重卡车桥用水性黑环氧酯底面合一防腐涂料的制备

0 前言

汽车涂料水性化已趋于成熟，尤其汽车零部件的涂装对外观要求相对低，符合有机挥发物排放标准、环保节能的水性漆已经是汽车零部件涂装涂料的主导产品，而水性环氧酯具有较好的防腐蚀性能、优良的机械性能、良好的施工性在重型卡车车桥中广泛使用。

1 实验部分

1.1 主要原材料 见表1

表1 主要原材料

1.2 基础配方见表2

表2 水性环氧酯防腐涂料基础配方

1.3 制备方法

在分散容器中准确的加入水，将高速分散机搅拌杆固定在分散容器中心，在搅拌速度500转/分钟下依次缓缓加入分散剂、消泡剂、基材润湿剂后，提高转速至1000转/分钟高速分散10分钟，降低分散机转速至500转/分钟，加入氧化铁黑、碳黑、磷酸锌、RZ、ZMP、沉淀硫酸钡等颜料，提高转速1500转/分钟分散30分钟后，置入砂磨机研磨至细度合格中国牛涂 ntw360.com。在分散容器中准确缓缓加入水性环氧酯乳液在500转/分钟转速下、逐步加入PH调节剂、无树脂色浆、增稠剂、助溶剂，提高转速至1200转/分钟继续分散30分钟，即得水性底面合一环氧酯防腐涂料。

1.4 性能测试

表3水性环氧酯漆膜检测结果

2 结果与讨论

2.1 研磨工艺对成品漆影响

色浆研磨工艺对成品漆热储存影响非常明显，无树脂研磨工艺50℃热储存60天无分层沉淀，而用水性环氧酯乳液作为研磨基料研磨色浆工艺50℃热储存24小时出现分层沉淀。其次对生产效率也有不同影响，前者效率显著提高，并且避免大量气泡产生。

在采用水性环氧酯乳液研磨色浆工艺，色浆有软粒子出现，结皮严重，清洗设备困难，需要使用强有机溶剂清洗砂磨机，分析原因是水性环氧酯乳液机械稳定性差，经砂磨机研磨过程中的强力机械剪切后出现部分破乳造成的。

2.2 水性环氧酯树脂的选择

水性环氧酯树脂是成膜物质，决定了漆膜的主要性能。水性环氧酯树脂性能是水性环氧酯防腐漆成功最关键的因素之一，目前，水性环氧酯树脂主要有水溶性环氧酯树脂和水性环氧酯乳液，大多数是经过丙烯酸改性提高干性。

水溶性环氧酯树脂酸价比较高在40～60 mgKOH/g以上，经有机碱中和后形成铵盐才可溶入水中，漆膜干燥后羧酸基团依然保留，影响漆膜耐水、耐盐雾性。选择耐盐雾优良、附着力优异的EE640环氧酯乳液作为成膜物，添加合适的水性催干剂解决了涂层干性及硬度。

2.3 颜料、防锈颜料及填料的选择

涂料保护金属腐蚀优劣除了取决于所采用树脂外，同时很大程度由所使用化学防锈颜料品种及化学防锈颜料之间协调起主导作用。颜料与填料是涂料重要组成部分，其中颜料是色漆不可或缺部分，氧化铁黑与碳黑搭配给涂膜提供遮盖力。

化学防锈颜料磷酸锌、锶铬黄、ZMP、RZ协同作用给涂膜提供很好的防腐蚀性能。而选择低吸油量、易分散、比较惰性，同时不影响储存稳定性的沉淀硫酸钡，作为填料能很好控制成本。

在本项目主要采用磷酸锌，及改性磷酸锌ZMP为主防锈颜料，配合RZ有机缓蚀剂、锶铬黄。磷酸盐系列防锈颜料作用机理复杂，主要防锈机理为[Fe(H2O)6]2+→[Fe(H2O)5(OH)]++H+

Zn3(PO4)2+H+→H3PO4+Zn2+

H3PO4+Fe→Fe(H2PO4)2+H2

Fe(H2PO4)2+H2O→FeHPO4+H3PO4+OH-

FeHPO4+H2O→Fe3(PO4)2+H3PO4+OH-

使溶解的亚铁盐和铁盐发生水解，释放出质子，再与正磷酸锌逐步反应，依次生成水溶性的一代磷酸亚铁和二代磷酸亚铁，最终生成不溶性的三代磷酸亚铁，从而在金属底材表面发生钝化，生成Me（金属）-Zn-P2O5这种组成复杂、致密而又具有牢固附着性的磷化膜。

a) 除磷化之外，它们还能与基料中的羧基和羟基以及腐蚀环境中的某些离子发生反应，生成络合物，而这种络合物能与腐蚀产物发生反应，在黑色金属底材表面上形成紧密附着的保护膜。

