水性環(huán)氧樹脂體系對金屬耐鹽霧性的影響
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發(fā)布日期：2021-05-31
為適應國家環(huán)保政策的要求，涂料水性化已是大勢所趨，各大涂料廠家都在不遺余力的加大開發(fā)力度，很多廠家均有成型產(chǎn)品出售。水性金屬防腐底漆已經(jīng)在很多工程設備制品上得到了應用，其涂膜性能主要由樹脂體系決定，但基于國內(nèi)產(chǎn)品的耐鹽霧性和穩(wěn)定性同進口品牌相比尚有一定的差距。
水、氧和離子是鹽霧腐蝕的三要素，其中氧氣和粒子均溶解在水中。金屬防腐涂料作為薄薄的一層高聚物涂膜，通過對水、氧和離子的阻止和隔斷，從而起到防止底材金屬腐蝕的效果。而樹脂固化體系對耐鹽霧性起著關鍵性的作用。
一、體系的固化交聯(lián)度
固化度越高，交聯(lián)點就越多，所形成的高分子涂膜越致密，水、氧和離子透過防護涂層的可能性就越??；固化度越高，涂膜的剛性越好，被水浸潤的抵抗涂膜變形的能力就越強，起泡的可能性就越小；合適的交聯(lián)度，使體系粘附能力提高，反應形成的羥基跟底材形成氫鍵合結(jié)構(gòu)，有利于阻止水、氧和離子的侵入界面。
低溫固化的水性環(huán)氧固化劑，降低了反應的活化能，有利于常溫下提高固化交聯(lián)度，提高耐鹽霧性。其中曼尼希改性胺，具有低溫固化的特點，引入芳香環(huán)結(jié)構(gòu)有利于提高涂膜的剛性、憎水性和耐鹽霧性；尤其是腰果酚改性胺類，因具有C15長鏈，又可提升涂膜的附著力，增強憎水性。如我司MH-6600，既能低溫固化，又具有較好的附著力和耐鹽霧性。
二、環(huán)氧乳液的影響
1、乳化劑類型的環(huán)氧乳液含較多的單官能團或增塑型乳化劑，降低了體系的交聯(lián)密度和機械性能、耐熱性和附著力，形成的涂膜相對缺陷較多。而自乳化環(huán)氧為雙官能團的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，增韌了固化體系，對固化物強度影響較小。
2、環(huán)氧乳液的乳膠粒子的大小。
乳膠粒子以分子抱團的顆粒形式存在，在水中形成“水包油”的狀態(tài)，外層親水基接觸水性固化劑反應后分子量增大，具有疏水性，阻擋了內(nèi)層環(huán)氧跟水性固化劑的進一步反應，固化物的交聯(lián)密度下降，水、氧和離子透過的可能性大增，所以相對乳膠粒子小，接近納米級的自乳化環(huán)氧具有更高的交聯(lián)度和涂膜機械性能。
3、固化體系的柔韌性。
柔韌性（而不是增塑型）的環(huán)氧固化物具有更強的剝離強度和附著力，可舒緩因水分和溶劑揮發(fā)收縮產(chǎn)生的應力，可有效阻止水、氧和離子從界面通過，從而提高耐鹽霧性。但以犧牲剛性得到的涂膜柔韌性，往往變形能力強，鹽霧試驗中起泡的可能性大增。因此，選擇E20或者E12的環(huán)氧乳液，配合剛性較好的水性固化劑，具有相對較好的綜合性能。
4、環(huán)氧乳液的穩(wěn)定性
放置一定時間后，乳膠粒子分層或返粗，導致配比偏離或固化度下降，影響了涂膜的硬度、耐鹽霧性能。而自乳化環(huán)氧則有所不同，相比乳化劑類型，具有更強的抗沉性和粒子穩(wěn)定性，即使出現(xiàn)乳液分層現(xiàn)象，稍微攪拌就能恢復到出廠時的狀況。
