水性环氧树脂防腐蚀涂料中颜填料含量对配方性能的影响

【摘要】本文根据水性环氧防腐蚀涂料的防腐蚀机理，探讨水性环氧树脂防腐蚀涂料中颜填料含量对配方性能的影响。本文主要选用磷酸锌作为防锈颜料，根据CPVC/PVC的变化对涂料性能影响的理论，设计配方组成含量。然后通过调整三聚磷酸铝、铁红、硫酸钡颜料用量，观察涂料防腐性能的变化。探讨了三聚磷酸铝、氧化铁红、硫酸钡颜料含量对漆膜的防腐蚀性能的影响

【关键词】水性环氧树脂防腐蚀涂料；颜填料含量；配方性能

1前言

水性环氧涂料体系具有附着力高，涂膜耐腐蚀性能优异，施工性能较好，有良好的环保性能和经济效果，在工业防腐领域中应用较好。[1]。但水性环氧防腐蚀涂料颜填料在水性环氧涂料中的分散稳定性较溶剂型涂料差，易于聚集沉淀，这对涂料的防腐蚀性能有较大的影响，也影响到这种防腐蚀涂料在钢结构工业建筑防腐蚀控制中的应用[2]。本文通过实验探讨不同的颜填料含量对配方性能的影响。

2.1 试验用底漆组分的设计

2.1.1底漆性能要求

涂层体系是一个完整防护体系，有底漆、中间层漆和面漆，三部分各有重点又相互补充，共同发挥防腐蚀作用，使涂层整体有较长的使用寿命。作为防腐蚀涂层中起主要防腐作用的底漆，其透水性、透氧性、透离子性对涂层体系的防腐蚀效果有着决定性的影响。底漆首先在构件表面打好基础，与构件表面要有较好的附着力，能起防锈作用，具有良好的耐腐蚀性能[3]。

2.1.2底漆组分的设计

底漆配方组成主要包括基料（树脂）、颜填料、溶剂和助剂。

基料树脂是成膜物质，它的分子结构决定着涂料的主要性能。环氧树脂分子结构中含有两个或两个以上环氧基，有强极性的醚键和羟基，能使涂料与基地表面有很强的粘结力，固化成膜后漆膜分子结构较为紧密，对化学介质有较好的稳定性[4]。虽然环氧树脂容易老化，在太阳光紫外线照射下涂膜容易失光和粉化，但它可以作为底漆使用。双酚 A环氧树脂是由双酚 A（2分子苯酚和1分子甲醛的缩合物）和环氧氯丙烷缩合反应制备。国产树脂牌号有E-55、E-51、E-44、E-20等，E-55、E-51、E-44相对分子质量较低，环氧值约0.41-0.55eq/100g，软化点较低，溶解性好，黏度低，适合配制无溶剂或高固体份环氧涂料。所以本论文选用双酚 A型E-44环氧树脂作为底漆的成膜物质。

颜料和填料的性能和添加量直接影响涂料的防腐性能。颜料的选择要根据防腐涂料的应用要求来选。一般对于耐酸碱介质的场合，可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等惰性颜料，

化学防锈颜料主要有铅系颜料、锌系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料等，考虑到环保要求，本文主要选用磷酸锌作为防锈颜料。磷酸锌的防锈机理在于能在金属表面和 形成附着牢固的络合物Fe[Zn ]沉淀层而抑制阳极反应，同时能与涂料中的羟基、羧基络合，使颜料-涂料-底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性[31-34]。

另外还要选择一定的助剂以改善底漆的制备和施工性能。

2.1.3底漆组分含量的设计

通过颜料体积浓度（PVC）、临界颜料体积浓度（CPVC）的概念设计底漆组分含量[35-40]。

颜料体积浓度（PVC）是指涂料中颜料和填料的体积与配方中所有非挥发分（包括树脂、乳液的固体组分和颜料、填料等）的总体积之比，可用如下公式计算：

式中：

――颜填料质量；

――漆基（树脂）质量，

――颜填料密度

――漆基（树脂）密度

漆基（树脂）质量和密度均指的是固体树脂的数值（若是乳液，其密度是指干漆膜密度，此时漆基体积 = 乳液质量×固含量/乳液干膜密度）。

临界颜料体积浓度（CPVC）是指在PVC 值增加过程中，当漆基树脂恰好能润湿所有颜料粒子时的PVC 值，所代表的漆基树脂是指临界状态下的树脂含量。通过PVC 和CPVC 的比值能更直观地推算出涂料的性能。临界颜料体积浓度（CPVC）可以使用如下公式计算：

颜填料吸油量克数，以100g 颜填料所需亚麻仁油的克数来表示。 0.93为亚麻仁油的密度。

PVC值从0到100%时，涂膜从一个极端状态到另一个极端状态（从完全漆基到完全颜、填料），在此过程中，涂膜磨性、耐湿性、防腐蚀性、光泽度从高到低；抗起泡性、渗透性、粘稠性、对比率从低到高。