b) 正磷酸锌的防锈作用主要由于它存在结晶水，缓慢水解生成了氢氧化锌和二代磷酸锌离子，后者通过形成由具有附着性的缓蚀作用的络合物组成的保护膜而实现阳极保护。

c) 正磷酸锌减缓了铵离子透过涂膜的扩散速度，从而起到了缓蚀作用。采用法国SNCZ生产100%纯度磷酸锌添加配方量5～8%耐盐雾明显优于国产磷酸锌。

单纯的磷酸锌前期水解慢防腐性能差，改性磷酸锌配合使用很好解决前期防腐蚀差问题。ZMP防锈颜料化学全称碱式正磷酸锌钼水化合物，由于钼改性与磷酸根离子的协同效应，可增强钢铁表面的耐极化性，同时还减少了钝化所需的临界电流密度以及增加了钝化膜的稳定性，特别在氯化物的存在下它能改进底材的抗腐蚀性，与所使用的氧化铁和硫酸钡还可起到附加的屏蔽效应。

RZ防锈颜料化学全称-5硝基-二间苯酸酯锌有机缓蚀剂其Zn含量44%，有机物含量49%，磷酸锌、钼酸锌、硝基苯二甲酸锌等之间有防锈增强作用，同时由于有机硝基化合物的锌盐比磷酸锌的水溶性强，这样克服了磷酸锌之类颜料初期防腐蚀效果不强的弊病，利用有机-无机独特的协同作用机制，可改变单一磷酸锌防护涂料的防护性能，尤其划叉处耐盐雾腐蚀显著改善，很好解决重型卡车车桥的防腐的要求。

下图是添加RA对比图

2.4 水性助剂选择

2.4.1分散剂的选择

色漆生产中分散剂是研磨颜、填料关键助剂，通过分散剂上的特殊官能基团锚定到颜、填料表面，利用分散剂自身特殊分子结构阻止已经分散成小粒子颜、添料再次聚集，即通过空间位阻作用使得固态颜、填料稳定的悬浮在液态体系中。

本项目采用润湿性优异的FR0218非离子型润湿分散剂，添加配方量1～1.5%，搭配BYK194N高分子分散剂添加配方量0.5～1%，研磨颜、填料到规定细度研磨时间短，分散研磨的色浆流动性好，成品漆50℃热储存30天无硬沉淀。

2.4.2消泡剂的选择

水性涂料尤其是乳液型水性涂料在生产及施工过程中不可避免带入大量空气产生气泡，造成生产效率低、造成施工后漆膜存在多孔的弊病，严重影响防腐性能，通过添加消泡剂能够消除生产和施工中的气泡。

采用研磨色浆加入迪高901W强有机硅消泡剂0.05%～0.08%，调漆阶段加入迪高810W有机硅消泡剂，810W相对温和具有抑泡、消泡功能添加量0.05%～0.1%，通过添加901W、810W消泡剂能避免生产过程中产生大量气泡，又可消除施工后干膜表面瑕疵。

2.4.3增稠剂的选择

水性环氧酯涂料在不添加增稠剂下，粘度在40s（涂-4杯）以下，较低。单纯依靠分散剂的防沉作用不能彻底解决颜、填料长期储存稳定性。重型卡车车桥施工通常采用混气喷涂，混气喷涂粘度需要控制在50～80s（涂-4杯）、一次喷涂干膜厚度达20～50μm，施工极易产生漆膜流挂,通过添加增稠剂增加水性涂料粘度达到颜、填料长期悬浮在液态水性涂料中，同时增稠剂的加入能提高水性涂料触变，从而达到改善喷涂流挂。

在调漆阶段加入非离子聚醚聚氨脂缔合类WT-102添加配方量0.3%～0.4 % ，OMG缔合型增稠剂0620添加配方量0.2%～0.3 % （需要用水稀释至30%含量，在搅拌下加入）取得良好的储存稳定性和里面喷涂防流挂效果，在恒温室储存6个月无颜、填料沉淀，混气喷涂一次喷涂干膜厚度达20～50μm不流挂。

2.4.4水性催干剂的选择

水性环氧酯乳液干燥过程中不饱和双键通过氧化交联后环氧酯树脂耐水性、防腐性显著提高。乳液型水性环氧酯与水溶型环氧酯对比发现，乳液型水性环氧酯对水性催干剂的选择更苛刻。下列表4是不同类型水性催干剂对上述2种水性环氧酯的干性对比。

表4不同类型水性催干剂对涂层干性的影响

从述表格得出水性催干剂DIC6110添加总配方量1%，无论自干或90℃强制干燥，干性最好，能够满足重型卡车的车桥涂装要求。

3 结论

原文链接：
http://www.ntw360.com/News/Info_xq_1638_11_0.html