

涂时有树脂因析出而黏附在毛刷上，用水冲洗不掉；难制成高装饰性产品。目前在地坪涂装领域还有使用.

第二代：以含胺的水性环氧固化剂和颜填料为一组分，另一组分为水乳化环氧树脂，乳化剂为非反应型的乳化剂。优点为使用时两个组分混合不需高剪切力，手工搅拌即可；涂刷时树脂不析出，不粘刷子毛。缺点为涂膜耐盐雾性差；使用期短(1 h内用完)。

第三代：以含胺的水性环氧固化剂和颜填料为一组分，另一组分为水乳化环氧树脂，乳化剂为反应型的乳化剂。优点为使用时两个组分混合不需高剪切力，手工搅拌即可；涂刷时树脂不因析出而粘刷子毛；涂膜耐盐雾性差好(1 500 h)；使用期长(4 h内用完)，装饰性好。

大桥化工确定了本研究的双组分水性环氧体系涂料采用可水分散型水性环氧树脂，作为成膜物，同时选用合适的助剂、颜填料，按涂料生产工艺进行操作，制备了涂料甲组分（含水性环氧树脂），并以可水稀释多元胺加成物作为乙组分（固化剂组分），施工时加水作为稀释剂调节涂料施工黏度。

水性环氧树脂的选择：引入大分子量的环氧乳液，提高涂膜的早期耐水性和耐盐雾性能。环氧值低，具有优异的成膜性和柔韧性。引入小分子的液体环氧树脂，其初期耐性不足，但是其交联点密集，附着力好，后期硬度，耐性会逐渐提升。

水性环氧底漆的涂膜性能主要由树脂决定，影响其性能的因素有乳化剂、粒径、氯离子含量等，选择韧性好、对金属基材附着力强、防腐性能好的水性环氧树脂.

机械法制备的水性环氧树脂通常为了保证树脂的稳定性，加入的乳化剂量要超过化学改性法制备的水性环氧树脂 50%以上。乳化剂会影响环氧树脂中的单官能团，使环氧树脂分散在水中，同时也会影响环氧树脂的交联密度，造成涂膜缺陷，使底漆的耐盐雾性变差。

用冷轧板测试水性环氧底漆的盐雾性能，起泡是一个常见的现象。而起泡的原因是复杂的，整体来说与漆膜的连续性、封闭性以及耐水性有关。漆膜的连续性、封闭性与树脂成膜过程有关，即与树脂种类、反应基团比值、颜基比等因素有关。涂料的耐水性能除了与树脂有关外，还与配方中的亲水的原材料有关，而可溶水的原材料都具有一定的亲水性，分散剂就是其中一个。因此需要从环氧树脂筛选、反应基团比值、颜基比、分散剂等角度研究水性环氧防腐底漆的耐盐雾性能。

颜料选择原则是遮盖力强，具有化学惰性，吸油量低，耐化学品性好的环保型防锈颜料，填料选择吸油量低，化学性能稳定，抗渗透性好，呈中性而且能够增强涂膜物理机械性能的惰性材料。

1.2.1 防锈颜料的选择

物理防锈颜料（本身化学性质稳定，存在惰性）：氧化铁红，云母氧化铁，云母粉，玻璃鳞片，铝粉

化学防锈颜料：（与金属表面形成致密的動化膜或者牺牲阳极来保护金属）：主要有磷酸锌，三聚磷酸铝、改性磷酸盐类。

综合防锈颜料：片状锌粉，片状锌铝合金，复合铁钛粉

考虑到水性涂料的环保要求，含铬、铅等重金属盐的防锈颜料被首先排除，选择了三聚磷酸铝，铁红，磷酸锌，复合铁钛粉，含有钙、锶、铝的硅酸正磷酸锌水合物 A，有机改性磷酸锌铝钼盐水合物 B 和活性有机缓蚀剂C共7 种防锈颜料进行试验。试验情况表明：三聚磷酸铝、有机改性磷酸锌铝钼盐水合物 B 和活性有机缓蚀剂 C 配用效果最佳。

磷酸锌为水溶性活性防腐颜料，能够与金属表面的三价铁离子形成磷酸铁为主的符合屏蔽层，有效的阻止氧化离子向金属基材的扩散，从而提高漆膜的耐盐雾性能。

ZMP 的组份是磷钼酸铝锌和碱式磷酸锌钼，漆膜中的磷酸根离子可以吸附于基材表面形成致密钝化膜，钼酸根离子能够在金属基材表面形成一层具有吸附性的氧化膜对基材进行修复保护，两者都有较强的防腐作用; 钼酸根离子会与盐雾中的 Cl－在金属基材表面形成竞争吸附作用，减少了 Cl－对基材的腐蚀; 磷钼酸铝锌和碱式磷酸锌钼带有磷酸复盐的结构，具有优异的吸附性和离子交换性，能缓慢释放一部分磷酸根离子和钼酸根离子吸附于金属表面，提高漆膜的长效防腐性; 同时少量的钼酸盐防锈颜料能与磷酸盐防锈颜料形成协同作用，提高防腐性能。

