朱结东 掌婷婷

上海华谊精细化工有限公司（上海 200062）

溶剂型环氧富锌底漆常用作重防腐配套体系的底漆，具有表干快、附着力好、耐腐蚀性强等优点[1-2]，被广泛用于集装箱、石化储罐、海洋平台和大型桥梁等重度腐蚀环境中的表面防护。

近几年随着涂料行业环保的要求，重防腐配套体系的水性化得到了大力发展，其中水性双组分环氧富锌底漆[3-6]也取得了很大进步。水性环氧富锌底漆是以水性环氧树脂与胺类固化剂作为成膜物质，锌粉作为防锈颜料的一种长效防腐涂料。其与溶剂型环氧富锌底漆相同，漆膜具有较好的附着力、耐水及耐腐蚀性能。但水性漆由于水的存在，漆膜往往干性慢，早期耐水性较差，影响施工和最终漆膜的性能。通过选择不同种类的环氧树脂、固化剂、防锈颜料、填料以及防闪锈剂进行配方设计，开发出具有较好施工性能和防腐性能的水性环氧富锌底漆。

1 实验部分

1.1 主要原料

水性环氧树脂STW600、STW603H，胺类固化剂STW703B、STW703D，上海华谊精细化工有限公司；防闪锈剂C4E，德国Straetmans High TAC GmbH公司；防闪锈剂FRI1030，上海杰又杰新材料科技有限公司；助溶剂、分散剂、锌粉、磷铁粉、重晶石粉、硅微粉、膨润土、气相二氧化硅、亚硝酸钠，市售；去离子水，自制。

1.2 实验设备

JA5001电子天平，上海精天电子仪器有限公司；高速分散机，上海赛杰化工设备有限公司；Q-FOG盐雾箱，美国Q-Lab公司。

1.3 涂料参考配方

水性环氧富锌底漆的参考配方见表1。

表1 水性环氧富锌底漆参考配方

1.4 水性环氧富锌底漆制备工艺

（1）A组分制备

将水性环氧树脂、助溶剂、分散剂加入带冷却水夹套的研磨缸中，通冷却水保持缸内物料温度低于40℃。开启中速搅拌10～20 min，使物料充分混合均匀。低速搅拌下缓慢加入有机膨润土，高速分散30 min；加入防锈颜料和其他填料，高速分散30 min；加入气相二氧化硅，高速分散20 min；检测粒径小于80μm后过滤出料。

（2）B组分制备

固化剂用去离子水稀释，然后加入防闪锈剂，搅拌均匀，备用。

1.5 样板制备及性能测试

（1）样板制备

将A，B组分按20∶1的质量比搅拌混合均匀，用去离子水稀释至涂-4杯黏度30～40 s，过滤后采用空气喷涂制备测试样板。

闪锈抑制性、早期耐水性测试样板以钢板作底材，先用砂纸打磨，再用乙醇擦拭干净，喷涂后的样板在（23±2）℃，50%±5%湿度的恒温室放置24 h后测试。

耐冲击性测试样板，马口铁底材，先用砂纸打磨，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 d后测试。

附着力、耐盐雾性测试样板，喷砂板底材，用乙醇冲洗除去表面的油，晾干，喷涂后的样板在（23±2）℃，50%±5%湿度的恒温室养护7天后测试。

（2）检测项目及方法

闪锈抑制性、早期耐水性按照GB/T 3668—2020《富锌底漆》检测，钢板底材，膜厚（45±5）μm；耐冲击性按照GB/T 1732—2020《漆膜耐冲击测定法》检测，马口铁板，膜厚（23±3）μm；附着力按照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》检测，喷砂钢板，膜厚（90±10）μm；耐盐雾性按照GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》检测；喷砂钢板，膜厚（90±10）μm。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的影响

水性环氧树脂作为主要成膜物质，对漆膜性能的影响很大，制漆时需要很好地包覆锌粉，这样固化后才能成致密漆膜。实验选用了两种亲水改性环氧树脂，分别为较大相对分子质量的STW600和较小相对分子质量的STW603H。STW600的亲水性强于STW603H。考虑到漆膜需要较快的干性和较好的韧性，优选大相对分子质量的STW600作为主要树脂成分，同时掺混一定比例的STW603H，以降低助溶剂用量，制备较低挥发性有机化合物（VOC）含量的水性环氧富锌底漆。

采用STW703B固化剂、NB45填料、亚硝酸钠防闪锈剂作为主要成分，研究了STW600不同用量对漆膜性能的影响，结果如表2所示。当主漆中STW600的占比为11%时，漆膜的附着力和耐冲击性良好，耐盐雾1 000 h后板面保持良好，综合性能最佳。STW600占比过多或过少都会引起耐盐雾性能下降，可能是因为配方中树脂含量较低时，树脂对锌粉的包裹效果不佳，漆膜容易出现起泡锈蚀缺陷；当树脂用量较高时，漆膜整体的亲水性上升，影响耐盐雾性能。