单纯的PVC 值对涂料的影响并不直观，但PVC 和CPVC 的比值能更直观地推算出涂料的性能。当PVC小于CPVC时，涂膜内颜填料粒子被基料包围隔离，漆膜中基本无空隙，涂膜抗渗透性好，阻止腐蚀物质渗透到底材与漆膜的界面，保护了底材，防锈性能随颜料体积浓度的增加而增加。当PVC大于CPVC时，涂膜中颜填料粒子不能被基料隔离和包围，形成空隙，抗渗透能力迅速下降，附着力减弱，使底材迅速被腐蚀，漆膜防锈性能急剧下降。所以在配方设计时涂膜中PVC一般接近CPVC为宜[5]。

本文以PVC与CPVC的比值作为主要变量，分别取PVC与CPVC的比值为0.9、0.8、0.7。根据前面所述CPVC/PVC对涂料性能影响的理论，设计配方组成含量如表1所示。

3底漆性能测试实验

本文对所设计配方进行对涂层的附着力、柔韧性、硬度等常规性能的测试实验和耐化学试剂性能测试。

耐化学试剂性能测试主要是对涂层的耐酸性、耐碱性、耐盐水性进行了测试。将涂好漆膜的试片样板三分之二面积浸入室温下的3%的盐酸、3%的NaOH溶液、3%的NaCl溶液中，观察漆膜表面的状态变化及腐蚀情况，观察溶液的色泽、沉淀物或絮状物的变化。平行试样3个，凡试样表面出现锈点、鼓泡或渗黄色现象均为涂层实效，其防腐蚀性能采用涂层实效前的浸泡时间来表示。

3.1涂料性能测试实验方案设计

首先对基本配方进行性能实验，然后通过调整三聚磷酸铝、铁红、硫酸钡用量，观察涂料防腐性能的变化。实验配方见表2、3、4。

3.2调整颜料含量

3.2.1调整三聚磷酸铝用量

3.3填料成分含量不同配方性能测试结果

填料成分含量不同配方底漆耐盐水性能测试结果见表8、9、10、11。

4性能测试结果分析

4.1三聚磷酸铝在防腐蚀涂料中作用的探讨

由表2可知，随着三聚磷酸铝含量的增加，涂膜的耐盐水性呈增加的趋势，这是由于防锈颜料颗粒小，填充于涂膜中，增加了涂膜的湿附着力和抗渗性。同时，颜料的体积浓度（ PVC）对于防锈漆的效果起着重要作用，超过临界体积（CPVC）防锈性急剧下降。可以看出三聚磷酸铝存在一个最佳值可以使涂料的附着力和耐盐水性满足要求，含量为： 8%～12%。

4.2铁红在防腐蚀涂料中作用的探讨

颜料体系中，铁红（ ）作为物理防锈颜料是涂料不可或缺成分之一。具有很高的遮盖力和着色力，仅次于炭黑。其耐光性、耐热性、耐碱性、耐稀酸和腐蚀气体性能等都很好 ，性质稳定，遮盖力强 ，颗粒细微，能在涂膜中起到很好的封闭作用，可以提高漆膜的致密度，降低可渗性。 由以上表可以看出铁红（ ）存在一个最佳含量为9%～12%。

4.3硫酸钡含量对防腐蚀涂料性能的影响

硫酸钡在防锈体系中做为体质填料，可以降低成本，改善漆膜功能。由以表4.5可以看出硫酸钡在涂料中存在一个最佳含量8%～10%。

结语

由实验结果显示水性环氧树脂防腐蚀涂料中颜填料含量对配方性能有一定的影响，当三聚磷酸铝颜料含量为： 8%～12%，氧化铁红颜料（ ）含量9%～12%，硫酸钡颜料含量8%～10%时，漆膜的附着力、柔韧性和耐盐水性能较好，防腐蚀效果较好。

参考文献

[1] 李荣俊，保耀麟，林绍基.当前我国防腐涂装工程中若干问题的讨论[ J ].现代涂料与涂装，2008，10 （8）：34-40.

[2] 江洪申，宁超峰，，陈安仁.水性防腐蚀涂料的研究与发展概况[ J ] .腐蚀与防护，2006，27（9）：433-439.

[3] 刘栋，张玉龙主编.防腐涂料配方设计与制造技术[M].北京：中国石化出版 社，2008.

[4] 杨春晖.涂料配方设计与制备工艺[M] .北京：化学工业出版社，2003.

[5] 张丽，牛明军，刘雪莹，刘大壮，庞勇.水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究[ J ].高分子材料科学与工程，2005，21 （1）：260-264

作者简介：张霞（1967-），女，河南西平人，酒泉职业技术学院教师，副教授职称，主要从事建筑工程技术的教学与研究工作