5、離子含量。離子含量直接影響涂膜的耐鹽霧性能，水性環(huán)氧中離子含量要低，配方中也需要添加去離子水。
6、自乳化環(huán)氧可乳化油性固化劑和環(huán)氧活性稀釋劑，通過對油性固化劑的選擇，只有成膜性能穩(wěn)定，耐鹽霧性和附著力都能得到提升。而乳化劑類型的乳液難以具備這個特點。
7、自乳化環(huán)氧乳化油性固化劑時，需要時間和剪切速度（建議600-800轉(zhuǎn)10-15分鐘）。乳化不良的體系加入水后，容易導致破乳或者乳膠粒子粗大，影響成膜性和涂膜機械強度。因此，建議水直接加在自乳化環(huán)氧乳液中預先混合，再加入固化劑體系乳化，成膜性能更好。
三、固化劑的影響
1、親水性和疏水性的統(tǒng)一。
既要與水混溶，用水調(diào)節(jié)粘度，又要在固化后能避免水的影響；既要求固化前較好的親水性，又要求固化后較強的憎水性。這是一個矛盾的綜合體。過強的親水性雖成膜性好，但固化物憎水性不夠，腐蝕因子透過的可能性增加；過強的疏水性導致體系混溶性變差，乳膠粒子粗大，交聯(lián)度下降，涂膜致密度不夠。MH-6380屬于脂環(huán)胺改性水性固化劑乳液，具有自乳化的特點，水分散性好，加水輕微攪拌直接形成穩(wěn)定的乳液，乳膠粒子小，配合環(huán)氧乳液能形成致密的涂膜，因此具有較高的耐鹽霧性。
2、涂膜剛性和韌性的統(tǒng)一。
一般鹽水浸潤的涂膜塑性增強，耐熱和硬度均下降明顯。
因涉及水溶性和憎水性的矛盾，水性體系難以通過增韌劑實現(xiàn)增韌，往往需要通過固化劑或者樹脂的分子結(jié)構(gòu)增韌來改善。而環(huán)氧乳液的增韌比較困難，所以對固化劑的分子結(jié)構(gòu)設計顯得尤為重要。
首先體系固化后跟金屬底材附著力要好，剝離強度高，又要具備一定的剛性和鹽水浸潤條件下的抗變形能力。過高的耐熱和硬度影響涂膜剝離強度，過強的柔韌性又會導致變形能力增強，起泡的可能性大增。所以，固化體系需達到剛?cè)嵯酀男Ч?。如MH6180就具有更高的模量和高低溫沖擊性能。
3、交聯(lián)密度
帶活性基團的多個交聯(lián)點的分子結(jié)構(gòu)有利于提高體系的交聯(lián)密度，有效阻止腐蝕因子通過。這就是多氨基分子結(jié)構(gòu)固化劑的優(yōu)勢。
4、憎水基的相對數(shù)量
憎水基越多，固化物就會形成荷葉效應，水分被排斥，界面易干燥，濕附著力提高，水分通過涂膜的可能性也大幅度降低。但是過多的剛性結(jié)構(gòu)往往帶來較大的位阻，降低交聯(lián)度。
5、親水基的相對數(shù)量。
親水基越多，HLB值就越大，跟水的相容性就越強，水分被親和，容易透過腐蝕因子，起泡和腐蝕的可能性大增。所以一般親水性好的固化劑（非通過溶劑的增容），其耐鹽霧性往往大打折扣。而我司MH-8119是一個特殊的分子結(jié)構(gòu)，既具有較好的水溶性和交聯(lián)度，又具有極佳的憎水性和剛性，故鹽霧實驗時起泡的可能性就小。
6、離子含量
離子含量高，尤其是陽離子透過涂膜，導致涂膜起泡，直接影響涂膜的耐鹽霧性。
四、固化反應
1、交聯(lián)密度。水分揮發(fā)充分，較高的固化溫度和時間可提高交聯(lián)密度。