表2 主漆中STW600树脂的用量对漆膜性能的影响

当制备较低VOC含量的水性环氧富锌底漆时，需要降低配方中的助溶剂用量，因为助溶剂在固化成膜后直接挥发，形成VOC排放，减少助溶剂用量就意味着降低VOC。但直接减少助溶剂，会造成主漆黏度过大无法操作，所以可以使用STW600和STW603H的混合树脂。STW603H黏度低，可有效降低主漆的黏度，同时能固化成膜，不形成VOC排放。但STW603H为小分子环氧树脂，会降低固化速率，加入量越多，漆膜干性越慢，当STW603H加入量到一定程度就会影响漆膜的早期耐水性，同时会影响施工性能以及漆膜的附着力、耐盐雾性能。如表3所示，当STW603H在树脂中的质量分数在23%以下时，漆膜的各项性能均未受到影响；当达到27%时，漆膜的早期耐水性、附着力和耐盐雾性能均有所下降。所以，需要控制STW603H的添加质量分数在23%以下。

表3 STW603H的加入量对漆膜性能的影响

2.2 固化剂种类的影响

水性环氧富锌底漆中的固化剂不仅起到固化交联作用，在两组分混合过程中也起到乳化水性环氧树脂的作用，若选用不当会造成锌粉与树脂的相分离，出现沉降或堵枪等情况。所以在选择固化剂时，需要先验证其与环氧树脂之间的适配性。可通过观察混合状态实现，均一透明表明适配性好。为了获得较快的表干速率，一般选用反应速率较快的固化剂。以STW600作为水性环氧树脂、NB45为填料、亚硝酸钠为防闪锈剂，比较了两种适配性较好的固化剂STW703B和STW703D的影响。如表4所示，采用STW703B和STW703D的漆膜早期耐水性有明显差异。STW703B的反应速率快，漆膜的早期耐水性无异常。STW703D反应速率慢，漆膜表面出现较多锈点，是因为采用STW703D的漆膜24 h未固化完全，漆膜的致密性低，从而影响漆膜的早期耐水性。但经过长时间固化，漆膜的耐冲击性能、附着力以及耐盐雾性能没有明显差异。

表4 不同固化剂对漆膜性能的影响

2.3 填料种类的影响

制备不同锌含量的环氧富锌底漆，保持颜基比不变，需要在配方中添加一定数量的填料。实验研究了磷铁粉（6.5和18μm）、重晶石粉（45μm）、硅微粉（10μm）对漆膜耐盐雾性能的影响，结果如表5所示。由表5可以看出，采用18μm的磷铁粉，漆膜耐盐雾性能未通过1 000 h测试，使用其他填料均能通过测试。重晶石粉市场单价最低，性价比最高，实际配方中较常使用。

表5 不同填料对漆膜耐盐雾性能的影响

2.4 防闪锈剂种类的影响

在高温高湿条件下进行水性涂装时，漆膜表面极易出现闪锈。为了防止闪锈，需要在涂料中加入一定量的防闪锈剂。实验研究了3种防闪锈剂对漆膜的抗闪锈性能和耐盐雾性能的影响，结果如表6所示。可以看出，C4E和FRI1030的抗闪锈能力相当，且优于亚硝酸钠。耐盐雾结果表明，使用亚硝酸钠的漆膜有较多锈点，FRI1030的漆膜有零星锈点，C4E的漆膜则无锈点且划线处的锈蚀宽度也较窄。因此，C4E综合效果最佳。

表6 不同防闪锈剂对漆膜性能的影响

综合以上结果，采用11%的水性环氧树脂STW600，以STW703B为固化剂、重晶石为填料、C4E为防锈颜料，可制备出综合性能较佳的水性环氧富锌底漆。采用质量配比77∶23的STW600和STW603H混合树脂，可降低助溶剂用量，制备综合性能优异的较低VOC含量的水性环氧富锌底漆，漆 膜性能如表7所示。

表7 水性环氧富锌底漆漆膜的典型性能

3 结论

（1）采用水性环氧树脂STW600直接与锌粉、填料和助剂一起高速混合制漆，配套固化剂STW703B，可制备性能优异的双组分水性环氧富锌底漆。实验范围内，采用11%的水性环氧树脂STW600，以重晶石为填料、C4E为防锈颜料，最终漆膜综合性能最佳。

（2）使用STW600和STW603H的混合树脂替代部分助溶剂，可制备较低VOC含量的水性环氧富锌底漆，当STW603H在树脂中的质量分数在23%以下时，漆膜的性能未受影响。