水性环氧富锌底漆

切实可行的选择

由于严格的环保和健康法规要求，水性涂料正逐渐取代溶剂型涂料。已经取得的显著的进展有：在使用合适的双组分(2K）配方时，新型水性环氧树脂和胺固化剂技术能提供优异的耐腐蚀性能。

在使用能提供额外耐腐蚀性能的环氧富锌底漆的特殊例子中，面临的挑战是要将非常高质量含量的锌粉（通常80％-85％）加入到环氧/固化剂漆基体系中，伴随出现的问题是锌与能提供质子的组份例如水、酸性溶剂和分散助剂间的反应活性提高。

我们已经研制开发并测试了几种双组分（2K）水性环氧树脂/胺体系，这些体系是设计用于提高颜料的加入量和防止锌粉与能提供质子的介质反应生成危险的氢质子。将这些新的体系与经典的溶剂型和水性环氧体系进行测试。优选的体系提供了一种贮存稳定的，具有较长适用期的双组分富锌涂料。在相比溶剂型体系具有低很多的挥发性有机化合物(VOC)含量（〜200克/升）时，产生的柔性涂层能对钢提供优良的腐蚀保护。本文简要介绍了这种新颖的双组分水性环氧漆基体系，配方中允许含有高含量的锌。

水性环氧技术概述

早期的水性技术中，环氧树脂被简单的分散和稳定在水中（图1）。现代的水性环氧技术，分散剂和稳定剂通过化学反应链接到环氧聚合物的主链上，而不是与树脂简单的混合。在这两个例子中，胺固化剂通常是一种水可稀释的聚合物。

NewGen™环氧 - 胺水性技术（图2）被设计用来取代溶剂型环氧 - 聚酰胺涂料技术。环氧树脂（EPI-REZ™树脂6520WH-53）是自乳化的，不含游离表面活性剂，能与独特的、零VOC的胺固化剂的分散体（EPIKURE™固化剂6870-W-53）交联。这种NewGen体系允许配方快速干燥、具有高耐腐蚀性和VOC含量<100g / L及常温固化的底漆、能直接在金属上使用的防护涂料。

性能

该体系赋予的耐腐蚀性显示在图3中。在喷砂钢板上喷涂涂料，在室温下固化1周，然后暴露在盐雾中，连续冷凝1,000小时。经过300小时盐雾和连续冷凝试验后，NewGen配方在冷轧钢板上显示有优异的耐腐蚀性能及好的附着性能。

但是如果我们想要有更好的耐腐蚀性能同时仍符合新的法规要求时该怎么做？在溶剂型底漆中添加锌可提高其耐腐蚀性能。可能使一个低VOC、水性双组分、耐腐蚀的环氧底漆体系性能优于市售溶剂型环氧富锌底漆吗？

面临的挑战是什么？

在水性配方中，锌与水反应，生成氢氧化锌并释放出氢气（式1）。

Zn + 2H2O → Zn(OH)2 +H2 ↑                        [1]

正因为如此，在制备水性富锌底漆时面临的主要问题是防止锌在存储和施工过程中与水反应。必须避免将未处理的锌粉直接加入水性组分中，防止产生与生成氢有关的危险。

研究的方法

水性三组分体系是可行的，仅在涂料施工前，将锌作为第三组分添加到水性底漆中。这种方法是复杂的，需要将多个组分进行正确的混合，在加入锌粉时可能会因吸入而产生潜在的健康和安全方面的问题。通常限于使用双组分涂料，其施工活性期为1小时。

为了更方便地施工水性环氧富锌涂料，必须防止锌与水接触，从而不使锌失效。锌金属必须仍作为牺牲的氧化剂来保护被涂覆的含铁基材。

解决这个问题的一种方法是采用迈图的高性能材料3,4。富锌浆是将锌粉分散在硅烷的水解产物中制备的，它能保护锌并防止其与水反应。然后将环氧树脂分散体加入到该浆料中。另一种方法是将锌粉法分散在硅烷的水解产物和环氧树脂分散体的预混合液中。

通过在40℃下测量释放的氢气来测试这些锌浆的稳定性。三组分配方几个小时后失效。双组分硅烷水解物在室温下明显更稳定，可长达6个月。但是，当储存在40℃时，它们显示出有一些氢气的释放。因此还需进行更多的工作来研制开发即使在较高温度下也稳定的富锌底漆。