2、空氣濕度的影響。
空氣濕度影響水分的揮發(fā)，凝膠后未揮發(fā)完全的水分殘留在涂膜中，后續(xù)揮發(fā)出來后形成了孔洞，為腐蝕因子提供了通道，耐鹽霧性會相應下降。
凝膠前水分揮發(fā)得越充分，界面膜消失得越充分，涂膜的致密性就越好，耐鹽霧性能就越好。適當?shù)闹軇┯欣诩铀偎值膿]發(fā)速度。
3、環(huán)氧乳液和固化劑的混溶性
二者混溶性好，形成的涂膜越致密。在相容性好的體系中，環(huán)氧或者固化劑的乳膠粒子突破界面膜后，能迅速相互滲透，達到混溶的目的，固化物接近油性體系的致密度；環(huán)氧乳液和固化劑能相互乳化的效果，有利于環(huán)氧或者固化劑的乳膠粒子相互突破界面膜，提高混溶性和固化交聯(lián)度。
4、環(huán)氧乳液和固化劑的配比
為提高耐鹽霧性，往往環(huán)氧乳液過量15-20%。因為往往環(huán)氧的疏水性強于固化劑，固化劑過量會加大體系的親水性，不利于耐鹽霧；因為乳膠粒子的影響，環(huán)氧乳液跟固化劑的反應度低于油性體系，環(huán)氧過量可盡量將親水性的胺反應完全，對提高鹽霧性有利；如固化劑為疏水性強的乳膠粒子，二者的配比范圍影響相對較小。
5、漆膜成型后的破乳時間。
隨著水分和有機溶劑的揮發(fā)，乳液破乳后開始反應，形成不溶于水的高分子，排擠殘留水分。一般親水型固化劑跟水一起附著在環(huán)氧乳膠粒子周圍，可以直接進攻乳膠粒子，導致破乳，在水分揮發(fā)前發(fā)生反應，故凝膠較早，水分殘留量和界面膜較多，耐鹽霧性受到影響；而乳液型固化劑跟環(huán)氧乳液一樣，以乳膠粒子形式分散在水中，二者的接觸需突破兩層界面膜，所以操作時間較長。往往需要水和溶劑揮發(fā)后期，才破乳接觸發(fā)生反應，進一步排擠水分。這樣形成的涂膜水分殘留量和界面膜較少，反應更加充分，交聯(lián)度更高，耐水性和耐鹽霧性更佳。故破乳不宜過早，盡量發(fā)生在溶劑和水分揮發(fā)中后期，效果更佳?？傊?，加快水和溶劑的揮發(fā)速度，采用慢固化的環(huán)氧體系，可以提高耐鹽霧性能。
6、局部降低空氣濕度、加速空氣對流、底材預熱和強制干燥固化均有利于水份揮發(fā)和交聯(lián)密度的提高，形成的涂膜更加均勻致密，提高耐鹽霧性和生產(chǎn)效率！
水作為溶劑，對底漆的耐腐蝕性、耐鹽霧性造成了較大的影響，這點毋庸置疑，所以業(yè)界有專家對水性環(huán)氧在工業(yè)防腐涂料尤其是重防腐涂料的的應用持悲觀態(tài)度。只要二者分子結(jié)構(gòu)尤其是固化劑的分子結(jié)構(gòu)設計適當，體系的HLB值恰到好處，接近油性底漆的耐鹽霧性能是完全可能的。采用我司自乳化環(huán)氧乳液（EP750）配合我司水性固化劑（MH6270.MH-6380）,制作成清漆在膜厚《30微米的情況下，添加適當硅烷偶聯(lián)劑，中性鹽霧試驗分別超過1015小時和800小時，表面未出現(xiàn)起泡，劃線處腐蝕《1毫米。如配合防銹顏料和相應助劑，通用配方的工業(yè)防腐涂料能達到》1000小時的耐鹽霧性能。如添加石墨烯或者玻璃鱗片等特種防銹顏料，能進一步延長涂料的耐鹽霧時間。
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