M ＋ 2H2O → M（OH）2 ＋ H2 （1）

xZnO · yAl2O3 · zP2O5 · nH2O → xZn2＋＋yAl3＋＋zPO43－（2）

M（OH）2＋xZn2＋＋ yAl3＋＋zPO43－ → ZnxAlyM（PO4）（z OH）2 （3）

（先生成钝化膜，然后再腐蚀防腐）三聚磷酸铝在水性涂料中可离解出三聚磷酸根离子

P3O10 5- ，其具有很强的螯合能力，可与底材中的金属离子反应形成一层磷酸盐保护膜。这层保护膜极难溶于水，硬度很高，与底材金属之间附着力很强，可以有效地阻止腐蚀的发生，以达到防锈效果。另一方面，涂膜中三聚磷酸铝可以与水发生反应进行缓慢解聚，转变为低分子化合物和正磷酸盐，过程中产生的磷酸根离子可以再次与底材中的金属离子发生反应，生成同样性能优秀的保护膜。所以，三聚磷酸铝防锈颜料具有强效和长效防锈的效果，是一种良好的防锈颜料.三聚磷酸铝的“双重防锈”机理，解聚反应形成的三聚磷酸根离子（P3O105-）比磷化处理的 PO4 3+离子，对 Fe 3+离

子以及各种金属离子具有更强的螯合力，在底材表面形成致密的钝化膜，对钢铁等金属基材的腐蚀具有极强的抑制作用。

（先腐蚀，后期防腐，阳极钝化保护作用）磷酸锌的防锈机理和三聚磷酸铝类似，产生的磷酸锌离子可以与底材的金属离子发生反应形成不溶的三代磷酸盐，封住腐蚀区域形成一个隔离层，并可以与环氧树脂及固化剂中的羧基和羟基发生交联反应，生成一种络合物，可以很好地增强涂层的耐水性及附着力。经实验测定，本文中使用的防锈颜料添加量为5%比较合适。

1.2.2 防闪锈剂及耐盐雾助剂的选择

选择了亚硝酸盐类 A（亚硝酸钠，苯甲酸钠容易致癌，一般不用，另外对耐水性能要一定的影响）、有机化合物 B 和无机盐 C （有机锌螯合物）三者进行比较试验，试验结果表明：B 与 C 配用效果较好。

亚硝酸钠作为传统的防闪蚀助剂属于强还原剂，能够起到非常理想的钝化和防锈作用，但其还原性会导致涂料体系的贮存稳定性下降.亚硝酸钠具有强致癌性，另外亚硝酸钠易溶于水，漆膜长期在潮湿环境下亚硝酸钠溶于水中，漆膜会产生针孔等弊病，水汽会通过这些微小的“通道”与钢材表面接触从而影响漆膜的防腐性。

HALOX550 则是一种有机物和无机物混合的溶液，其自身具有耐腐蚀促进的作用，能够提高涂膜对腐蚀性物质的抵抗性，但是对抑制金属基材被腐蚀的效果较差，而且价格较高;

新型胺盐类腐蚀抑制剂 HAOLX515（氨基羧酸盐）和有机酸钠盐类腐蚀抑制剂 CH 07A，2 种物质中都不存在亚硝酸钠，能够对普通的碳钢板、冷轧板材料起到不错的防闪锈效果，

不过对于已经有锈迹的热轧板、焊缝来说，不能起到有效的防闪锈作用，而且用量提高还会引起大量的水溶性物质迁移到涂层表面，导致底漆涂层耐腐蚀性降低。

FA579，FA179 属于有机锌螯合物，在防锈方面表现较佳，而且毒性轻微。

1.2.3 附着力促进剂的选择（环氧磷酸脂类，硅烷偶联剂，聚硅氧烷类）

硅烷偶联剂通过化学键结合，改善涂膜中有机高聚物与无机填料及基材之间的粘结性，提高漆膜对底材的附着力。

选择了 KH-550 和 AddBond1270 两者进行比较试验，试验结果表明：AddBond1270 的使用效果较好，且成膜后漆膜的耐水性更好。同时，试验还

表明：当基材为铝板时，相比钢板，此涂料中添加 AddBond1270 对底漆与基材之间附着力的提高效果更明显。

1.2.4 成膜助剂的选择