如果将锌加入到胺固化剂中而不是环氧树脂组分中会发生什么情况？“混合”水性环氧体系已被研制出来，其中锌分散在高固体含量的非水性的胺固化剂中。然后将这种富锌固化剂与水性环氧树脂分散体组合形成双组分涂料。不幸的是，当将这两个组份混合时，开始会相当强烈地释放氢气，且施工期也不是很长。显然，需要研制新的改性固化剂。

首选方法

一种新的不含水的胺 - EPIKURE固化剂8538 - Y-68 已经被设计用于水性富锌底漆中。这种胺固化剂的工作原理是反应性疏水性聚合物能迅速在锌表面达到饱和而形成胶囊状，防止锌与水接触。即使在底漆中加入80％质量的锌性能也很好。一旦胺组分与环氧树脂反应，锌表面再次成为牺牲的电解表面而形成氧化物，作为防止含铁基材腐蚀的屏蔽剂。通过使用高填充锌浆的EPIKURE固化剂8538-Y-68和合适量的水性环氧树脂分散体，可以获得超过4小时的施工期而不释放氢气。

在环氧富锌底漆中使用这一新型的胺固化剂的优点是：

•锌粉更容易分散；

•高固体含量、不含酸、使用非水性的胺使与锌反应产生的气体释放尽量少；

•储存稳定：在锌浆存储过程中只有非常有限量的气体释放到没有检测到气体释放；

•适用期：与其他水性替代品相比有明显较长的的适用期；

•适用于无锌涂层体系；

•与其他水性中涂层和面漆之间有优异的层间附着力；

•优异的防腐蚀保护性能。

为了获得最佳性能，这种新型胺固化剂应该与在水中稳定分散的固体环氧树脂结合。环氧分散树脂的选择对于获得较长适用期、良好的涂料成膜性和足够的交联是至关重要的。根据对市售分散体的调查发现， EPI-REZ树脂6520-WH-53是最好的选择。在选择非酸性添加剂还应小心，特别是对EPIKURE固化剂8538-Y-68锌浆。表1给出了一个具有优异性能的配方例子。

通过选择适当的醇及乙二醇醚类溶剂，该配方可以非常迅速地干燥。通常情况下，该配方至少具有4 h的适用期。如果有足够的空气流流动使水分挥发，重涂时间最小可缩短至仅几分钟。适用期过程中没有显著的氢气释放,从而允许施涂连续的涂层屏蔽层来保护金属基材。

从图4中可以看出，涂有表1中配方涂层的的钢板经过盐雾暴露后，对金属的保护明显优于在图5中可以,即使在适用期过程中没有观察到明显的气体释放。

结论

双组分水性环氧富锌底漆现在可以使用新的胺技术（EPIKURE固化剂8538-Y-68）。在相同的锌加入量的情况下，使用这种固化剂与固体环氧树脂分散体得到的防腐蚀性能，与使用传统溶剂型环氧/聚酰胺漆基体系得到的性能相比相当或更好。

当固化剂和环氧组分混合时，基于这种新型固化剂的富锌浆，没有出现明显的气体释放。使用推荐的固体环氧树脂分散体到的适用期至少为4小时。

通过使用一种适用于高填充量富锌底漆配方的新型固化剂技术， NEWGEN型水性双组分环氧漆基体系能获得优异的金属保护作用。该方法能明显降低重要应用领域的有机富锌底漆的VOC含量。

参考文献

1.  Heine, F., et al.Waterborne Epoxy Technologies, EuRAILmag,

    Oct., 2007.

2.  Elmore, J., et al. WBEpoxy Protective Coatings for Metal, JCT,

    Vol 74, No 931, Aug.,2002.

3.  Heine, F., et al.Waterborne epoxy coatings in the marine

    industry: an option?, Nürnberg Coating Show 2009.

4.  Lejeune, A., et al. Newclass of epoxy functional silanes for

    uses in coatings,adhesives and sealants: epoxy silane oligomers,

    21st National OCCASymposium in conjunction with

    SAPMA, Oct., 2006.

本文系转载源自PCI网站，原文链接为：http://www.pcimagcn.com/article/11411.aspx